以太坊 PoS 与 MEV 深度解析

简明扼要：你质押 32 ETH，被选中提议区块，如果行为良好，就能获得奖励。如果你搞砸了（比如双重签名），你会被罚没 —— 再见 ETH。同时，有一个被称为 Proposer-Builder Separation (PBS) 的大事件，它改变了区块的构建和提议方式，还有一种叫做 DVT (Distributed Validator Tech) 的技术，它可以分割你的验证者密钥，这样你的一个服务器崩溃时，你也不会受到影响。

Proof-of-Stake（PoS）基础知识

你可能已经听过一千遍了，但让我们确保我们清楚：

• 验证者取代矿工。你不再疯狂地生成哈希值，而是质押 32 ETH 成为验证者。
• 每 12 秒，网络会随机选择一个验证者来提议下一个区块。
• 如果你是一个好的验证者 —— 没有作弊或离线 —— 你就能获得奖励。如果你表现不好，你就会损失一部分（或全部）的质押（这就是罚没）。

为什么是 32 ETH？

这是以太坊社区确定的最佳点 —— 足够的利益相关，使其关心，但又不会高到只有鲸鱼才能参与。

The Merge（2022 年 9 月 15 日）

在这一天，以太坊告别了 Proof of Work，完全拥抱了 PoS。以下是发生的变化：

• 之前：矿工构建区块，挖掘它们，为自己获取 MEV。
• 期间：验证者负责提议和构建区块。Proposer-Builder Separation (PBS) 尚不存在 —— 每个验证者都完全控制交易排序。
• 之后：一切都与验证者有关。矿工出局，质押者入局。

Slots（槽位）, Epochs（纪元）, and the Random Party（随机派对） (RANDAO)

每 12 秒，随机选择一个验证者来提议一个新的交易区块。

以太坊的 Beacon Chain（信标链）使用一种名为“RANDAO”的方案，在每个 epoch（纪元）中生成伪随机输出。每个 epoch（以太坊中的 32 个 slot（槽位）），Beacon Chain（信标链）从验证者那里收集少量的随机贡献并将它们组合起来，产生新的“链上随机性”。

RANDAO 随机机制用于形成每个 epoch（纪元）的验证者 委员会，然后为每个 slot（槽位） 选择一个区块 提议者。以下是逐步的过程。

Slots（槽位）

• 一个 slot（槽位）= 12 秒。
• 在每个 slot（槽位）中，有且只有一个验证者被选择来提议一个区块。

一个 slot（槽位） 是一个固定的时间间隔，在此期间可以提议一个区块。在以太坊中，每个 slot（槽位）目前持续 12 秒。在每个 slot（槽位）期间，会选择 一个 验证者来提议一个区块，而该 slot（槽位）的委员会中的其余验证者将证明（投票）该区块是否有效。

Epoch（纪元）

• 一个 epoch（纪元）= 32 个 slot（槽位），总共是 6.4 分钟。
• 每个 epoch（纪元），Beacon Chain（信标链） 都会进行内务管理：决定接下来由谁提议区块、由谁证明，等等。

一个 epoch（纪元） 是 32 个 slot（槽位） 的集合（因此，32 × 12 秒 = 6.4 分钟）。在每个 epoch（纪元）开始时，Beacon Chain（信标链）会执行几个关键任务，例如更新验证者集、生成新的随机性 (RANDAO) 以及组织哪些验证者是即将到来的 epoch（纪元）的哪些委员会的成员。

委员会和提议者

• 对于每个 slot (槽位)，都有一个 委员会（通常是 128 个验证者）。他们是那些将检查你提议的区块的人。
• 他们中的一个会被随机挑选出来实际提议区块。其他所有人都是 证明者 —— 他们说：“是的，那个区块看起来是合法的。”

区块提议者

• 从分配给特定 slot（槽位）的委员会中，恰好一个 验证者被随机选择为区块 提议者。
• 提议者的工作是为该 slot（槽位）创建（或“提议”）一个区块。

证明者

• 同一个 slot（槽位）的委员会中的所有其他验证者都成为 证明者。
• 在提议者生成区块后，证明者会验证它并投下“证明”（投票），表明他们认为正确的链状态。

一个 slot（槽位）中最关键的时刻是在 t=4 时的 attestation deadline（证明截止时间）。如果一个证明验证者在证明截止时间之前没有看到区块，他们将转而投票支持先前接受的链头（根据 分叉选择规则）。区块提出的越早，它传播的时间就越多，因此它积累的证明就越多（因为更多的验证者在证明截止时间之前看到了它）。

