基于代理的执行票模拟

作者： Pascal Stichler （ ephema labs ）

非常感谢Julian 、 Jonah 、 Marc和Chris的宝贵反馈，特别感谢Barnabé最初的研究推动和指导。

请注意：这只是研究结果的摘要。完整的研究报告可在此处找到，代码可在Google Colab和Github上找到。有关如何运行模拟的说明在此处分享。模拟结果可在此文件夹中找到，有关该主题的 Devcon 2024 演示文稿的录音可在此处找到。

总结

• 我们审查并全面确定了执行票的机制设计空间，并通过结构化审查和基于代理的模拟评估了潜在的具体机制设计。
• 执行票是在协议级别获取 MEV 奖励的有效机制，但是区块构建者的去中心化和对链下协议（OCA 证明性）的抵抗仍然是一个挑战。
• 基于拍卖的定价形式在获取 MEV 奖励方面表现良好，而改编的 EIP-1559 风格定价则表现出不太有利的动态。
• 在模拟中启用二级市场有利于促进权力下放和 MEV 获取。
• 集中化和 MEV 捕获的模拟结果对执行票持有者的属性非常敏感，尤其是提取 MEV 的能力和波动性专业化。这与以前的文献一致。

背景

目前，执行票证被认为是增强以太坊区块空间分配机制的有前途的下一个进化步骤。通过执行票证，协议可以出售执行区块提议的权利。这是通过提供票证来实现的，票证持有者可以参与抽奖，以在未来成为执行区块提议者。它将共识奖励（例如用户支付的优先级提示）与执行奖励（例如最大可提取值 (MEV)）分开。它旨在通过消除诸如计时游戏之类的优化手段来降低对验证者的复杂程度要求，从而促进信标链验证者之间的去中心化 [1]。此外，它还可以实现协议级 MEV 捕获。因此，它本质上旨在解决两个问题：当前 MEV 奖励泄漏给区块提议者的“分配”问题，其次是 MEV 供应链的“中心化”问题 [2]。

执行票最初由 Justin Drake在此处引入，概述了其动机。他解释了将共识与执行层奖励分开的一般机制设计，并出售执行票以参与抽奖以被选为执行区块提议者。Mike Neuder在此处正式化并更清晰地概述了机制设计，同时还收集了几个悬而未决的问题。我们在此处提供了有关协议机制如何以及为何演变的更通俗的介绍。Jonah Burian、Davide Crapis 和 Fahad Saleh 在此处和此处进行了良好的经济分析，结果表明，如果定价正确，执行票可以在协议级别内化所有价值产生的 MEV 奖励。然而，有一个重要的限制，即“协议必须能够以其内在价值出售票”。此外，Barnabé Monnot 在此处很好地概述了协议随时间推移的考虑因素，以及执行拍卖 (EA) 作为具有固定 32 个时段预售期的执行票的特殊实现如何发挥作用。 Thomas Thiery 在此1通过引入随机化元素 (randEA) 进一步扩展了执行拍卖的理念。

由于以前的文献往往侧重于大局而忽略了机制设计的细节，我们计划专注于机制设计的细节。例如，出售执行票的最佳定价机制是什么？票的数量应该是可变的还是固定的[3]？票是否应该过期并可转售？或者可以返回协议？

为了深入解答这些问题，我们开发了一个理论框架，确定了执行票机制设计的主要目标、衡量这些目标的指标，并提出了理想的价格特征。此外，我们概述了主要机制设计参数及其可能的表达式。基于理论评估和基于代理的模拟，我们得出了关于机制设计的初步结论。

方法论

验证执行票的潜在机制设计的方法有两种。

第一步，我们对机制旨在优化的目标进行理论分析，并提出几个衡量这些目标实现情况的指标。接下来，我们概述可能的机制属性及其潜在价值的设计空间。这包括门票的属性以及潜在的定价和分配机制（例如基于拍卖的格式与报价格式）。基于初步的理论分析，提出并使用理论框架评估潜在的具体机制设计。

在第二步中，使用基于代理的模拟验证这些发现。模拟（例如EIP-1559 模拟）已被证明是估计潜在机制设计选择影响的合适工具。模拟模拟了执行票的分配、交易和赎回过程。模拟的范围是运行先前设计的配置并根据目标进行比较。此外，可以从模拟中得出关于每个参数的结论，以确定有利的选择。模拟使用现有的行业标准框架（ radCAD ）在 Python 中实现。为简洁起见，这里没有概述模拟假设和规范，但可以在第 5.1 章的研究报告中找到。

