位置选择：决定去中心化区块构建效率的关键

随着多个 MCP 协议正处于设计和实施阶段，我们认为现在讨论位置选择如何与协议设计相互作用，以在这些系统中实现高效、公平和抗审查功能，正当其时。在我们最新的论文 《去中心化区块构建的代价》（The Price of Decentralization in Block Building）中，我们解决了这个问题，并回答：多个自利提议者的位置选择是否会改善地理分布的用户和交易源的接入？

动机

区块链由一组无需许可的代理运营，他们定期尝试就世界状态达成共识。协议设计作为一种协调机制，旨在网络正确运行的情况下，就福利而言达到社会最优结果。现有文献中有大量研究探讨代理偏离预期行为以最大化个人奖励的激励（例如，自私挖矿、削价攻击）。然而，代理在遵守协议规则的同时仍然可以采取策略性行为，而由此产生的均衡状态的福利影响可能并不容易分析。

位置选择 是自利选择可能与社会最优结果相冲突的领域之一，仅仅遵循协议规则可能无法保证全球各地的代理获得对称回报。例如，如果所有以太坊验证者和订单流提供者（即交易源）都位于欧洲和北美，那么从南非运行验证者可能在经济上是糟糕的决定，因为会产生延迟成本：(i) 交易到达你的延迟，以及 (ii) 你的区块/投票到达多数验证者的延迟。在这样的世界中，理论会预测一个均衡位置结果：所有诚实且经济理性的验证者会彼此共址，并与订单流来源共址。

值得庆幸的是，现实在验证者分布和订单流来源两方面都更加分散。因此，地理分布尚未完全崩溃。尽管如此，当今仍有很大比例的验证者在欧洲和北美运营。在最近的一篇论文 《以太坊区块构建范式中的地理集中韧性》（Geographical Centralization Resilience in Ethereum's Block-Building Paradigms）中，我们展示了以太坊当前的区块构建架构（在本地区块构建和类似 PBS 的外包区块构建下）如何激励将与收益相关实体之间的延迟最小化，并最终导致系统在地理上集中。

地理集中的影响——Phil Daian 在此处详细讨论过——包括关联故障（例如，由于自然灾害或断电）和奖励获取的不对称。可以说，当底层区块链协议以单一提议者运作，且该提议者对区块创建拥有临时垄断权时，这些威胁会被放大。在这类网络中，地理集中可能直接影响系统的活性（例如，如果下一个提议者在网络上不可达），以及抗审查性——提议者可能故意选择排除你的交易，或者可能不得不遵守政府法规而阻止某些交易的包含，正如 OFAC 对隐私混合器交易的制裁那样。

多并发提议者（MCP）系统的引入为此提供了一种补救措施，即在同一轮中，区块内容可以由多个实体提供。在理想情况下，这将在抗审查性方面显著改善单一提议者的瓶颈。其思路很简单：如果在任何给定轮次中有 $N$ 个提议者，即使其中 $N-1$ 个在审查你，只要有一个不审查的提议者愿意包含你的交易（假设你支付了足够的费用），就足够了。然而，有一个问题：如果提议者在地理上集中在一个离你很远的地方，延迟效应可能会抵消这些好处，降低你及时被包含的机会。虽然这对于简单的支付来说可能不是大问题，但对于时间敏感的交易（例如，在 MEV 竞争环境中），你可能会因为交易未能及时到达 $N$ 个提议者中的至少一个而被排除在外。

可以想象，在近期 MCP 协议的快速区块时间下（例如 Solana 上的 Constellation、Monad 上的 Cadence 和 Arc 上的 AMP），这种短期包含概率会降低，因为你的交易到达最近提议者所需的时间与最近提议者可以等待收集交易的总时间之比会增加。形式化地表达，设随机变量 $X$ 表示你到最近提议者的延迟，其 CDF 为 $F_X(x)=P(X \leq x)$；设 $\Delta$ 为最近提议者在发送其区块给其他验证者之前可以等待的时间（假设 $\Delta$ 近似于共识协议的区块时间）。给定区块时间为 $\Delta_1$ 和 $\Delta_2$ 的两种设置，其中 $\Delta_1 > \Delta_2$。如果你在两种设置下都在时间 $t$ 发送交易，到达最近提议者的概率分别为 $F_X(\Delta_1 - t)$ 和 $F_X(\Delta_2 - t)$，且 $F_X(\Delta_1 - t) > F_X(\Delta_2 - t)$。这意味着在较长的区块时间设置下，交易到达最近提议者的概率更高。

然而，区块时间只是这个复杂机制设计问题的一个杠杆，还有许多其他决策需要做出，例如：需要多少个并发提议者；奖励应如何分配；在合并各个提议者区块中的交易时应遵循什么规则；等等。这就为多提议者协议提出了一个关键设计问题——这类协议通过去中心化区块构建过程来改善网络的抗审查性：多个自利提议者（选择区域以最大化个人效用）的位置选择，是否真的会改善地理分布的用户和交易源的接入？

去中心化的代价

在我们最近的论文 《去中心化区块构建的代价》（The Price of Decentralization in Block Building）中，我们解决了这个问题。我们将去中心化区块构建建模为一个随机覆盖博弈，其中构建者（即提议者）选择地理区域，而信息源在区块构建轮次中发出交易。构建者的区域决定了给定来源发出的交易在区块截止时间前到达该构建者的概率。由于多个构建者可能收到并包含同一笔交易，去中心化的布局可能产生冗余覆盖：多个构建者可能覆盖相同的高价值来源，而其他来源则覆盖薄弱，从而削弱多提议者协议在抗审查性方面的优势。因此，覆盖选择具有福利影响，我们要问的是：在这种去中心化的构建者区域博弈下，最终的位置布局可能有多么低效和集中？