The Beacon Chain（信标链）：“共识的负责人"

以太坊在 Proof of Stake（权益证明）下的 共识层。

将 Beacon Chain（信标链） 视为大的协调者，他：

1. 跟踪质押的 ETH：谁加入，谁退出，谁被罚没。
2. 随机性 (RANDAO)：保持区块提议者选择的不可预测性。
3. Finalization（最终确定）：汇总所有证明，并决定何时永久锁定区块。

Finality（最终性）：使区块不可回滚

• 一旦 2/3 的验证者 在 2 个 epoch（纪元）（大约 12.8 分钟）内证明了它们，以太坊就会最终确定区块。
• 在最终确定之后，回滚的成本非常高昂（并且实际上是不可能的）。攻击者基本上会将自己的钱付之一炬。
• 当一个区块被“最终确定”时，这意味着网络的共识已经有效地将该区块锁定为规范链的一部分。
• 为了回滚或逆转一个最终确定的区块，攻击者需要燃烧或罚没大量的质押 ETH —— 这使得这种攻击在经济上是令人望而却步的。

假设没有中断，Finalization（最终确定）通常在区块包含后的 2 个 epoch（纪元）（大约 12.8 分钟）到达。

Proposer-Builder Separation (PBS)和 MEV

简而言之的 MEV

Flashbots

• Maximal Extractable Value (MEV) 是以隐蔽的方式对交易进行排序而获得的额外利润。
• 一些 MEV 是“好的”（比如保持价格一致的套利），一些是“有害的”（比如 тролл 不知情的交易者的三明治攻击）。

Pre-PBS 与 Post-PBS

• 之前：验证者做了一切 —— 选择交易、对它们进行排序、提议区块、收集所有 MEV。
• 之后：我们分工：

1. 构建者 创建具有最佳（或有利可图的）交易排序的区块。
2. 验证者/提议者 从构建者那里选择支付最高的区块（但他们自己不会重新排序任何东西）。

理解以太坊的分层结构

以太坊当前的 Proposer-Builder Separation (PBS) 模型在 MEV 参与者和验证者 之间创建了明确的区别。

可视化此内容的最佳方式是将其视为三个不同的层：

1️⃣ Execution Layer (基础交易)

• 交易由 用户 提交到 mempool（内存池）或私有订单流系统。
• execution layer（执行层，Geth、Nethermind、Besu、Erigon 等） 处理和执行交易。
• MEV 搜索者扫描 mempool 以寻找有利可图的机会。

💡 关键点： 这是 原始交易在 MEV 优化发生之前的存在的地方。

2️⃣ MEV Layer (位于 Execution & Consensus 之间)

• MEV 搜索者（机器人）通过构建交易包（例如，套利、三明治攻击、清算）来提取价值。
• 构建者构造针对 MEV 和优先费用优化的区块。
• Relayer（中继器，MEV-Boost）选择支付最高的区块 并将其转发给验证者。

💡 关键点： MEV Layer（构建者、搜索者和中继器）构建并优化区块内容以获取利润，但不正式提议或最终确定这些区块 —— 只有验证者才能做到这一点。

3️⃣ Consensus Layer (校验者 & 终结)

• 验证者不再构建区块（PBS 模型）。
• 验证者只选择最有利可图的区块（通常来自通过 MEV-Boost 的中继器）。
• Consensus Aggregators（共识聚合器）验证证明 并在 2 个纪元 (12.8 分钟) 后最终确定区块。

💡 关键点： 验证者 不控制交易顺序 —— 他们只 提出最有利可图的区块。

这个 12 秒的以太坊 slot（槽位） 执行过程 遵循具有 Proposer-Builder Separation (PBS) 和 MEV-Boost 集成 的 Proof-of-Stake (PoS) 共识机制。

区块的 12 秒寿命（快速时间线）

1. 0–2s：交易流入 mempool。
2. 2–7s：MEV 搜索者完成他们的工作，捆绑有利可图的交易，构建者选择最佳组合。
3. 7–12s：最佳区块被发送给选定的验证者，验证者提议它，其他验证者证明。

并且大约 12.8 分钟（2 个 epoch（纪元）) 后，该区块终结。

1. 执行层 (0–2s)

