定量分析：以太坊合并后去中心化和抗审查究竟如何？

原文标题：《Consensus at the Threshold》

原文作者：Takens Theorem

原文编译：aididiaojp.eth，Foresight News

共识是加密货币的根基，但同时也会引起质疑。合并后的以太坊也不例外：有人担心权益证明 (PoS) 验证者过于集中，并且失去抗审查能力。

这并不是一场新的辩论。在合并之前，就已经有人担心以太坊合并后验证者的集中度和审查制度出现变化。当然这个问题也不是以太坊独有的，例如 60% 的比特币算力曾经集中在中国，但比特币挖矿的分布在不到 2 年的时间里发生根本性的变化，现在美国占据主导地位（撰写本文时超过 35% ）。

2020-2021 年比特币网络的近似哈希率变化

这些辩论中都有合理的担忧。加密货币的目标是创建一个中立、抗审查和去中心化的系统，同时有充足的参与者能够抵御攻击。但即使在看似乐观的情况下，网络仍然存在理论上的风险，即未知的攻击向量，任何集中化都会使此类攻击发生的可能性增大。

接下来对合并前后矿工和验证者的集中度做一个简单的定量分析。

以合并前后数千个区块为例，我们可以查看每个关联区块提议者地址（矿工和验证者）区块集中度。在合并之前，只有十几个挖矿地址与奖励相关联，其中包括 Ethermine 等。合并后，数千个地址与验证者相关。在通过一个急剧变化的阈值交叉后，唯一奖励验证者地址的数量差异变得很大。

数据来源：Etherscan

这是 PoS 的一个很有前景的特性。虽然验证节点参与需要 32 ETH 的质押要求，但也至少有数千个参与实体满足要求。

在合并之后，奖励接受者的集中度仍然很高。我们尝试通过基尼系数分析（衡量个人收入分配的指标），来反映每 1000 区块中奖励的集中程度。基尼系数从 0（完全共享的区块）到 1（只属于一个验证者）。我们还可以计算与地址相关的前 3 个区块占用了多少百分比。下图中的两条线显示了该分析随时间的变化：

数据来源：Etherscan

基尼系数并不是一个完美的衡量标准，但它具有一定的参考价值。虽然验证者越来越多，但也以某种比例的方式更加集中化。前 3 名的控制百分比似乎相似，但该图的左侧和右侧之间存在统计学上的显着差异，合并后的集中程度增加了约 2% ( p < 0.005)。尽管存在去中心化的趋势，但在这两个指标下都显示出相当大的集中度。

这种集中化可能是不可避免的，前 5 个验证池拥有近 80% 的以太坊质押量。并且 PoS 具有高度的可流动性。验证者可以在任何地方构建自己的区块，也可以立即切换到来自其他区块构建的服务。这是 PoS 转变的一个标志：区块提议者和构建者之间进一步脱钩。

我们如何确保区块构建服务的中心化不会过度影响网络的运行？Jon Charbonneau 在 Delphi 分析报告中对这种解耦以及如何在协议中进行优化做了详细的分析。正如 Vitalik Buterin 在最近的一篇文章中总结的一种方法是在优化对块构建者的约束和降低块提议者的负担之间做平衡。

Vitalik 考虑了几种设计来实现这种平衡，例如「包含列表」

抗审查制度

在合并之后出现的一些事情使人们对集中度变得更加担忧。例如受美国制裁的影响，一些区块构建者避免在 Tornado 进行交易，这意味着这些隐私保护的交易减少了 30% 到 40%。这里存在的争议是用户是否需要避免使用 OFAC 制裁的地址或协议。尽管美国政府并没有具体建议，所以遵守地方管辖是合理的，但这种情况的模糊性引起了一些争议。

Etherscan 数据显示的是最近按生成的区块百分比和提议的 Tornado 路由器 ( 0xd90e2f9 ) 交易百分比对验证者进行的细分。你可以在最左边看到 Flashbots，最大的区块生成器，验证 0% Tornado 交易。其他人也可能会使用 Flashbot 的中继器。

数据来源：Etherscan

Charbonneau 强调了这个问题的重要性，并且毫不掩饰地说：「以太坊可以靠更高的费用生存，但它无法靠审查生存。」网络解决此问题的一个现有工具是 Slashing。验证者可能会因此类做法而惩罚其他人。现在网络上偶尔会发生 Slashing，并由 Eric Wall 和其他人提供的一部分解决方案。

注：Slashing 旨在阻止恶意验证者行为，并激励网络参与区块链。

结论：去中心化

如上所述，PoS 在共识中引入了相当大的可流动性，这是合并之前的 GPU 和工作量证明不具备的。但流动性也是一把双刃剑：如果你能快速转向去中心化，你也可以快速转向相反的方向。

这些高度「移动」的验证网络具有两种类型的去中心化：潜在的和已实现的。所有网络都具有此属性，但 PoS 可能在此梯度上具有更高的变化率，即有可能在极端之间迅速移动。换句话说，验证者可以轻松地在物理上和跨块构建服务移动他们的操作。虽然物理验证器和相应节点的网络可以保持不变，但网络的布线理论上可以非常迅速地集中化：从独立的块构建到依赖于集中的构建者。

以太坊现在拥有数十万个独特的验证者地址。这意味着存在大量的重迭实体（女巫问题；有关用户的一些统计数据，请参见 Etherscan ），但这仍然意味着以太坊的 PoS 具有极高的去中心化潜力。如果所有存款人都运行自己的节点，那么可能会有成千上万个独立实体提出区块。

但提议者和构建者的脱钩带来了第二个集中的来源：区块构建者。构建者会影响节点运营商的利润率，构建者和提议者之间存在激励措施，这意味着一个非常成功的构建者可以降低网络的去中心化，例如验证者可以涌向设计精美的构建工具。从过去 2 周的图中可以看出，Flashbots（红色波段）已经开始主导区块构建，仅在其主要收费地址就占了 30% 以上。这在一定程度上降低了以太坊已实现的去中心化。

使用 Etherscan 工具进行数据和绘图

Flashbots 共享透明仪表板报告所有中继和构建活动。（他们最近还宣布了共享基础设施、围绕透明度创建赠款并最终为更加去中心化的区块构建做出贡献的目标。）在撰写本文时，他们服务的总主导地位约为 40%，而且人们可以更加清晰为什么它们对验证者来说是有吸引力的资源：

数据来源：Flashbots 透明度仪表板

期待 Charbonneau、Buterin 和许多其他开发人员分享的这些想法能够进一步实现，不仅能在协议调整能源效率和灵活性，而且在合并后实现以太坊的大规模潜在去中心化。