机制目标和设计空间

为了概述可能的设计机制，我们首先概述所需的机制行为和不同配置的解决方案空间，然后对其进行评估。

表 1：重要目标摘要

执行票旨在优化两个关键目标：促进信标链提议者之间的去中心化，并在协议级别获取最大可提取价值 (MEV)。因此，它解决了以太坊路线图部分“祸害”的两个关键目标：(i) 最大限度地降低以太坊质押层的集中化风险；(ii) 最大限度地降低从用户那里过度提取价值的风险。

去中心化是一个关键方面，因为它可以防止多种不利的动态。在执行票证的背景下，它可以分为信标链验证者和执行链去中心化。执行链中心化可以发生在票证持有者或区块构建者级别 [2]。通常，去中心化可确保活跃性，即没有一个参与者可以自愿或非自愿地停止链条并损害活跃性。此外，它有助于抵制审查 [4]。出于这些原因，信标链验证者去中心化至关重要。在假设信标链验证者可以强制将某些交易放入区块的情况下，执行链提议者去中心化就不那么重要了，例如使用包含列表和 JIT 区块顶部拍卖的版本。在这种情况下，执行链提议者去中心化主要与避免活跃性风险和促进 ET 的竞争性竞标有关。

在协议层面捕获 MEV 至关重要，因为它会将 MEV 奖励从信标链验证者奖励中移除，而销毁奖励很可能是最中立的方式。此外，从博弈论的角度来看，该机制应遵守 [5] 中概述的某些标准。首先，必须激励区块生产者参与并提出非空区块，这被称为区块生产者激励兼容 (BPIC) [6]。其次，它应该能够抵抗链下协议（OCA 证明），这意味着参与者不能通过达成链下协议而互惠互利。最后，它应该是主导策略激励兼容 (DSIC)，这意味着对于每个参与者来说，无论其他参与者的行为如何，他们都可以应用一种主导策略。例如，在密封投标的第一价格拍卖中，参与者需要对其他参与者的内在估值及其竞价策略进行理论化以计算他们的出价，这使得它不是 DSIC，从而使参与者变得更加复杂，并且可能没有激励他们透露他们真正的内在估值。

我们建议通过三个指标来衡量去中心化程度：中本聪系数、赫芬达尔-赫希曼指数 (HHI) [7] 和最大票证持有者的市场份额。此外，MEV 捕获可以通过在协议级别捕获的票证持有者的 MEV 奖励份额来评估。

我们认为执行票价行为是次要的，但仍值得考虑。因此，我们关注三个方面：价格可预测性、平滑性和准确性。价格可预测性对于验证者参与拍卖和长期规划至关重要。如 [8] 所述，波动性可以作为金融市场价格可预测性的衡量标准，遵循 Garman-Klass (GK) 度量 [9] 等方法。Garman-Klass 度量传统上用于金融市场衡量波动性，包括每日开盘价、最低价、最高价和收盘价。为了达到我们的目的，需要调整时间间隔，例如调整为基于时代的间隔。价格平滑性可确保市场波动期间的稳定性，降低持票人的风险，连续价格变化的方差（V(Δp)，本质上是价格的自相关性）被提议作为衡量标准。最后，价格准确性反映了 ET 的真实价值，旨在获取最大份额的 MEV，同时保持对参与者的吸引力，其衡量标准与 MEV 获取类似。

在表 2 中，我们概述了执行票可能配置的设计空间。

表 2：可能的执行票配置概述

虽然大多数属性都很简单，但我们将提供一些定价机制的背景知识。与 MEV-Boost 不同，奖励可能会分配给区块生产者，执行票收入旨在通过销毁协议代币持有者来造福协议代币持有者，从而增加社会福利 [10]。固定定价机制被认为无法最大限度地提高社会福利 [11]，因此重点是动态定价机制^。1

