ملخص تقني: Boost+: بناء كتل متكافئ ومتوافق مع الحوافز

1. بيان المشكلة

تستلزم ندرة مساحة الكتل في سلاسل الكتل اللامركزية، وخاصة إيثيريوم (Ethereum)، تخصيصاً فعالاً من خلال بناء الكتل. وبينما تقود القيمة القابلة للاستخراج القصوى (MEV) المنافسة، فقد أصبح النظام البيئي الحالي، المتمحور حول MEV-Boost، شديد المركزية بسبب التكامل (Integration). يحدث التكامل عندما يقوم الباحثون (الوسطاء الذين يولدون معاملات مربحة) بتوجيه تدفقات طلباتهم حصرياً إلى باني واحد. وتخلق هذه الممارسة ميزة غير عادلة، وتُشوه المنافسة، وتقلل من كفاءة مساحة الكتلة من خلال استبعاد المعاملات المتوافقة مع البنائين غير المتكاملين، كما تحجب تدفقات الـ MEV من خلال مدفوعات خارج السلسلة (off-chain) غامضة.

التحدي الأساسي هو تصميم نظام يحقق في آن واحد:

1. إزالة حوافز التكامل (ضمان الوصول المتساوي لتدفقات الطلبات).
2. ضمان التوافق مع الحوافز (جعل الإبلاغ الصادق استراتيجية مهيمنة لكل من الباحثين والبنائين).
3. الحفاظ على الكفاءة الاقتصادية (بناء كتل تعظم الرفاهية الاجتماعية).
4. البقاء قابلاً للتنفيذ حسابياً ضمن القيود الزمنية الصارمة لإنتاج الكتل (على سبيل المثال، فترات الـ 12 ثانية).

تفشل المقترحات الحالية مثل BuilderNet في توفير ضمانات قوية للتوافق مع الحوافز لأنها لا تحكم صراحةً التفاعل بين الباحثين والبنائين أو تفرض قواعد على كيفية معالجة تدفقات الطلبات.

2. المنهجية: إطار عمل Boost+ وآلية +MBoost

يقترح المؤلفون Boost+، وهو نظام يفصل بين جمع المعاملات وتنفيذ الخوارزمية، ويعمل داخل بيئة تنفيذ موثوقة (TEE) لضمان السرية والنزاهة. ينمذج النظام صراحةً ثلاثة فاعلين: المقترحون (Proposers)، البناؤون (Builders)، والباحثون (Searchers).

آلية +MBoost

جوهر +Boost هو آلية +MBoost، التي تعمل في مرحلتين لتحديد الكتلة النهائية وتخصيص القيمة:

1. الفصل الخالي من التعارض (Conflict-Free Separation): تحدد الآلية أولاً الحزم الخالية من التعارض (المعاملات التي لا تقرأ أو تكتب في شرائح التخزين التي تمسها معاملات أخرى). يتم فصل هذه الحزم عن المجموعة الرئيسية وإلحاقها بالكتلة الفائزة بغض النظر عن النتيجة، مما يضمن تضمينها دائماً بصافي دفع صفري (الاسترداد يساوي العطاء).
2. التنفيذ ثنائي المراحل:
   • المرحلة 1 (الخوارزمية الافتراضية): تقوم خوارزمية افتراضية (صممها النظام) بمعالجة الحزم المتبقية لإنشاء "كتلة افتراضية" ($o^*$) وحساب الكتل المقابلة ($o_{-i}$) لكل حزمة لتحديد الاستردادات. تحدد هذه المرحلة خط أساس للرفاهية والاستردادات.
   • المرحلة 2 (خوارزميات البناء): يقدم البناؤون خوارزمياتهم الخاصة لبناء الكتل. تنفذ الآلية هذه الخوارزميات على نفس مجموعة الحزم لإنشاء كتل مرشحة.
3. اختيار الفائز والدفع:
   • تقارن الآلية بين عطاء الكتلة الافتراضية ($\beta_0$) وعطاءات الكتل المقدمة من البنائين ($\beta_j$).
   • إذا فازت الخوارزمية الافتراضية: تستخدم الآلية الكتلة الافتراضية. يدفع الباحثون عطاءاتهم، ويتلقون استردادات محسوبة عبر صيغة من نوع "فيكري-كلارك-غروفز" (VCG) بناءً على الحالات المقابلة للخوارزمية الافتراضية، ويتلقى المقترح الفائض. لا يحصل البناؤون على شيء.
   • إذا فاز أحد البنائين: يدفع الباني الفائز عطاءه إلى الآلية. تقوم الآلية برد الأموال للباحثين بناءً على الحالات المقابلة للخوارزمية الافتراضية (وليس خوارزمية الفائز)، مما يضمن عدم معاقبة الباحثين بسبب خوارزمية الفائز المحددة. يتلقى الباني الفائز فائضاً يساوي عطاءه ناقصاً ثاني أعلى عطاء (أو العطاء الافتراضي)، مما يجعلها تعمل كمزاد من النوع الثاني بين البنائين.