我们通过经典的“无政府代价”（PoA）框架来衡量效率损失，在此背景下我们将其解释为“去中心化的代价”，指的是与集中协调布局相比，去中心化自利位置选择所造成的福利成本。关键的观察是，当一笔交易已经被多个构建者覆盖时，在均分奖励规则下，额外的构建者只能获得该交易价值中较小的份额，同时对福利没有额外贡献。这使我们能够将单方面偏离与总福利联系起来。通过这种方式，我们证明了该博弈的随机覆盖结构保留了标准因子 2 PoA 界所需的效用博弈条件。我们还研究了均衡状态下构建者之间的效用集中度，并确定了最低效用构建者的收益至少是最高效用构建者收益的一半，并且由此产生的效用份额赫芬达尔-赫希曼指数（HHI）最多比均等基准高出 12.5%。

然而，我们理论上的最坏情况界本身并不能说明在具体实例中何时会出现福利损失。具体来说，我们无法回答福利、交易覆盖和集中度如何随来源价值、延迟和构建者参与配置而变化。为了解决这个问题，我们开发了一个模拟器，并在受控的模拟环境集合中将自利均衡结果与集中规划者基准进行比较。我们考察的设置有：不同的来源价值分布（例如，每个区域具有相同的期望价值 vs. 区域具有不对称的价值分布）；不同的 Slot 时长，它控制互联网延迟对交易能否在截止时间前到达的影响程度；以及不同的构建者参与度，以测试额外的构建者是扩大覆盖范围还是主要在高价值来源周围重复覆盖。

我们的发现强调，效率损失在以下设置下达到最大：大部分价值集中，但仍有一些外围区域能够在 Slot 时间内及时到达并提供有意义的价值。在最优结果中，社会规划者将一些构建者配置到这些外围区域以提供覆盖，但去中心化均衡的激励仍然偏向于能够便捷接入高价值来源的区域。因此，来源价值不对称性与延迟敏感性的相互作用驱动了低效率。从协议设计的角度来看，相关的时间参数不是孤立的 Slot 时长，而是 Slot 时长相对于互联网基础设施上交易传播延迟的比例。

额外的实验表明，增加构建者参与会扩大潜在覆盖能力，但在我们模拟所考察的有限范围内（最多 12 个构建者），额外的构建者可能不会立即覆盖外围来源。当高价值覆盖基本饱和后，规划者会将额外的构建者分配到外围来源区域，而在均衡状态下，额外的构建者会自私地在高价值来源周围重复覆盖，而不是分散到外围区域。

在不同的设置中，我们观察到一个重复出现的模式：地理集中度和效用集中度可能反映不同的目标。规划者的分配通常在地理上更分散，但在效用上更不平等，因为规划者将构建者放置在低收益的外围区域以提高总覆盖率，并因此提升福利。均衡配置则可能在地理上更集中，同时在均分规则下保持构建者效用相对均衡。

结语与未来研究方向

在这篇论文中，我们初步探讨了多提议者协议设计、地理区域选择以及福利与集中度影响之间的相互作用。总的来说，我们提供了理论和实证两方面的证据，说明为什么在构建服务地理分布用户的高效、公平、抗审查系统时，协议设计应考虑其中的位置选择维度。随着多个 MCP 协议目前在行业中正被设计和实施，我们相信我们的工作是及时的，并希望它能引发社区中必要的讨论。

最后，我们列出了我们认为接下来需要解决的研究项目：

• 研究替代奖励分配规则的影响：位置选择的一个关键驱动因素是覆盖交易的奖励如何分配。在我们采用的均分规则下，只有覆盖一笔交易的构建者均等地分享奖励。然而，替代规则可能产生不同的福利和公平影响。这些规则的非详尽列表包括：
  • 赢家通吃：只有唯一包含者获得奖励；如果多个构建者包含同一笔交易，则不给予奖励（例如，奖励被销毁）。这可以减少重复包含，同时加强排他性、私有路由和奖励集中的激励。
  • 委员会级分享：奖励在所有构建者之间均分，而不仅仅是包含者。这可能会鼓励构建者最大化总来源覆盖，但如果奖励支付给未对覆盖做出贡献的构建者，则可能产生搭便车激励。
  • Tullock 式比例分配：奖励根据贡献得分分配，例如来源与构建者之间的传播延迟，其中包含概率最高的构建者获得最大份额。均分规则可以视为比例分配中所有得分相同时的特例。这些规则介于均等分享和赢家通吃分配之间。
• 测量订单流地理分布：我们的模拟采用了风格化的来源位置和价值分布配置。这可以通过基于订单流地理分布估计的实证校准来改进（例如，用户从哪里发送交易，以及高价值来源（如 DEX）位于何处）。
• 整合共识和通信细节：我们直接建模来源与构建者之间的延迟，并使用统一的交易接收截止时间。在现实中，协议可能涉及点对点传播、中继等中间方，以及证明委员会和聚合领导者等共识参与者。这些特征将影响区域的时序敏感性，需要更丰富的共识层和网络通信模型。
• 研究女巫行为：根据协议的奖励分配规则，构建者可能被激励组成联盟，通过避免冗余、低效的覆盖来提高利润。此类联盟的影响值得研究，因为它们可以提高福利，但也可能通过表现为单一经济实体而破坏去中心化区块构建的抗审查性优势。

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