Why Ethereum Needs Fairness Mechanisms that Do Not Depend on Participant Altruism

L'analisi empirica dimostra che la percentuale di propositori di blocchi su Ethereum che agiscono in modo altruistico è trascurabile, rendendo insufficiente la fiducia nella loro buona volontà e sottolineando la necessità di meccanismi di equità basati su incentivi o penalità piuttosto che sull'altruismo.

L'essenziale

Ecco una spiegazione semplice e creativa di questo studio, pensata per chiunque voglia capire cosa sta succedendo dietro le quinte di Ethereum, senza bisogno di essere un esperto di informatica.

🏛️ Il Grande Inganno della "Bontà" su Ethereum

Immagina Ethereum come un enorme consiglio comunale dove ogni giorno viene scelto a caso un "Sindaco" (il proposer) per scrivere la pagina del libro mastro (il blocco) con tutte le transazioni del giorno.

L'idea originale era bellissima: ogni Sindaco dovrebbe essere un eroe altruista. Dovrebbe scrivere la pagina in modo equo, includendo tutti i cittadini, anche quelli che non hanno offerto mance, e rifiutarsi di fare favoritismi, anche se qualcuno gli offrisse un sacco di soldi per escludere un concorrente.

Gli studiosi di questo documento (Patrick, Nils e Hannes) hanno deciso di fare un controllo di realtà per vedere quanti di questi "Sindaci" sono davvero eroi e quanti invece sono solo interessati al proprio portafoglio.

🔍 L'Investigazione: Chi è davvero "Buono"?

Gli autori hanno guardato i dati di quattro mesi (da gennaio ad aprile 2025) e hanno usato un processo a imbuto, come se stessero setacciando la sabbia per trovare le perle.

Ecco cosa hanno scoperto, passo dopo passo:

1. La maggior parte ha "dipinto il quadro" per conto terzi (92%)

Molti Sindaci non scrivono nemmeno la pagina da soli. Pagano delle fabbriche centralizzate (chiamate Builders o servizi come MEV-Boost) per farlo al posto loro.

• L'analogia: È come se il Sindaco, invece di scrivere il decreto, lo affidasse a un'agenzia di pubblicità potente che dice: "Ehi, ho già scritto la pagina, metti la tua firma qui e ti do una parte dei profitti".
• Il problema: Il Sindaco non sa nemmeno cosa c'è scritto dentro! Se l'agenzia decide di escludere qualcuno o di fare favoritismi, il Sindaco firma comunque. Questi non sono altruisti, sono solo esecutori passivi. 9 su 10 Sindaci fanno così.

2. Chi non usa le fabbriche, spesso ha lo stesso "capo" (6% in più)

Tra i pochi che non usano le fabbriche centralizzate, gli studiosi hanno scoperto che molti di loro condividono le chiavi di sicurezza con gli stessi gestori delle fabbriche.

• L'analogia: Immagina un gruppo di piccoli negozi. Ognuno dice "Io sono indipendente!", ma in realtà tutti hanno lo stesso proprietario che comanda dall'alto. Se il proprietario decide di essere disonesto, tutti i negozi lo saranno.
• Risultato: Anche questi vengono esclusi dalla lista degli "eroi".

3. Chi rimane? Meno dell'1,4%

Dopo aver tolto tutti quelli che delegano il lavoro, quelli che condividono i gestori, e quelli che fanno trucchi per guadagnare di più (come mettere le proprie transazioni davanti a quelle degli altri), cosa rimane?
Solo un piccolissimo gruppo di "Sindaci puri": circa l'1,36% (meno di 1 su 70).
Questi sono gli unici che sembrano seguire le regole alla lettera, senza cercare di imbrogliare per fare soldi extra.

📉 Perché questo è un problema?

Per proteggere Ethereum, gli esperti avevano progettato dei sistemi di sicurezza basati sulla fiducia.
L'idea era: "Se mettiamo insieme un comitato di 16 Sindaci, è quasi certo che almeno uno di loro sarà un eroe altruista che rifiuterà i regali e salverà la situazione".