الضمانات النظرية

• السيادة المهيمنة للبناء (Builder-DSIC): العطاء الصادق هو استراتيجية مهيمنة للبنائين، حيث يشاركون في مزاد من النوع الثاني مع سعر احتياطي محدد بواسطة الخوارزمية الافتراضية.
• السيادة المهيمنة للبحث (Searcher-DSIC - هيمنة الافتراضي): إذا تفوقت الخوارما الافتراضية على جميع البنائين، فإن العطاء الصادق يكون استراتيجية مهيمنة للباحثين.
• السيادة المهيمنة للبحث (الخالية من التعارض): بالنسبة للحزم الخالية من التعارض، فإن العطاء الصادق هو استراتيجية مهيمنة في جميع السيناريوهات، حتى لو فاز بناء ما.
• مقاومة التكامل: بالنسبة للحزم الخالية من التعارض، فإن استراتيجية "المشاركة والعطاء الصادق" تهيمن ضعيفاً على أي استراتيجية تتضمن التكامل مع بناء ما. ولا يقدم التكامل أي فائدة منفعة مشتركة بل قد يقللها.

الخوارزمية الافتراضية

لضمان قابلية التنفيذ الحسابي للخوارزمية، يقترح المؤلفون خوارزمية افتراضية ملموسة بناءً على التحليل التجريبي لمعاملات إيثيريوم:

• تجميع التعارضات: يتم تجميع المعاملات بناءً على تعارضات قراءة/كتابة التخزين.
• الحل الهجين:
  • للمجموعات الصغيرة من التعارضات (الحجم $< k_{cutoff}$)، تقوم الخوارزمية بإجراء تعداد شامل لإيجاد المجموعة الفرعية المثلى.
  • للمجموعات الكبيرة، تطبق الخوارزمية تحسينات هيكلية (على سبيل المثال، إذا كانت التعارضات مجرد تحويلات ERC-20، فإن الترتيب غير ذي صلة؛ وإذا كان سيناريو "ساندوتش"، يمكن لكتلة واحدة فقط أن تفوز).
  • إذا لم ينطبق أي تبسيط، تختار الخوارزمية بشكل حتمي مجموعة فرعية للحفاظ على قابلية الترتيب.
• الخصائص: مجموعة الكتل المرشحة التي تنظر فيها هذه الخوارزمية مستقلة عن العطاءات، وهو مطلب حاسم للحفاظ على التوافق مع الحوافز من نوع VCG.

3. المساهمات الرئيسية

1. بنية +Boost: نظام مبتكر لبناء الكتل يفصل صراحةً بين جمع المعاملات وترتيبها، مما يضمن الوصول المتساوي ويحكم التفاعلات بين الباحثين والبنائين.
2. آلية +MBoost: آلية تحقق التوافق مع الحوافز لكل من البنائين والباحثين (تحت ظروف معينة) مع مكافأة الابتكار الخوارزمي. نجحت في فصل آلية VCG "المثالية" (غير القابلة للتنفيذ حسابياً) عن الحاجة العملية لمشاركة البنائين.
3. مقاومة التكامل للخلو من التعارض: إثبات نظري أنه بالنسبة للحزم الخالية من التعارض، فإن عدم التكامل مع العطاء الصادق هو استراتيجية مهيمنة، مما يحيد بفعالية المحرك الرئيسي للمركزية لفئة كبيرة من المعاملات.
4. خوارزمية افتراضية مستندة إلى البيانات التجريبية: تنفيذ ملموس لخوارزمية افتراضية تستوفي الخصائص النظرية اللازمة. تظهر التقييمات أنها تبني الكتلة المثلى في 53.2% من الحالات باستخدام بيانات من العالم الحقيقي.

