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

A análise empírica revela que menos de 1,4% dos propositores de blocos da Ethereum agem consistentemente de forma altruísta, demonstrando que mecanismos de justiça baseados apenas na boa vontade dos participantes são insuficientes e exigindo a implementação de incentivos ou penalidades adicionais para garantir a descentralização e a resistência à censura.

O essencial

Imagine que o Ethereum é como uma grande praça pública onde as pessoas fazem negócios (transações). Para manter a ordem, a praça tem um sistema de vigias rotativos (os "propositores" ou validadores). A cada turno, um vigia diferente é escolhido aleatoriamente para organizar a fila de pessoas que querem entrar na praça e decidir quem entra primeiro.

A ideia original e bonita desse sistema é que esses vigias sejam justos e altruístas: eles deveriam colocar as pessoas na fila apenas pela ordem em que chegaram, sem pular ninguém, sem cobrar "propinas" para entrar na frente e sem deixar pessoas específicas de fora.

O Problema: A Ilusão da Bondade

Os pesquisadores deste artigo (Patrick, Nils e Hannes) decidiram investigar se essa "bondade" dos vigias é real ou apenas uma ilusão. Eles queriam saber: Quantos desses vigias realmente agem de forma justa, mesmo que isso signifique ganhar menos dinheiro?

A resposta que eles encontraram foi um choque: quase ninguém é realmente altruista.

A Analogia do "Gerente de Fila"

Para entender o que aconteceu, vamos usar uma analogia:

1. O Vigia Original (Altruísta): Ele organiza a fila sozinho, colocando as pessoas na ordem certa, mesmo que isso signifique ganhar menos gorjetas.
2. O Vigia Moderno (Racional/Egoísta): Ele percebe que pode ganhar muito mais dinheiro se não organizar a fila sozinho. Então, ele contrata um "Gerente de Fila" profissional (chamado de Builder ou construtor de blocos).
   • Esse Gerente é um especialista em encontrar as pessoas que pagam mais para entrar na frente (chamado de MEV ou Valor Extraível Máximo).
   • O Vigia apenas assina o papel dizendo "ok, essa é a fila" e recebe uma parte do dinheiro.
   • O problema: O Vigia não sabe quem está na fila. Ele está "vendendo" seu poder de decisão para o Gerente. Se o Gerente decidir excluir alguém ou colocar um amigo na frente, o Vigia não faz nada, porque o dinheiro é mais importante.

O Que os Pesquisadores Descobriram?

Eles analisaram os dados de janeiro a abril de 2025 e fizeram uma "peneira" para separar os vigias:

1. Os "Vigias de Aluguel" (91%): A grande maioria dos vigias (quase 9 em cada 10) contrata esses Gerentes de Fila externos. Eles entregam o controle total da fila para empresas centralizadas. Eles não têm escolha: se o Gerente diz "não incluir essa pessoa", o vigia obedece.
2. Os "Falsos Altruístas" (6,1%): Restaram alguns vigias que não contratam o Gerente diretamente. Mas, ao investigar mais a fundo, os pesquisadores viram que eles compartilham o mesmo "chefe" ou infraestrutura com os vigias de aluguel. Se o chefe for ganancioso, todos os vigias sob seu comando também serão.
3. Os "Verdadeiros Altruístas" (Menos de 1,4%): No final, restou um grupo minúsculo. Menos de 1,4% dos vigias agiram de forma que parecia genuinamente justa, sem usar serviços externos e sem sinais claros de ganância.

Por Que Isso é Perigoso?

O Ethereum está tentando criar novas regras de segurança (chamadas de Mecanismos de Justiça ou Fairness Mechanisms). A ideia é: "Se um vigia tentar ser injusto, teremos um comitê de outros vigias para impedir isso."

A lógica desses novos sistemas depende de uma suposição: que sempre haverá pelo menos um vigia "bonzinho" (altruísta) no comitê para dizer "não" à injustiça.

O artigo diz: "Essa lógica está quebrada."

Se você tem um comitê de 16 pessoas e apenas 1,4% da população é "bonzinha", a chance de que nenhuma dessas 16 pessoas seja bonzinha é enorme (cerca de 80%). Ou seja, o comitê pode ser composto inteiramente por pessoas que só querem dinheiro e vão ignorar as regras se for lucrativo.