定价机制主要分为两大类：拍卖式和自适应报价式：

1. 第一价格拍卖 (FPA) ：竞标者在不知道其他竞标者出价的情况下提交竞标，出价最高的竞标者获胜并支付其出价金额。FPA 通常会导致竞标遮蔽，即竞标者出价低于其真实估值，从而导致效率低下和高波动性。密封竞标第一价格拍卖不是 DSIC（主导策略激励兼容）[5]。公开上升竞标第一价格拍卖可以是 DSIC（感谢 Julian 指出这一点！）。由于它们的行为类似于 SPA，因此我们专注于密封竞标 FPA。
2. 第二价格拍卖 (SPA) ：也称为维克里拍卖，竞标者提交密封投标，出价最高的人获胜，但要支付第二高的出价。这种形式鼓励诚实竞标，因为竞标者支付的价格低于或等于其真实内在价值。虽然 SPA 几乎可以抵御 OCA（链下协议证明），但它们可能容易受到虚假出价的操纵 [13]。然而，由于执行票收益会被烧毁而不是奖励给验证者，这种风险得到了缓解，但可能使它们更容易受到链下协议的影响。
3. 改编的 EIP-1559 定价：改编的 EIP-1559 版本用于执行票证，涉及协议报价，其调整方式与 EIP-1559 类似。但是，对于 EIP-1559，调整基于 gas 用量，而对于执行票证，则需要基于相对于目标数量的未结票证数量。票证可以连续出售，持票人可以根据需要随时从协议购买票证，也可以批量出售，每个时段的票证数量在 0 到指定最大值之间。虽然 EIP-1559 可以有效地将 gas 用量保持在目标附近 [14]，但其追溯价格调整可能会在 MEV 峰值期间滞后，这给执行票证带来了更大的挑战。
4. 经过调整的类似 AMM 的定价：经过调整的类似 AMM 的定价版本需要协议根据债券曲线和未结票数动态更新票的价格。这里也需要定义未结票数的目标数量，并且需要调整和精心设计债券曲线函数。在研究论文中，我们概述了三种可能调整的选项，并在模拟中实施了其中一种。然而，这仍然是未来研究如何最好地调整它的范围。

潜在的机制设计

为了证实这些参数，我们概述了几种可能的机制设计。鉴于仅基于分类参数，就有 512 种可能的配置² ，因此我们仅评估示例机制设计。更详细地说，我们评估了以下配置：

表 3：可能的机制设计配置概述

仿真结果

表 4：选定机制设计的模拟结果1256×956 95.3 KB

总体而言，超过 300 次模拟的结果表明，在所有配置中，去中心化仍然是一个挑战。没有一种配置在去中心化指标上的得分特别好。这是由持票人的不同能力（基于 [15]、[16]）以及在大多数情况下，出价基于预期未来估值而忽略了专业化因素的事实所驱动。它表明，在启用二级市场的情况下，中心化力量会减弱。这是因为专业持票人能够更准确地估计即时 (JIT) 拍卖中某个时段的 MEV 的真实价值，从而赢得拍卖。关于 MEV 捕获，我们可以看到出现了不同的属性。拍卖形式通常得分很高，同样，AMM 式定价得分也很高。由于分步且不太动态的价格适应机制，1559 式定价捕获的 MEV 较少。关于价格的可预测性、平滑性和准确性，我们可以观察到，采用较长前瞻性的拍卖形式非常可预测且平滑，而 JIT 拍卖和 1559 式定价则不太平滑。

关于拍卖形式的调查结果

首次价格拍卖

关于首价拍卖，我们看到了“赢家的诅咒”的出现，假设竞标者对票证的内在价值预期不同且符合正态分布，那么最乐观的竞标者将获胜。而最乐观、估值最高的竞标者会最大程度地高估价值，从而在交易中蒙受损失。这是拍卖的一个已知问题（例如 [17]）。然而，值得注意的是，这会导致竞标者进行更高的“风险调整”，进而可能导致协议捕获的 MEV 减少。

关于模拟，它表明首价拍卖通常表现良好，但是这里有两件事需要严格挑战。首先，我们将其实施为密封投标拍卖，因为我们假设无领导拍卖的运营通信开销随着投标的增加而增加。因此，举行密封投标链上拍卖必须是可行的。正如研究报告中所述，目前正在讨论几项相关提案，但仍处于早期阶段 [18]，[19]。其次，由于密封投标首价拍卖不是 DSIC，因此不存在单一的主导投标策略。因此，在模拟中，投标基于启发式投标策略，其中投标人对其他投标人的内在估值一无所知。这种假设在执行票销售的多轮场景中不成立。因此，基于竞争对手历史出价的更复杂的投标策略可能会出现，这可能会降低捕获的 MEV。因此，目前还不清楚在这种情况下，第一价格拍卖是否可以实际设计成与第二价格拍卖不同。