发生了什么？

• 用户提交交易（例如，Uniswap 交换或 NFT 铸造）。
• RPC 节点接收交易 并将其发送到 Ethereum mempool (等待区)。

关键参与者：

- User（用户） → 发送交易。

- RPC (Execution Layer，执行层) → 接收交易并将其转发到 mempool。

- Mempool → 存储待处理的交易并按 gas 费用对其进行排序。

逐步执行：

1️⃣ User（用户）→ RPC (0s)：发送交易（例如，交换、NFT 铸造、借贷）。

2️⃣ RPC → Mempool (1s)：存储交易，等待被区块构建者选择。

2. MEV 处理 & 区块构建 (2–7s)

发生了什么？

• MEV 搜索者 扫描 mempool 以寻找套利、三明治攻击、清算。
• 搜索者将 MEV 包（有利可图的交易组合）提交给区块构建者。
• 区块构建者通过选择 高优先级 & MEV 交易 来优化交易。
• 优化的 区块被发送到中继器（如果启用了 MEV-Boost）。

关键参与者：

- MEV Searchers (Bots，MEV 搜索者（机器人）) → 扫描 MEV 机会，创建新的 TX。

- Block Builder（区块构建者） → 构建优化的区块（最大化利润）。

- Relayer (MEV-Boost，中继器（MEV-Boost）) → 选择 最有利可图的区块 并将其发送给验证者。

逐步执行：

3️⃣ Mempool → Searcher (2s)：搜索者扫描有利可图的交易。

4️⃣ Searcher → Builder (3s)：搜索者提交 MEV 交易包。

5️⃣ Builder → Mempool (4s)：构建者获取高优先级交易。

6️⃣ Searcher → Builder (5s)：构建者将 MEV 交易集成到区块中。

7️⃣ Builder → Relayer (6s)：构建者将 完全优化的区块 提交给 MEV- Boost。

💡 关键见解： 验证者 不再 构建区块 —— 区块构建者 构建。

3. 区块提议 & 证明 (7–12s)

发生了什么？

• Relayer（中继器）将出价最高的区块发送 给验证者。
• 验证者向以太坊网络提议选定的区块。
• 其他 验证者证明该区块（确认它遵循共识规则）。
• 验证者聚合证明 并将证明发送到共识层。

关键参与者：

- Validator (Block Proposer，验证者（区块提议者）) → 提议一个区块（随机选择的验证者）。

- Consensus Aggregator（共识聚合器） → 收集 & 聚合验证者证明。

- 所有验证者 (Beacon Chain，信标链) → 验证区块 & 终结交易。

逐步执行：

8️⃣ Relayer → Validator (7s)：发送支付最高的区块以进行验证。

9️⃣ Validator → ConsensusAggregator (8s)：向 Beacon Chain（信标链） 提议区块。

🔟 Validators → ConsensusAggregator (9s)：验证者 证明 该区块。

1️⃣1️⃣ ConsensusAggregator → Validators (10s)：发送 聚合的证明。

1️⃣2️⃣ Validators → Validators (11s)：该区块包含在链中，但 尚未终结。

💡 关键见解： 区块现在是 以太坊的一部分，但如果需要仍然可以回滚。

4. 最终确定过程（64 个 Slot（槽位）后 ≈ 12.8 分钟）—— 区块变得不可逆转

发生了什么？

• 验证者在两个完整的纪元（epoch）（约 12.8 分钟）内不断证明区块。
• 一旦 2/3 的验证者确认了该区块，它就被 终结 —— 意味着它 不能被逆转。

关键参与者：

- 所有验证者 → 不断确认区块以进行终结。

- 终结过程 (纪元检查点) → 确保 2/3 的验证者达成一致。

逐步执行：

1️⃣3️⃣ Validators → Finalization（64 个 Slots（槽位）后）：如果满足 2/3 阈值，则确认区块。

1️⃣4️⃣ Finalization（终结）→ Validators：区块被 完全终结 并且 无法回滚。

💡 关键见解： 以太坊在 2 个 epoch（纪元）（约 12.8 分钟）后实现了 经济终结性，确保了 最大安全性**。

验证者的职责

1️⃣ 区块提议（随机选择一个验证者来提议一个区块）。

2️⃣ 证明 & 共识（其他验证者对区块的有效性进行投票）。

3️⃣同步委员会参与

4️⃣遵循分叉选择规则（LMD-GHOST）

5️⃣ 终结（该区块在两个纪元后变得不可逆转）。

验证者生命周期

坚持住…… 我们快完成了。深呼吸一下

MEV 的定义及其对区块链生态系统的影响。

Maximal MEV (Maximal Extractable Value，最大可提取价值) 是指可以从交易排序中提取的额外价值，超出标准区块奖励和 gas 费用。