4. النتائج والتقييم

• الأمثلية: باستخدام مجموعة بيانات مكونة من 10,000 كتلة من إيثيريوم (2.9 مليون معاملة عامة، 56 مليون حزمة خاصة)، أنتجت الخوارزمية الافتراضية الكتلة ذات القيمة الأعلى في 53.2% من الحالات.
• فجوة الكفاءة: في الحالات غير المثلى، كان متوسط الفرق المطلق في قيمة الكتلة هو 0.0033 ETH، مع متوسط فرق نسبي قدره 8.6%. وتتسع فجوة الأداء للكتل ذات الـ MEV العالي (القيمة > 1 ETH)، حيث تحقق الخوارزمية الافتراضية المثالية في حوالي 5% فقط من الحالات، ويرجع ذلك أساساً إلى صعوبة التعامل مع مجموعات التعارض الكبيرة دون بحث شامل.
• وقت التشغيل: تستفيد الخوارزمية الافتراضية من تعدد الخيوط (multi-threading) بفعالية. ومع استخدام 50 خيطاً، يقترب وقت تشغيلها من خوارزميات بناء الكتل المتوازية، مما يجعلها قابلة للتطبيق في فترات الـ 12 ثانية.
• تحليل التعارض: كشف التحليل التجريبي أن معظم الكتل تحتوي على مجموعات تعارض صغيرة (غالباً ما يكون حجمها 1)، وأن مجموعات التعارض الكبيرة (الحجم $\ge$ 8) نادرة (تحدث في أقل من 4 مجموعات لكل كتلة في معظم الحالات)، مما يؤكد جدوى النهج الهجين.

5. الأهمية والادعاءات

يزعم البحث أن +Boost يقدم حلاً مبدئياً لمركزية وعدم كفاءة نظام الـ MEV الحالي. من خلال نمذجة التفاعل بين الباحثين والبنائين صراحةً وفرض خوارزمية افتراضية ذات مجموعات مرشحة مستقلة عن العطاءات، يقوم النظام بـ:

• استعادة المنافسة: إزالة الميزة الهيكلية للتكامل للمعاملات الخالية من التعارض.
• تحفيز الابتكار: مكافأة البنائين الذين يطورون خوارزميات متفوقة دون المساس بالتوافق مع الحوافز للباحثين.
• الموازنة بين النظرية والتطبيق: الإقرار بأن تحقيق الكفاءة "المثالية" (تعظيم الرفاهية الاجتماعية) جنباً إلى جنب مع التوافق مع الحوافز "المثالي" هو أمر مستعصٍ حسابياً (NP-hard). بدلاً من ذلك، يقدم +Boost حلاً عملياً "جيداً بما يكفي" وهو متوافق مع الحوافز بشكل مثبت للبنائين وللباحثين في السيناريوهات الأكثر أهمية (الخالية من التعارض والمسيطرة افتراضياً).

يخلص المؤلفون إلى أنه بينما تكون آلية VCG وحدها "مثالية" من الناحية النظرية ولكنها غير فعالة عملياً، وسوق البناء وحده يعيد مخاطر التكامل، فإن +Boost يحقق التوازن الضروري. فهو يستخدم خوارزمية افتراضية لترسيخ التوافق مع الحوافز والكفاءة، بينما يسمح بمشاركة البنائين لدفع الرفاهية إلى مستويات أعلى، بشرط قدرة النظام على التعامل مع التعقيد الناتج. ويشير البحث إلى أن هناك حاجة لمزيد من العمل لمعالجة هجمات Sybil وتحسين التعامل مع مجموعات التعارض الكبيرة لزيادة معدل المثالية بما يتجاوز 53.2%.