A Conclusão Simples

O estudo conclui que não podemos contar com a "bondade" das pessoas para manter o Ethereum justo. A maioria dos participantes é racional e busca lucro.

O que precisa ser feito?
Em vez de esperar que os vigias sejam heróis, o sistema precisa mudar as regras de jogo para que ser justo seja a opção mais lucrativa.

• Se você for injusto, você deve ser punido (perder dinheiro).
• Se você for justo, você deve ser recompensado (ganhar mais).

Se o sistema não tiver essas punições e recompensas automáticas, e continuar dependendo apenas da boa vontade de alguns poucos, o Ethereum pode perder sua descentralização e se tornar uma ferramenta controlada por poucos ricos, onde a justiça é apenas uma ilusão.

Resumo em uma frase: O Ethereum precisa de leis e multas automáticas para garantir a justiça, porque contar com a "consciência" dos participantes é como tentar segurar água com as mãos: a maioria vai escorrer.

Resumo técnico

Resumo Técnico: Por que o Ethereum Precisa de Mecanismos de Justiça que Não Dependam do Altruísmo dos Participantes

1. O Problema

O Ethereum enfrenta uma tensão fundamental entre seus ideais de descentralização e resistência à censura e a realidade prática de seus mecanismos de consenso. O design atual concede ao "proponente" (proposer) de um bloco autoridade exclusiva temporária para construir esse bloco. Isso cria um monopólio de curto prazo que permite comportamentos indesejáveis, como:

• Censura temporária: Excluir transações específicas.
• Front-running e ataques de sanduíche: Manipular a ordem das transações para extrair valor (MEV - Maximum Extractable Value).

Muitos mecanismos de justiça propostos (como Inclusion Lists e designs de Múltiplos Proposers Concorrentes) baseiam-se na premissa de que uma fração suficiente de proposers agirá de forma altruísta. No contexto do modelo BAR (Byzantine–Altruistic–Rational), um proposer altruísta segue o protocolo estritamente, priorizando a justiça do usuário e a descentralização, mesmo que isso reduza sua receita potencial.

O problema central identificado pelos autores é que não se pode confiar na existência de uma porcentagem significativa de proposers altruístas. Estudos anteriores indicam que cerca de 91% dos proposers delegam a construção de blocos para serviços centralizados (como o MEV-Boost), tornando-se "cegos" quanto ao conteúdo dos blocos que assinam. A questão de pesquisa é: Qual é a fração real de proposers que exibem comportamento genuinamente altruísta?

2. Metodologia

Os autores realizaram uma análise empírica abrangente cobrindo o período de janeiro a abril de 2025, analisando 859.313 blocos consecutivos e 600.115 proposers distintos. A metodologia consistiu em um processo de filtragem em seis etapas (classificadores) para excluir proposers com comportamento não altruísta, partindo de um conjunto total e reduzindo-o progressivamente:

1. Classificador I (Uso de Relays): Excluiu proposers cujos blocos foram anunciados via relays do MEV-Boost. Estes delegam a construção a terceiros, perdendo o controle sobre o conteúdo.
2. Classificador II (Governança Compartilhada): Agrupou proposers por endereço de coinbase (receptor das recompensas). Se um cluster contivesse qualquer proposer não altruísta (ex: que usava MEV-Boost), todo o cluster era excluído, assumindo que o controle operacional compartilhado implica alinhamento de interesses racionais.
3. Classificador III (Tipos de Conta): Excluiu clusters baseados em Contas de Contrato (CAs), que geralmente pertencem a provedores de Staking-as-a-Service (STaaS) com lógica de distribuição automatizada, mantendo apenas Contas de Proprietário Externo (EOAs).
4. Classificador IV (Pagamentos de Builders): Verificou pagamentos de builders conhecidos para os endereços de coinbase dos clusters restantes. A presença de tais pagamentos indicava uso de serviços de construção externos, mesmo sem o uso explícito de relays públicos.
5. Classificador V (Fluxo de Ordem Exclusivo - XOF): Analisou a inclusão de transações não propagadas publicamente (XOF), que são usadas para extrair MEV direto. Proposers que incluíam tais transações foram excluídos.
6. Classificador VI (Ordenação de Transações): Analisou a ordem das transações dentro dos blocos.
   • Altruísta: Ordenação estritamente baseada em taxas prioritárias (protocolo).
   • Potencialmente Altruísta: Ordenação não estrita, mas com forte correlação de Spearman ($\sigma_{rs} > 0.7$) com as taxas, sugerindo ausência de manipulação intencional de conteúdo.