验证者（或之前的矿工）可以操纵交易顺序以最大化他们自己的利润。

它通过影响公平性、安全性、交易成本和去中心化来影响区块链生态系统。

✅ 有利可图但中立的 MEV → 套利、清算。

❌ 有害的 MEV (用户剥削) → 三明治、抢跑、尾随。

🔴 共识级别的 MEV (验证者操纵) → 时间强盗攻击、提议者审查。

MEV 对区块链生态系统的影响

MEV 的积极影响

1️⃣ 高效的市场 → 套利 MEV 有助于平衡 DEX 上的价格，从而提高 DeFi 流动性。

2️⃣ 借贷协议安全性 → MEV 清算有助于防止 Aave 等协议中的坏账。

3️⃣ 验证者激励 → MEV 为验证者提供额外的收入，从而使质押更有利可图。

MEV 的负面影响

1️⃣ 高 Gas 费用 → MEV 机器人通过垃圾邮件发送网络来竞争优先级，从而导致 gas 价格飙升。

2️⃣ 不公平的交易执行 → 用户可能会遭受三明治攻击和抢跑。

3️⃣ 中心化风险 → MEV 奖励有利于大型验证者和专业交易者，从而降低了公平性。

4️⃣ 审查风险 → 验证者或中继器可能会排除对他们没有好处的交易。

以太坊如何缓解 MEV 风险？

✅ Proposer-Builder Separation (PBS) → 阻止验证者 MEV 盗窃。

✅ MEV-Boost & Relayers → 确保去中心化的区块选择。

✅ 私有交易池 → 阻止 mempool 抢跑 & 三明治。

✅ Order Flow Auctions (OFAs，订单流拍卖) → 使用户可以控制交易优先级。

✅ 加密 Mempool → 在确认之前隐藏交易，从而阻止 MEV 机器人。

✅ 链上 PBS

以太坊将在本地将区块提议者与区块构建者分开，以消除对第三方中继器的依赖。

我们如何改善以太坊的去中心化和安全性？

在 The Merge 之后，我们需要专注于使以太坊更加安全和 去中心化。增加质押代币的数量可以大大提高区块链的安全性，但是为了实现这一目标，我们需要使质押对以太坊持有者更具吸引力。

那么，为什么投资者会 选择不质押他们的 ETH 呢？

有两个主要因素需要考虑：罚没、传统的验证者密钥

Distributed Validator Technology (DVT) 分布式验证器技术

https://ethereum.org/en/staking/dvt/

所以你想运行一个验证器，但担心你的机器在最糟糕的时刻发生故障？输入 DVT：

• 分割你的密钥：DVT（如 SSV.Network）不是在一台服务器上使用一个大的私钥，而是将其分解为多个机器上的块（KeyShares）。
• 共同责任：没有单个节点拥有完整的密钥。如果一个运营商失败了，其他的可以保持验证器运行。
• 降低罚没风险：你需要一个共享阈值才能签名任何内容。一个恶意运营商不能通过双重签名将你送入深渊

DVT 允许由个人、团体或运营商社区运行的节点集群作为一个以太坊上的单一验证器协同工作。

为什么它很棒

• 弹性：如果一个节点发生故障或你失去互联网连接，你的验证器不会停机。
• 去中心化：更多参与方参与，因此控制链的大量质押 ETH 的风险更低。
• 社区池：即使是小型质押者也可以安全地联合起来。

DVT 是一种技术原语，允许在多个节点或机器上运行以太坊 PoS 验证器。这允许由个人、团体或运营商社区运行的节点集群作为一个以太坊上的单一验证器协同工作。以节点集群的形式运行验证器可以提高其弹性，同时大大降低诚实验证器的罚没风险，无论其规模如何。这使得质押对所有验证器都更加强大和可访问。

SSV.network (Secret Shared Validator，秘密共享验证器) 通过在多个运营商之间去中心化以太坊验证器操作，从而实现 Distributed Validator Technology (DVT)，通过加密协议和共识机制确保 活跃性、容错性 和 安全性。

以太坊质押池

以太坊质押池是一个创新的平台，它使用 SSV 网络 和分布式验证器技术构建，以运行我们的验证器，旨在使质押对每个人都可访问、用户友好和有益。

让我们分解一下

1.1 Secret Shared Validators (SSV) and DVT 秘密共享验证器 (SSV) 和 DVT

• DVT (Distributed Validator Technology，分布式验证器技术) 是关于在多个参与方之间分割验证器密钥。
• SSV 通过将验证者的私钥分解为多个 KeyShares 来实现这一点，从而确保没有单个实体拥有完整的密钥。

