區塊鏈隱形稅收：閾值加密如何對抗 MEV 衝擊與 Shutter 協議的實踐之路

發布日期：2024年10月2日 23:04 | 分類：加密貨幣分析

摘要：最大可提取價值 (MEV) 作為區塊鏈上的隱形費用，嚴重影響用戶體驗與市場公平性。Shutter 協議透過創新的閾值加密技術，旨在保護交易免受前置交易和三明治攻擊。本文將深入分析 Shutter 協議的運作原理、在 Gnosis Chain 上的部署實踐，並探討其當前的挑戰、未來發展潛力，以及對區塊鏈生態帶來的機會與風險。

市場背景與現況

區塊鏈的透明性雖為其核心特徵，卻也催生了「最大可提取價值 (Maximal Extractable Value, MEV)」這一複雜問題。MEV 指的是區塊生產者或特定參與者，透過控制區塊內交易的排序與納入，從中獲取額外利潤的行為。這個問題在大多數區塊鏈上普遍存在，其根源在於記憶池 (Mempool) 的公開性質——一個儲存待處理交易數據的分類帳。公開的記憶池資訊允許區塊生產者和其他惡意行為者進行「前置交易 (Frontrunning)」，甚至發動「三明治攻擊 (Sandwich Attacks)」，從普通用戶手中攫取價值。

以太坊 (Ethereum) 作為最大的智能合約平台，MEV 問題尤為突出。數據顯示，MEV 提取量持續高達區塊獎勵的 11%。僅在今年九月，三明治攻擊就造成了近 30 萬美元的損失。這揭示了 MEV 並非微不足道的效率損失，而是一種經常性的隱藏費用，尤其在波動劇烈的市場中，對大額交易者影響最深。為此，業界提出了多種 MEV 緩解措施，其中加密解決方案，如閾值加密 (Threshold Encryption) 和同態加密 (Homomorphic Encryption)，被視為潛在的有效途徑。這些技術旨在交易進入記憶池前就對其內容進行加密，並保持隱藏狀態，直到交易排序確定，從而阻止區塊生產者透過操縱交易順序來提取 MEV。然而，大多數加密記憶池架構仍處於研究階段。

核心分析

在眾多 MEV 緩解方案中，Shutter 協議脫穎而出，成為第一個專為解決 MEV 而設計的閾值加密協議。如今，它更是唯一一個基於閾值加密並已實際部署的解決方案，目前已在 Gnosis Chain 主網上線。閾值加密是一種精密的密碼學技術，它將解密密鑰分割成多個部分，並分發給一個由「密鑰持有者 (Keyholders)」組成的委員會。這樣一來，任何單一參與者都無法獨立解密交易內容。

在大多數閾值加密記憶池的設計中，委員會首先會執行一個「分布式密鑰生成 (Distributed Key Generation, DKG)」過程，以產生一個公共密鑰，並為每個成員分配私有密鑰份額。用戶隨後可以使用這個公共密鑰加密他們的交易，並將密文提交到網路。區塊提議者會將這些密文排序到一個區塊中。一旦區塊被最終確定或滿足了特定的揭露條件，每個委員會成員就會發布一個解密份額。隨後，從委員會收集到足夠數量的有效份額，即可組合起來恢復交易的明文。這類似於多重簽名 (Multisig) 的設置，委員會中達到合格多數的參與者即可完成解密。交易排序並解密後，將由網路的虛擬機執行。

Shutter 的閾值委員會作為一個鏈下服務，與區塊鏈並行運作。這種設計使其具有「共識無關性 (Consensus-agnostic)」，意味著它可以在大多數區塊鏈上使用，而無需修改底層的共識規則。然而，值得注意的是，與驗證者集不同，該委員會通常是一個嚴格的許可制結構，需要一定的信任。在 Shutter 協議中，委員會成員（被稱為 Keypers）由協議的治理機制選出。

最初的 Shutter 設計採用「每紀元加密 (Per-epoch encryption)」，用戶在底層鏈的當前紀元下加密交易。這旨在透過將計算密集型解密分攤到多個交易上，以提高效率並減少延遲。然而，此設計存在一個關鍵缺陷：當紀元密鑰被重建時，該紀元的所有交易都會公開，即使是那些尚未被包含在區塊中的交易，這可能使部分網路用戶面臨 MEV 風險。此問題已在 Gnosis Chain 上的實際部署中得到修復，Shutter 採用了「每交易加密 (Per-transaction encryption)」方案。目前，Gnosis Chain 上的 Shutterized Beacon Chain 作為一個替代的遠端程序呼叫 (Remote Procedure Call, RPC) 端點運行，負責加密交易並將密文廣播到排序合約。按照常規的閾值加密流程，一旦交易被包含在區塊中並經過驗證，它們就會被解密並執行。每交易加密以效率換取了簡潔性，因為委員會的工作量會隨著交易吞吐量線性增長，而非像每紀元設計那樣大致保持不變。記憶池閾值加密的進一步發展有望改善這種權衡。