Ma ecco il colpo di scena:

• Se solo l'1,4% è davvero altruista, la probabilità che in un comitato di 16 ce ne sia almeno uno crolla dal 78% al 20%.
• L'analogia: Immagina di dover scegliere 16 persone da una stanza piena di 1000 persone per trovare un solo vigile del fuoco onesto. Se la stanza è piena di 986 persone che vogliono solo soldi e solo 14 vigili del fuoco veri, è molto probabile che tu ti ritrovi con un gruppo di 16 persone che non faranno nulla se qualcuno le paga per spegnere l'allarme.

💡 La Conclusione: Non possiamo contare sulla "Bontà"

Il messaggio principale della ricerca è chiaro: Non possiamo costruire la sicurezza di Ethereum sperando che le persone siano brave.

La natura umana (e quella delle macchine) è razionale: se c'è un modo per fare soldi più velocemente, la maggior parte lo farà.
Per questo motivo, il documento suggerisce che:

1. I comitati devono essere enormi: Per avere la certezza di avere almeno un "eroe", dovremmo avere comitati di almeno 128 persone (invece di 16). Ma comitati così grandi sono lenti e difficili da gestire.
2. Servono incentivi reali: Invece di sperare nella bontà, dobbiamo creare regole dove essere onesti convenga economicamente. Se un Sindaco viene punito se esclude qualcuno o premiato se include tutto, allora anche il "cattivo" diventerà "buono" per interesse proprio.

In sintesi

Ethereum ha bisogno di passare da un sistema basato sulla "fiducia che qualcuno sia buono" a un sistema basato sulla "matematica che rende l'onestà l'unica scelta intelligente". Altrimenti, il sogno della decentralizzazione rischia di essere solo un'illusione gestita da pochi grandi attori.

Sommario tecnico

Ecco un riassunto tecnico dettagliato del paper "Why Ethereum Needs Fairness Mechanisms that Do Not Depend on Participant Altruism" di Spiesberger, Beyer e Hartenstein, strutturato secondo le richieste.

1. Il Problema

L'ideale di decentralizzazione e resistenza alla censura di Ethereum è minacciato nella pratica. Il design del consenso attuale conferisce al "propositore" (il validatore selezionato per un determinato slot) un monopolio temporaneo sulla costruzione del blocco. Questo potere permette comportamenti indesiderati come la censura di transazioni o il front-running per massimizzare il valore estraibile (MEV - Maximum Extractable Value).

Per mitigare questi rischi, sono state proposte nuove meccanismi di equità (fairness), come le Inclusion Lists (IL) e i design Multiple Concurrent Proposer (MCP). Questi meccanismi sostituiscono il monopolio del singolo propositore con il controllo di un comitato. Tuttavia, la loro efficacia si basa su un'assunzione critica: presumono che una frazione sufficiente di propositori sia "altruistica", ovvero che segua il protocollo e includa transazioni censurate anche se ciò comporta una perdita di ricavi economici (es. rifiutando tangenti).

Il problema centrale sollevato dagli autori è: qual è la percentuale reale di propositori altruisti su Ethereum? Se questa percentuale è troppo bassa, i meccanismi basati sui comitati falliranno, poiché la probabilità che un comitato contenga almeno un membro altruista diventa trascurabile.

2. Metodologia

Gli autori hanno condotto un'analisi empirica su un periodo di quattro mesi (gennaio-aprile 2025), esaminando 859.313 blocchi consecutivi e 600.115 propositori distinti. Hanno adottato una definizione comportamentale di altruismo: un propositore è considerato altruista solo se non devia dal protocollo per massimizzare i profitti.

Il metodo di classificazione è stato un processo a imbuto con sei classificatori (I-VI) per escludere progressivamente i comportamenti non altruistici:

1. Analisi delle Relais MEV-Boost (Classificatore I): Hanno escluso tutti i propositori i cui blocchi sono stati mediati almeno una volta da relais MEV-Boost. Questi propositori delegano la costruzione del blocco a builder esterni, perdendo il controllo sui contenuti e agendo in modo non altruistico.
2. Analisi della Governance Condivisa (Classificatori II, III, IV): Hanno raggruppato i propositori in cluster basati sull'indirizzo coinbase (dove vanno le ricompense).
   • Se un cluster conteneva almeno un propositore non altruista (es. che usa MEV-Boost), tutti i propositori in quel cluster sono stati esclusi, assumendo che la governance condivisa (spesso gestita da provider Staking-as-a-Service) comporti un comportamento razionale uniforme.
   • Sono stati esclusi anche i cluster basati su Account Contrattuali (CA) gestiti da provider esterni.
   • Sono stati esclusi i cluster che ricevevano pagamenti diretti dai builder, indicando un'interazione economica non trasparente.
3. Analisi della Costruzione del Blocco (Classificatori V, VI): Per i propositori rimanenti (che non usano relais esterni), hanno analizzato il comportamento interno:
   • XOF (Exclusive Order Flow): Esclusione di propositori che includono transazioni non pubbliche (XOF) per estrarre MEV.
   • Ordinamento delle Transazioni: Hanno analizzato se l'ordine delle transazioni nel blocco seguiva attributi pubblici (come le fee) o se mostrava deviazioni sospette. Hanno calcolato il coefficiente di correlazione di Spearman tra le fee e la posizione. Solo un ordinamento strettamente deterministico e basato su attributi del protocollo è stato considerato prova di altruismo.

