通過 Shutter 的閾值加密應用 MEV 保護

了解 MEV 及其對區塊鏈用戶的影響

透明性是區塊鏈的基礎特徵之一，但它也讓通過控制區塊內交易順序和包含的方式來提取價值成為可能，這被稱為 MEV（最大可提取價值，maximal extractable value）。

這個問題在大多數區塊鏈上都很常見，其根源在於內存池（mempool）的公開性，內存池是一個儲存待處理交易資料的帳本。這些資訊讓區塊生產者和其他參與者能夠從搶先交易（frontrunning）中獲益。

MEV 在以太坊上尤其惡名昭著，目前被提取的速度相當於區塊獎勵的 11%。數據顯示，僅在 9 月就有近 300,000 美元在三明治攻擊中損失。這說明 MEV 並不是一個小的效率問題，而是一項反覆出現的隱形費用，尤其在波動市場中對大額交易傷害最大。

Shutter 的閾值加密作為 MEV 解決方案

在眾多 MEV 緩解措施中，已提出多種密碼學解決方案，包括閾值加密和同態加密。這些技術會在交易進入內存池之前將其內容加密，並在確定交易排序前保持隱藏。這防止了區塊生產者通過操控交易排序來提取 MEV。然而，大多數加密內存池架構仍處於研究階段。

Shutter 是首個專為解決 MEV 而設計的閾值加密協議。目前，它仍是唯一真正上線部署且基於閾值的解決方案，已在 Gnosis Chain 主網運行。

閾值加密是一種密碼學技術，將解密金鑰分割給一組金鑰持有者，這樣沒有任何單一方可以自行解密交易。在多數閾值加密內存池中，委員會首先運行分佈式金鑰生成 (DKG) 流程，產生公鑰以及每個成員的私鑰份額。用戶可使用該公鑰加密其交易，並將密文提交至網絡。

區塊提議者將這些密文排序進一個區塊中，一旦區塊確認或滿足揭露條件，每個委員會成員公布一個解密份額。然後將所需數量的有效份額組合起來，恢復明文交易。就像多重簽名設置一樣，達到合格多數的委員會參與者即可。交易排序和解密後，將由網絡虛擬機執行。

閾值委員會作為鏈外服務與區塊鏈並行運行。該設計使其與共識機制無關，意味著可在大多數區塊鏈上使用，無需更改共識規則。但需注意的是，與驗證者集合不同，委員會通常是一個嚴格許可制的結構，需要信任。在 Shutter 中，委員會成員（稱為 Keyper）由協議治理選出。

初始的 Shutter 設計採用每 epoch 加密，用戶在底層鏈當前 epoch 下加密交易。這旨在通過將計算密集的解密工作分攤到多筆交易來提升效率並降低延遲。但這一設計產生了關鍵缺陷。一旦 epoch 金鑰被重建，該 epoch 內的所有交易都會公開，甚至包括尚未被區塊包含的交易。這可能讓部分網絡用戶暴露於 MEV 風險。

這個問題已在 Gnosis Chain 的實際部署中修復，Shutter 採用了每筆交易加密。目前，Gnosis Chain 上的 Shutterized Beacon Chain 作為一個替代 RPC 端點運行，將交易加密並將密文廣播至排序合約。按照常規閾值加密流程，當交易被包含於區塊並驗證後，將被解密並執行。

每筆交易加密以簡單性換取效率，因為委員會的工作負載會隨交易吞吐量線性增長，而不像每 epoch 設計那樣基本保持恆定。未來對內存池閾值加密的進一步發展有望改善這種權衡。

Shutter 團隊預計，批次閾值加密 (BTE) 可能是兼顧每 epoch 和每筆交易方案缺點的潛在方式。BTE 可使委員會負載基本保持恆定，同時保護未被區塊包含交易的隱私。

除了 Shutterized Gnosis Chain，Shutter 團隊還在為 OP Stack 開發加密內存池模組，該模組已在 Optimism 測試網上線。此模組支援每 epoch 加密，並消除了初代 Shutter 設計的問題，因為交易與特定區塊綁定。交易攜帶目標區塊信息，合約在執行時檢查當前區塊，只有落在該區塊時才會成功。如果錯過目標區塊，檢查失敗，交易回退，之後可以為新區塊重新提交。

儘管在 MEV 緩解方面充滿前景，Shutter 目前尚未完全去信任化，因為用戶仍需信任一個有許可的 keyper 集合。另一個限制是目前 Gnosis 部署的高延遲，這意味著 Shutter 在現階段潛力有限。雖然 Gnosis 區塊每五秒產生一次，但 Shutter 交易目前平均約三分鐘才會被包含，這是由於 Shutterized 驗證者和 Keyper 數量有限所致。Shutter 團隊正在規劃一條實際路徑和協議外的路線圖，以實現以太坊上完全加密且更具去信任化的內存池。不過，這一步將需要跨錢包、RPC、轉發器、構建者和驗證者激勵等分階段推進，隨後是協議內支援，屆時相同模組也可擴展至其他 EVM 鏈。

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