Ethereum PBS

Ethereum Proposer-Builder Separation（PBS）は、Ethereumブロックチェーンのコンセンサスレイヤーにおける重要な最適化であり、ブロック生成における中央集権化やMaximal Extractable Value（MEV）問題の解決を目的として設計されています。この仕組みは、ブロック生成プロセスを「ビルダー」と「プロポーザー」という2つの役割に分離します。ビルダーはブロック内容を組み立てて最適化し、プロポーザーはそのブロックを検証してネットワークにブロードキャストします。ブロック作成と検証の権限を分離することで、PBSはバリデーターによるMEVの不正な利益獲得を抑制し、ネットワークのセキュリティと分散性を高めます。EthereumがProof-of-WorkからProof-of-Stakeへ移行して以降、PBSはブロック生成権の集中という課題に対する重要なソリューションとして注目されています。

背景：Ethereum PBSの起源

Ethereum Proposer-Builder Separationは、Ethereum研究コミュニティによるMEV（Maximal Extractable Value）問題の詳細な分析から生まれました。2020年、分散型金融（DeFi）の拡大により、トランザクション順序権から得られる経済価値が急速に高まり、バリデーターがトランザクション順序を操作して追加利益を得ることで、ネットワークの公平性と分散性が損なわれるリスクが顕在化しました。PBSのコンセプトは、Ethereumの研究者Vitalik Buterinと他のコア開発者によって2021年に提案され、Ethereumの「Merge」後の改善ロードマップに組み込まれました。

初期のPBS設計は「MEV-Boost」と呼ばれ、Flashbotsチームによって開発・実装されました。これにより、バリデーターは外部ビルダーから最適化されたブロック提案を受け取ることができ、複雑なMEV抽出を自ら行う必要がなくなりました。この仕組みは、EthereumのProof-of-WorkからProof-of-Stakeへの移行時に広く採用され、MEV問題への暫定的な解決策として機能し、より高度なPBS実装への足掛かりとなりました。

作動メカニズム：Ethereum PBSの仕組み

Ethereum Proposer-Builder Separationは、ブロック生成プロセスの役割と責任を明確に分割して運用されます。

1. ブロックビルダー:

• 未処理トランザクションを収集し、候補ブロックを構築
• ブロック内容を最適化してトランザクション手数料やMEV価値を最大化
• シールドされたブロックヘッダーと入札情報をプロポーザーに提出
• 強力な計算資源とMEV探索能力を持つ専門事業者が担うことが一般的

2. ブロックプロポーザー:

• 各タイムスロットごとにランダムに選ばれるバリデーター
• 複数のビルダーから最高額入札のブロックヘッダーを選択
• 事前にブロックヘッダーと入札情報のみを確認し、ブロック内容は見えない
• 最も高い入札を受け入れると、ビルダーがブロック内容を公開

3. 実行フロー:

• ビルダーが最も収益性の高いブロックを競って提供
• プロポーザーが最高額入札のブロックヘッダーを選択
• 選ばれたビルダーは完全なブロック内容を公開
• ネットワークがブロック内容とコミット済みブロックヘッダーの一致を検証

この仕組みにより、プロポーザーがコミット・リビール方式によってトランザクション順序を操作することを防ぎつつ、経済効率的なブロック生成が可能となります。PBSの技術的革新は、暗号学的コミットメントによるブロックヘッダーの活用であり、プロポーザーはトランザクション内容を知らずに最適なブロックを選択できます。

Ethereum PBSのリスクと課題

Ethereum Proposer-Builder Separationは多くの利点を持つ一方、技術面やエコシステム面で複数の課題も抱えています。

1. 中央集権化リスク:

• 専門的なブロックビルダーが寡占化し、ブロック生成権を独占する可能性
• 少数の効率的なビルダーが市場を支配し、Ethereumの分散性理念に反する事態となる恐れ
• 資源要件の高さが一般バリデーターの参入障壁になる可能性

2. 技術的複雑性:

• 完全なPBS実装にはEthereumプロトコルの大幅な変更が必要
• 暗号学的証明やタイミング制約設計が高度な技術課題
• ビルダーとプロポーザーの誠実な行動を促すインセンティブ設計が不可欠

3. 検閲・反検閲問題:

• ビルダーが特定トランザクションを選択的に除外し、検閲が発生する可能性
• システム内で効果的な反検閲メカニズムの設計は未解決
• 規制圧力によってビルダーがセンシティブなトランザクションをフィルタリングする事態も想定される

4. セキュリティ懸念:

• 新たな仕組みが未知の攻撃ベクトルを生む可能性
• 不十分な設計によって新しいMEV攻撃手法が登場するリスク
• ブロックヘッダーと本体の分離によりタイミング攻撃の危険性が高まる可能性

Ethereumネットワークが進化する中、これらの課題への対応はPBSの長期的な持続可能性に不可欠です。Ethereum研究者は、より堅牢なプロトコルレベルのPBS実装設計に取り組んでいます。

Proposer-Builder SeparationはEthereumエコシステムに大きな影響を及ぼします。MEV問題への体系的な解決策として、PBSはネットワークのセキュリティと公平性を高め、ブロック生成の専門化と効率化を促進します。複雑なブロック構築業務を検証業務から分離することで、PBSはEthereumバリデーターの参入障壁を下げ、ネットワークの分散化に寄与します。Ethereumが技術ロードマップを進める中で、PBSはネットワークの長期的な健全運用を支える基幹インフラ最適化として重要な役割を果たします。今後、完全なプロトコルレベルのPBSが導入されれば、より効率的で公平かつ分散化されたEthereumネットワークが実現されることが期待されます。