3. Principais Contribuições

• Definição Comportamental de Altruísmo: O artigo propõe uma definição estritamente baseada em comportamento observável (não em motivações morais), onde o altruísmo é a adesão ao protocolo sem desvios para maximização de lucro através de MEV ou delegação de controle.
• Análise Empírica da Fração Altruísta: Quantifica pela primeira vez a fração real de proposers que não delegam controle e não extraem MEV de forma agressiva, refutando a suposição otimista de que "alguns por cento" são suficientes para garantir a segurança de mecanismos baseados em comitês.
• Impacto em Mecanismos de Justiça: Demonstra que mecanismos como Inclusion Lists (ILs) e MCPs, que dependem da presença de pelo menos um proposer honesto em um comitê, podem falhar se o tamanho do comitê não for ajustado drasticamente para compensar a escassez de altruístas.

4. Resultados

Os resultados mostram uma redução drástica na estimativa de proposers altruístas à medida que os filtros são aplicados:

• 92,13% dos proposers foram excluídos por usar MEV-Boost (Classificador I).
• Após análise de governança compartilhada e pagamentos de builders, a fração restante caiu para ~1,82%.
• Após a exclusão de proposers com XOF (Classificador V), restaram 1,36%.
• Altruísmo Estrito: Apenas 0,65% dos proposers (3.814 indivíduos) exibiram ordenação estritamente determinística em todos os blocos.
• Altruísmo Potencial: Se considerarmos os proposers com forte correlação de ordenação ($\sigma_{rs} > 0.7$), a fração sobe para 1,36%.

Conclusão Quantitativa: Aproximadamente 98,64% dos proposers comportam-se de forma não altruísta (racionais ou bizoncinos). A fração de 1,36% deve ser considerada um limite superior, pois casos limítrofes não podem ser classificados com certeza.

Observações Adicionais:

• Proposers classificados como (potencialmente) altruístas tendem a ser mais antigos (registrados antes do Merge), sugerindo que a participação altruísta é mais comum em participantes que entraram antes da existência de incentivos econômicos agressivos de MEV.
• Novos validadores (< 0,2%) raramente exibem comportamento altruísta.

5. Significado e Implicações

O estudo conclui que confiar apenas na presença de proposers altruístas é insuficiente para garantir a justiça e a resistência à censura no Ethereum.

• Falha de Mecanismos Atuais: Para que um comitê baseado em Inclusion Lists tenha uma probabilidade de 83,5% de conter pelo menos um proposer altruísta (garantindo resistência à censura), o tamanho do comitê precisaria ser de pelo menos 128 membros. Comitês menores (ex: 16 membros) teriam apenas ~20% de chance de sucesso, tornando-os vulneráveis.
• Necessidade de Incentivos Econômicos: O Ethereum precisa de mecanismos que tornem a justiça a estratégia racional para os proposers, em vez de depender da moralidade. Isso inclui:
  • Mecanismos de recompensa/penalidade que alinhem o lucro do proposer com a inclusão justa de transações.
  • Projetos como FairFIL, que transferem a responsabilidade da lista de inclusão para o builder (com auditoria posterior), ou esquemas que penalizam a censura.
• ePBS (Enshrined Proposer-Builder Separation): Mesmo com a futura implementação do ePBS no protocolo, onde a separação é nativa, a racionalidade dos proposers não muda. Se a exclusão de transações for financeiramente lucrativa, os builders (controlados por entidades racionais) continuarão a fazê-lo, a menos que haja penalidades ou incentivos contrários.

Em suma, o artigo alerta que a comunidade do Ethereum deve abandonar a suposição de que a descentralização é garantida pela existência de "bons atores" e focar no desenho de protocolos onde o comportamento justo seja o caminho mais lucrativo para todos os participantes.