第二价格拍卖

对于第二价格拍卖，我们观察到 MEV 捕获量高度依赖于特定模拟的竞争力。在至少有两名同样强大的持票人的情况下，MEV 捕获量很高。然而，由于缺乏竞争，平均而言，MEV 捕获量仅为中等。

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图 1：两个能力相似的持票人进行第二价格拍卖的示例模拟结果（来源：2024-09-24_10-52 UTC，运行次数：10，时间步长：1000）

EIP-1559 风格定价

如上所述，EIP-1559 定价需要进行调整以与执行票证配合使用，我们已将其作为批处理过程实施。然而，我们观察到这会导致自我强化的票证价格波动。即使调整价格调整因子也不会在我们的模拟中产生更好的结果。这导致批量更新过程是不够的结论。如何在去中心化环境中从技术上实现连续价格更新过程仍是一个悬而未决的问题。总体而言，定价机制需要精心设计才能实现所需的价格行为。

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图 2：EIP-1559 定价曲线

此外，在某些模拟⁴中，我们观察到，如果一个持票人的支付意愿明显更高，那么价格就会稳定在只有这个持票人才能购买票的水平，从而导致高度集中化。

AMM 式定价

对于上述 AMM 式定价，需要进行调整以适合执行票证。运行具有 AMM 式定价的配置表明定价机制可能对调整因子很敏感。采用速度太慢无法准确捕捉需求，而适应因子太大则不够细致，无法区分预期估值，并会导致延迟竞争。

然而，模拟结果显示，该机制能够捕获高水平的 MEV，这很有希望。从运营角度来看，如何实施该机制以适应执行票所需的销售流程仍有待研究。

关于拍卖形式的结论

考虑到不同的观察结果，我们根据模拟结果得出结论，基于拍卖的格式（很可能是第二价格拍卖）是最可行的格式。它导致捕获的 MEV 较高，是 DSIC，并在模拟中导致有利的价格特性。AMM 式定价似乎也是一个有前途的解决方案，但在机制和实施方面仍存在更多未解决的设计问题。

如果 ET 收益被烧毁，那么围绕 OCA 防护性仍有一个相关问题悬而未决。可能存在 sybil 攻击媒介，即区块构建者贿赂确定中标价的参与者/委员会，从而能够获得更低的价格。例如，如果中标价为 10 ETH，而区块构建者向委员会成员支付 5 ETH，以人为地将中标价设定为 1 ETH，则可能会有 4 ETH 的利润率。为了避免这种情况，出价或价格需要在链上，但考虑到拍卖的时间范围，这并不可行。另一种选择可能是 [20] 中概述的无领导拍卖。

票证属性调查结果

我们观察到，固定票数与可变票数的问题与定价机制密切相关。对于某些机制，固定票数更有意义（拍卖），而对于其他机制（EIP-1559 和 AMM 风格），灵活数量更好。因此，我们认为这更像是从定价机制中扣除的次要属性。

关于到期票，我们在模拟中观察到，尤其是在到期时间较短的情况下，MEV 捕获会受到影响，因为购票者需要在一级市场和二级市场上打折票的价值，因为需要将票到期而无法兑换的可能性计入价格。这通常会导致捕获的 MEV 值较低。此外，我们观察到，由于需要考虑到期时间、未兑现票等因素，每个参与者的定价变得更加复杂，因此它具有次要的复杂性。这导致得出的结论是，非到期票似乎是有利的配置。

关于可退款性，我们仅观察到测试折扣（约 20%）对市场动态的有限影响。这为持票人带来了更多安全保障。然而，这取决于折扣。此外，它与二级市场密切相关。如果存在二级市场，这种选择往往更有吸引力。这表明，允许可退款性不会对机制产生实质性影响，并使设计选择以及持票人的决策变得复杂。因此，初步分析得出的结论是，门票不可退款。

关于二级市场，一个有趣的发现是，这增加了去中心化。这是因为更专业的持票人能够在他们能够因专业化而获得更高 MEV 的时期及时购买门票。此外，由于主要持票人的风险降低，这导致总体上获得了更高的 MEV。此外，我们观察到，在某些具有离散定价的配置（例如 AMM 式定价）中，如果 AMM 定价的调整不够细粒度，并且持票人可以以最低的延迟购买门票，然后在二级市场以更高的价格转售，则会带来套利机会。鉴于从技术角度来看也很难阻止二级市场，初步建议是接受它的好处并尝试培育它。