3. Contributi Chiave

• Quantificazione Empirica dell'Altruismo: Il primo studio che misura quantitativamente la frazione di propositori che agiscono realmente in modo altruistico, andando oltre le stime teoriche.
• Ridefinizione della Non-Altruismo: Introduce il concetto che la delega della governance (anche senza uso diretto di MEV-Boost) e la condivisione delle chiavi private invalidano l'altruismo, poiché il controllo operativo risiede in entità razionali.
• Valutazione della Fattibilità dei Meccanismi di Equità: Dimostra che le attuali proposte di meccanismi di fairness (come Inclusion Lists) basate sull'assunzione di una "minoranza fidata" di propositori sono probabilmente insufficienti con i dati attuali.

4. Risultati Principali

L'analisi ha prodotto una stima rigorosa della frazione di propositori altruisti:

• 92,13% dei propositori sono stati esclusi immediatamente perché utilizzano regolarmente servizi di relais MEV-Boost (Classificatore I).
• Un ulteriore 6,05% è stato escluso a causa della condivisione della governance con entità non altruistiche (Classificatori II-IV), anche se non usavano direttamente i relais.
• Dopo aver analizzato il comportamento interno (XOF e ordinamento), solo 1,36% dei propositori totali è stato classificato come "potenzialmente altruista" (nessuna evidenza di comportamento non altruistico).
• Di questi, solo 0,71% ha mostrato un ordinamento strettamente deterministico in tutti i blocchi, classificato come altruismo certo.
• Il restante 0,65% è considerato "potenzialmente altruista" ma con ordinamenti meno trasparenti.

Conclusione numerica: Meno dell'1,4% dei propositori può essere considerato genuinamente altruista.

Implicazione sui Comitati:
Se un meccanismo di equità si basa su un comitato di 16 membri (come alcune proposte attuali), la probabilità che contenga almeno un altruista scende dal ~78% (se si assumesse il 9% di altruisti) a circa il 20,7%. Per raggiungere una probabilità di sicurezza del 99% (o comunque significativa), i comitati dovrebbero essere enormi (es. almeno 128 membri), il che riduce l'influenza di ogni singolo membro e rende il meccanismo meno pratico.

5. Significato e Conclusioni

Il paper conclude che non è realistico fare affidamento sull'altruismo dei partecipanti per garantire la sicurezza e l'equità di Ethereum. La stragrande maggioranza (98,64%) dei propositori agisce in modo razionale o non altruista, massimizzando i profitti.

Le implicazioni principali sono:

1. Necessità di Incentivi/Penali: I futuri meccanismi di fairness non possono basarsi sulla bontà dei propositori. Devono essere progettati meccanismi economici (ricompense o penalità) che rendano l'equità la strategia razionalmente dominante, indipendentemente dalla presenza di altruisti.
2. Riprogettazione dei Comitati: Se si continuano a usare comitati, questi devono essere molto più grandi di quanto previsto dalle attuali proposte per compensare la scarsità di altruisti.
3. Validità sotto ePBS: Anche con l'introduzione futura dell'Enshrined Proposer-Builder Separation (ePBS), la natura razionale dei propositori non cambierà; se deviare dal protocollo è profittevole, i builder (e di conseguenza i propositori delegati) lo faranno.

In sintesi, la ricerca sposta il paradigma dalla ricerca di "buoni attori" alla necessità di ingegnerizzare incentivi che allineino l'interesse economico dei propositori con gli obiettivi di decentralizzazione e resistenza alla censura della rete.