1.2 Distributed Key Generation (DKG) 分布式密钥生成 (DKG)

• 在设置期间，生成一个 分布式密钥，而不会向任何单个运营商透露完整的私钥。
• 生成的密钥作为部分份额 (KeyShares) 存储在运营商中。
• 这使用了 Shamir Secret Sharing (Shamir 秘密共享)，因此需要一定数量的份额才能重建（或使用）验证器密钥。

1.3 Multi-Party Computation (MPC) 多方计算 (MPC)

• 当需要区块或证明签名时，运营商通过 MPC 集体生成签名，永远不会在一个设备上重建密钥。

1.4 Byzantine Fault Tolerance 拜占庭容错

• Istanbul BFT (伊斯坦布尔 BFT) 共识层协调运营商通信。
• 运营商可以容忍他们自己的一部分离线或恶意，并且仍然可以生成有效的签名。

关键要点：没有单个运营商可以单方面行动；通过在多个参与方之间分散信任来提高安全性和活跃性。

SSV 智能合约和网络之间的交互

SSV 智能合约充当 协调层，管理运营商注册、验证器集群、费用结构和协议治理。关键交互包括：

SSV 网络中的职责分解

运营商：

• 基础设施：运行 SSV 节点，维护验证器客户端，并确保 24/7 正常运行时间。
• DKG 参与：在验证器设置期间使用 MPC（多方计算）生成 BLS 密钥份额。
• 共识执行：
• 使用 Istanbul BFT (IBFT) 就验证器职责（证明、区块提议）达成一致。
• 随机选择一个运营商作为区块提议者；其他运营商验证并提交。
• 使用其 BLS 密钥份额签署职责；部分签名被聚合为最终验证器签名。
• 费用收集：因服务而获得 SSV 代币；费用从集群余额中扣除。

质押者：

• 验证器设置：通过智能合约启动 DKG，存入 ETH (32 ETH/验证器) 和 SSV 代币 (用于费用)。
• 集群管理：监控集群健康状况，补充 SSV 余额，并在需要时触发退出。

DAO：

• 治理：通过快照提案投票决定协议升级（例如，费用参数、共识规则）。
• 财政管理：控制 SSV 代币分配以用于网络激励和开发。

SSV 节点：

• 职责运行者：使用分配的运行者处理特定的验证器任务（证明、同步委员会）。
• 消息传播：通过 libp2p 将签名的职责中继到信标节点和其他运营商。

SSV 的挑战和独特之处

容错性：

• 阈值签名：验证器操作需要 n ≥ 3f + 1 个运营商签名 (Shamir Secret Sharing)。最多 f 个运营商可以离线/恶意，而不会中断职责。
• IBFT 共识：最多容忍 1/3 拜占庭节点；即使在存在错误的参与者的情况下也能确保达成协议。

去中心化：

• 密钥分配：没有单个运营商持有完整的验证器密钥；BLS 份额通过 DKG 分割。
• 无需许可的参与：运营商可以动态加入/离开，从而避免中心化。

安全影响：

• MPC & DKG：防止在单个设备上进行密钥重建；确保份额保持私密，除非满足阈值。
• RSA/BLS 签名：保护链下通信（RSA 用于初始化消息，BLS 用于共识）。
• 削减保护：运营商使用 削减 DB 以避免双重签名惩罚。

挑战：

• 协调开销：管理每个验证器的 4+ 个运营商会给共识轮次带来延迟。
• 活跃性与安全性：在快速职责执行（例如，4 秒插槽内的证明）与拜占庭抵抗之间取得平衡。
• 经济激励：确保运营商保持诚实（通过质押的 SSV）和在线（通过停机时间费用惩罚）。
• 升级复杂性：DAO 管理的协议升级必须避免中断实时验证器。

截至 2025 年 2 月 13 日，当 SSV Network 达到 2,080,128 ETH 质押时，约占当时质押 ETH 总量的 7.8% _。

SSV 网络采用分布式验证器技术 (DVT)，该技术通过在多个非信任节点运营商之间分配验证器职责来增强安全性。

SSV Labs - 启用下一代分布式重新/质押

验证者生命周期

Prysm 的信标节点

GitHub - ethereum/consensus-specs: 以太坊权益证明共识规范

以太坊主网浏览器

时间、插槽和以太坊权益证明中的事件排序

• 原文链接： medium.com/%40ricore77.e...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～