限制

我们的研究并未关注信标轮证明以及外星人可能对其产生的次要影响。

此外，我们没有关注纳入名单的具体细节。研究报告中简要讨论了它们，作为确保活性的潜在机制，但在模拟和配置中，它不会成为工作的重点。这与多块 MEV 密切相关。正如我们在之前的工作中所展示的那样，它在历史上并没有被结构化地观察到，但可能是执行票证的一个问题。因此，研究报告中简要讨论了这个主题，但没有深入评估，也没有在模拟中实施。此外，模拟中不包括计时游戏。此外，假设是密封投标拍卖，我们使用持票人的静态需求函数，不考虑其他持票人的出价。此外，模拟中没有考虑私人订单流。此外，中继的作用被忽略了，我们不会模拟错过的区块和错过的区块惩罚。

关于定价机制，我们提出了设计方案的初步版本，但将验证和正式定义留待未来研究。这包括对特定参数（例如 EIP-1559 式定价的调整步骤等）的更深入研究。我们仅从探索的角度看待这个问题。

此外，我们排除了对执行票销售收益销毁机制的更深入分析。如 [21] 所述，销毁机制通常会削弱机制的 OCA 防护性。

结论

执行票证为增强以太坊的区块空间分配机制提供了有希望的下一个进化步骤。它将共识奖励与执行奖励分开，并以有效的方式出售执行权。它旨在促进信标链验证者之间的去中心化，并实现协议级最大可提取值 (MEV) 的捕获。

我们开发了一个理论框架，确定了执行票机制设计的三个主要目标：去中心化、MEV 捕获和区块生产者激励兼容性 (BPIC)。此外，我们提出了衡量目标的指标。对于去中心化，我们建议使用最高市场份额、中本聪系数和赫芬达尔-赫希曼指数，而对于 MEV 捕获，我们建议从执行票持有者的收入中衡量协议的 MEV 份额。此外，价格可预测性、平稳性和准确性这三个价格特征被确定为所需属性。

为了评估参数和配置，我们实施了基于代理的模拟，并根据 300 多次模拟运行得出了几个结论。结果表明，虽然没有一种机制在去中心化方面得分特别高，但启用二级市场可以通过允许专业票务持有者及时购买票来减少中心化。关于 MEV 捕获，拍卖格式和 AMM 式定价表现良好，而 EIP-1559 式定价捕获的 MEV 较少，价格波动较大。具有较长预测期的拍卖格式表现出良好的价格可预测性和平滑性，但在价格准确性方面得分略低。

基于此，第二价格拍卖形式似乎最有前景，因为它可以实现高 MEV 获取、遵循主导策略激励兼容性 (DSIC) 并表现出有利的价格特征。第一价格拍卖和 AMM 式定价形式在模拟中也显示出有希望的结果，但从理论机制的角度来看，还有更多问题悬而未决。非到期票据得分更高，因为它们避免了因到期风险而导致的估值折价而损害 MEV 获取。可退款性对市场动态的影响有限，而且增加了复杂性；因此，建议使用不可退款的票据。拥抱二级市场似乎是有利的，因为它可以增强去中心化并增加整体 MEV 获取。然而，与 [22] 和 [23] 一致，我们观察到建造者市场的去中心化具有挑战性，并且高度依赖于顶级建造者的 MEV 提取能力。

总体而言，与之前的理论研究 [2]、[22]、[24] 一致，我们得出结论，执行票证是一种有前途的机制，可以促进信标链验证者去中心化并在协议级别捕获 MEV。然而，围绕区块构建者中心化、易受链下协议影响以及多区块 MEV 的问题仍然存在。

参考

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¹请注意，存在进一步的定价机制提案，其中获胜变更与支付价格成比例，如 [12] 中所述
² 2 (票数) * 2 (票证到期) * 4 (可退款性) * 4 (可转售性) * 2 (增强前瞻性) * 4 (定价机制)
³结果基于每种配置 10 次运行，每次运行 1000 个时间步长。结果的颜色编码基于文献和主观判断
⁴例如，请参阅模拟结果 2024-05-14_18-09_1_1000_EIP-1559 了解详情