風險與機會

儘管 Shutter 在緩解 MEV 方面前景光明，但其當前部署並非完全無信任 (Trustless)。用戶仍需依賴一個許可制的 Keyper 集，這引入了一定程度的中心化信任假設。另一個限制是目前在 Gnosis Chain 上的部署存在較高的延遲。雖然 Gnosis 區塊每五秒產生一次，但 Shutter 交易目前平均需要約三分鐘才能被納入區塊，這主要是由於 Shutterized 驗證者和 Keypers 數量有限所致。這意味著 Shutter 在其當前形式下，潛力受到一定限制，對於需要即時確認的交易場景尚不適用。

然而，這些挑戰也蘊含著巨大的機會。Shutter 團隊預期「批次閾值加密 (Batched Threshold Encryption, BTE)」有望解決每紀元和每交易方案的缺點。BTE 能夠在保持委員會負載接近恆定的同時，保護未包含在區塊中的交易的隱私。除了 Shutterized Gnosis Chain，Shutter 團隊也正為「樂觀堆棧 (OP Stack)」開發加密記憶池模組，該模組已在 Optimism 測試網上線。這個模組支援每紀元加密，並透過將交易與特定區塊綁定來解決原始 Shutter 設計中的問題。交易會攜帶目標區塊資訊，合約在執行時會檢查當前區塊，確保交易僅在目標區塊中成功執行。如果錯過目標區塊，檢查將失敗，交易會被還原，之後可以重新提交給新的區塊。這為更廣泛的第二層 (Layer 2) 解決方案提供了 MEV 緩解的可能性。

未來展望

Shutter 團隊正規劃一條實用且協議外 (Out-of-protocol) 的路線圖，旨在以太坊上實現一個完全加密且信任最小化 (Trust-minimized) 的記憶池。這項宏偉的目標將需要分階段的工作，涉及錢包、遠端程序呼叫 (RPCs)、中繼器 (Relays)、區塊建造者 (Builders) 和驗證者激勵等生態系統各個層面的協同努力。在獲得協議內 (In-protocol) 支援後，相同的模組將能夠擴展到其他以太坊虛擬機 (Ethereum Virtual Machine, EVM) 兼容鏈。

這項發展預示著區塊鏈生態系統將邁向更公平、更安全的未來。隨著閾值加密技術的成熟和普及，用戶將能更有效地避免因 MEV 造成的隱形損失，特別是在去中心化金融 (DeFi) 領域，這將大幅提升用戶體驗和交易的完整性。長遠來看，一個能夠有效緩解 MEV 的區塊鏈環境，將有助於吸引更多主流用戶和機構參與，進一步推動 Web3 的普及與發展。然而，實現這一願景的道路充滿挑戰，需要持續的技術創新、跨鏈協作以及社群的廣泛支持。

結論

最大可提取價值 (MEV) 作為區塊鏈透明性所衍生出的內在挑戰，長期以來侵蝕著用戶利益並損害市場公平。Shutter 協議憑藉其在閾值加密技術上的開創性應用，為解決這一頑疾提供了一個具體且已部署的解決方案。儘管目前仍面臨許可制 Keyper 集的信任假設和交易延遲等挑戰，但 Shutter 在 Gnosis Chain 上的實踐以及對 OP Stack 的拓展，證明了其技術的可行性與廣闊的應用前景。隨著批次閾值加密 (BTE) 等技術的進一步發展，以及與更廣泛生態系統的整合，Shutter 有望在未來實現更去信任化和高效的 MEV 緩解。這不僅將顯著提升鏈上交易的安全性與公平性，也為去中心化金融的健全發展奠定了堅實基礎，最終惠及所有區塊鏈參與者，共同邁向更公正透明的 Web3 世界。

免責聲明：本文僅供參考，不構成投資建議。投資加密貨幣有風險，請謹慎決策。

文章來源:https://cointelegraph.com/news/applied-mev-protection-via-shutter-s-threshold-encryption