DeFi之道 | 一文了解區塊重組MEV對區塊鏈安全的影響

註：關於礦工可提取價值（MEV）的話題，最近Crypto社區在熱議一種名為區塊重組（Block reorg）的新MEV類型，對此，Ava Labs 首席協議架構師Kevin Sekniqi認為，區塊重組（Block reorg）MEV會使得PoW鏈的確認時間大幅延遲，而對於PoS區塊鏈，儘管從技術上講它可能易受此類攻擊的影響，但那些確定交易的節點無法被迫取消確定，從而保證了交易的安全。

原文標題為《On The Tensile Strength of Block Finality》，作者是Kevin Sekniqi。

這篇文章關注的是區塊重組MEV的後果，區塊鏈在遭到破壞前可以承受多大的壓力，以及我們可以做哪些協議層的事情來永久糾正這個問題。實際上，寫這篇文章也是為了回答下面這個問題（謝謝Jeremy!）：

先總結一下：區塊重組MEV既不是什麼新鮮事，也可能不會對區塊鏈構成長期威脅。這種 MEV 的形式從一開始就存在，即使在比特幣身上也是如此（例如參見Eyal 和 Sirer 的自私挖礦論文）。話雖如此，區塊重組MEV可能很會煩人，而工程師們需要意識到這些問題。因為一旦變得普遍的話，我們確實需要進行更多的人工干預。

旁註：在我寫這篇文章的時候，我注意到 Dragonfly Capital 的 Tom Schmidt撰寫了另一篇關於MEV的文章‌，這可以幫助大家理解這篇文章，因為它討論了MEV的投機影響，還包括了一些博弈論解決方案。

深入區塊重組（Block reorg）MEV話題

什麼是MEV？它的字面意思是“礦工可提取價值”，但它實際意味着在交易中為了優先待遇而向礦工支付的價值。優先待遇可用於煩人但最終是良性的行為，例如在公開拍賣中給礦工錢讓其優先處理你的交易，也可以用於惡性活動，如重寫數據庫（即區塊鏈）或“重新排序”。我們不關心用戶使用MEV來進行套利，相反，我們關心的是后一種危險的MEV形式：賄賂礦工以改寫數據庫。

所以，回到Jeremy提出的問題：“潛在的最壞情況是什麼？”

在回答這個問題之前，我們必須回答一些初步的問題：

是否違反了正確性假設？
區塊鏈是基於PoW還是PoS？

問題 1：是否違反了正確性假設？

所有區塊鏈使用的所有共識協議的基礎是一組需要維護的假設，以便區塊鏈“正常”運行。而其中最重要的假設是，協議中的大多數礦工行為正確，這意味着他們完全按照預期遵循共識協議。

在構建複雜的動態系統時，我們不得不“假設”某些條件，這看起來可能很奇怪，但實際上這是非常明智的，而且我們一直都這麼做。例如，航空工程師們會假設飛機永遠不會遭遇流星襲擊，因此他們沒有提供任何保護措施來抵禦中途的流星襲擊。共識協議也是如此：我們假設大多數礦工是正確的，因此並沒有真正針對他們設計任何保護機制。

為什麼？因為事實證明，沒有這個正確性假設，不管其他任何假設，都無法建立一個既有效又安全的共識協議。事實上，這個性質是不可能的，並且是分佈式系統的基本結果之一。

在任何區塊鏈中，你都會假設大多數礦工是正確的。不管你認為這是因為理性的經濟行為還是利他主義，這都無關緊要，你只是假設它而已。由於與底層消息傳遞層的同步性和異步性的更多假設相關的細節，基於 PoW 的區塊鏈需要大約 51% 的正確性，基於 PoS 的區塊鏈需要大約 67% 的正確性（p.s.為了可讀性，我在這裡有意地進行了簡化）。

MEV 是危險的，因為你付錢給礦工違反這個正確性假設，讓他們放棄預定的協議。

問題2: 區塊鏈是基於PoW還是基於PoS？

如果正確性假設得到保證，那麼PoW和PoS提供的保證最終是沒有區別的。但是，由於它們構造的特殊性，如果違反假設，它們確實會有所不同。

具體來說，PoW鏈沒有身份（即驗證器身份）的概念，而只依賴於工作量證明來生成交易。只要有一個礦工在線生成nonce隨機數，那麼區塊鏈將保持活躍並繼續運行。這意味着重組可以在任何時間以任何原因發生，但需要注意的是，如果不違反正確性假設，那麼隨着鏈的深度越來越大，重組在概率上會變得越來越不可能。相反，PoS 鏈具有身份的概念，並依賴礦工對交易進行“投票”。這意味着一旦大多數礦工批准交易，它就會立即完成。因此，交易完成後不支持重組。如果發生了重組，客戶端會恐慌並不再取得進展。

最終，如果違反了正確性假設，問題就會出現。在 PoW 中，因為重組是生活的正常組成部分，客戶端不會驚慌並會自動接受真正的深度重組。事實上，在 PoW鏈中，我們沒有辦法（除了一些粗略的概率計算）去“確定”網絡的大部分礦工是否已被賄賂。客戶端不接受一次深度重組的唯一原因是，如果客戶端實施了自定義規則來關閉操作，以防發生比 X 區塊更深的重組。而在PoS 中，重組並不是生活的正常部分，因此客戶端會停止取得進展。在 PoS 中，我們可以確定是否發生了重組，因為你之前確定的不再是最終的。

好的，現在回到上面的問題：“潛在的最壞情況是什麼？”

根據“PoW或PoS”與“正確多數或不正確多數”的二乘二矩陣，我們大致有四個答案。

情況1: 區塊鏈基於PoW，且大多數礦工是正確的。在這種情況下，客戶端可能只需要在“最終確定”一個區塊之前增加確認次數。如果有一小部分礦工試圖重組（少於 20%），那麼 35 個Coinbase 區塊確認時間就足夠了。如果你假設會有很大一部分礦工試圖叛逃，但不是大多數，那麼確認時間可能需要延長很多個小時。

情況2: 區塊鏈基於PoS，且大多數礦工是正確的。在這種情況下，你實際不需要做什麼。一旦你在交易中獲得最終確認，那它就不會發生逆轉了。

情況3: 區塊鏈基於PoW，且大多數礦工都被賄賂了。在這種情況下，再多的確認時間都不夠，但客戶端至少可以實施反重組機制。基本上，如果看到超過 X 個區塊的重組（可能與最後接受的區塊策略的深度相同），那麼客戶端就會停止運行。在這一點上，重組區塊鏈並過濾掉不良礦工是一個社會共識的問題。

情況4: 區塊鏈基於PoS，且大多數礦工都被賄賂了。與PoW鏈相同，但在這種情況下，不需要明確實施應急出口（exit hatch），因為它是根據共識的設計方式自動實現的。