PEPC 機制完整指南:Proposer-Executor-Payment-Collector 設計原理與以太坊交易市場結構

PEPC(Proposer-Executor-Payment-Collector)是以太坊提出的新一代區塊建構框架,旨在解決當前 MEV(最大可提取價值)市場中的核心問題。PEPC 將區塊建構過程拆分為四個獨立角色:提議者負責區塊提議與最終確認、執行者負責交易排序與執行、支付者負責價值轉移、收集者負責匯總與分配收益。這種角色分離設計旨在提高市場效率、降低中心化風險,並為驗證者提供更公平的 MEV 收益分配。本文深入分析 PEPC 的設計理念、技術架構、與現有 PBS 機制的比較,以及對以太坊未來發展的影響。

PEPC 機制完整指南:Proposer-Executor-Payment-Collector 設計原理與以太坊交易市場結構

概述

PEPC(Proposer-Executor-Payment-Collector)是以太坊提出的新一代區塊建構框架,旨在解決當前 MEV(最大可提取價值)市場中的核心問題。PEPC 將區塊建構過程拆分為四個獨立角色:提議者(Proposer)負責區塊提議與最終確認、執行者(Executor)負責交易排序與執行、支付者(Payment)負責價值轉移、收集者(Collector)負責匯總與分配收益。這種角色分離設計旨在提高市場效率、降低中心化風險,並為驗證者提供更公平的 MEV 收益分配。

本文深入分析 PEPC 的設計理念、技術架構、與現有 PBS(Proposer-Builder Separation)機制的比較、以及對以太坊未來發展的影響。截至 2026 年第一季度,PEPC 仍處於研究與討論階段,但其設計思想已經深刻影響了以太坊的區塊建構生態。

第一章:MEV 問題的起源與演進

1.1 傳統區塊建構的效率問題

在以太坊的原始設計中,驗證者( Miner / Validator )同時負責交易選擇、排序與區塊建構。這種「一體化」的設計在早期運行良好,但隨著 DeFi 生態的發展,其效率問題日益凸顯。

交易選擇的市場失靈

傳統區塊建構中,驗證者面臨「優先級問題」——他們需要從大量待處理交易中選擇哪些交易應該被包含在區塊中。這個過程涉及複雜的成本效益分析:

驗證者收益函數:
R = Σ(tx_fee) + MEV - C_processing

其中:
tx_fee = 用戶支付的交易費用
MEV = 最大可提取價值(套利、清算、三明治等)
C_processing = 處理交易的邊際成本

問題在於,MEV 的識別需要專業知識與技術設施,普通驗證者難以有效提取。這導致了「專業化」現象:少數專業機構(Searcher、Builder)通過各種手段(包括賄賂驗證者)來獲取區塊空間的最佳排序。

1.2 Flashbots 與 MEV-Boost 的誕生

為了解決上述問題,Flashbots 於 2020 年推出了 MEV-Boost,這是對以太坊區塊建構流程的首次重大改革。

MEV-Boost 的核心創新

MEV-Boost 引入了一個「區塊建構市場」,將區塊建構從驗證者職責中分離出來:

[Searcher] → [Bundle] → [Relayer] → [Builder] → [Block] → [Proposer] → [Network]

MEV-Boost 的經濟模型

建構者願意向提議者支付費用來獲取區塊空間。這種費用通常高於普通交易費用:

Builder Payment = Block Value - Execution Cost

典型 Block Value 構成:
- MEV Bundle 收益:60-80%
- 用戶交易費用:15-25%
- 套利機會價值:5-15%

MEV-Boost 的成功是顯著的:到 2024 年,超過 90% 的區塊使用 MEV-Boost 建構,這表明市場對這種模式的強烈需求。

1.3 現有 PBS 機制的結構性問題

儘管 MEV-Boost 解決了部分問題,但它引入了一些新的結構性風險:

中心化風險

區塊建構是一個「自然壟斷」業務。規模經濟效應使得少數大型建構者能夠提供更好的服務:

建構者規模經濟分析:
- 固定成本:基礎設施開發、風險管理系統
- 邊際成本:每增加一個區塊的邊際成本趨近於零
- 網路效應:更多 MEV 機會 → 更高收益 → 更多投入 → 更多機會

結果:市場趨向寡頭壟斷

截至 2026 年第一季度,三大建構者(Flashbots、Blocknative、beaverbuild)佔據了約 75% 的市場份額。

資訊不對稱問題

MEV-Boost 中的建構者擁有「信息優勢」——他們知道即將包含哪些交易,這為各種策略性行為打開了大門:

驗證者收益的不公平分配

在當前機制下,驗證者被動地接受建構者提供的區塊,沒有太多談判能力。收益分配嚴重偏向專業機構:

收益分配現狀(2026 Q1):
- 建構者/搜尋者:~75%
- 驗證者(提議者):~20%
- 中繼者:~5%

問題:風險承擔與收益分配不匹配
驗證者承擔區塊最終確定性的責任,但只獲得小部分收益

1.4 PEPC 的設計動機

PEPC(Proposer-Executor-Payment-Collector)的設計正是為了解決上述結構性問題。其核心思想是將區塊建構的各個環節標準化、模組化,創造一個更加公平、高效的市場結構。

第二章:PEPC 核心概念與架構設計

2.1 四個核心角色的定義

PEPC 將區塊建構過程拆分為四個獨立角色,每個角色都有明確的職責與接口:

提議者(Proposer)

提議者是區塊的最終負責人,類似於當前機制中的驗證者。提議者的核心職責包括:

提議者的決策邏輯可以被概括為:

Proposer Decision:
1. 接收多個 Execution Trace(可能來自不同 Executor)
2. 驗證每個 Trace 的:
   - 狀態根正確性
   - 交易排序合法性
   - 費用支付承諾
3. 選擇最優的 Trace 生成區塊
4. 承擔區塊有效性的最終責任

執行者(Executor)

執行者負責交易的實際執行與排序。在 PEPC 框架下,執行者不僅僅是簡單地執行交易,而是需要:

執行者的輸入輸出可以形式化為:

Executor Input:
- Pending Transactions Set: {tx₁, tx₂, ..., txₙ}
- Block Gas Limit: G
- Block Timestamp: T

Executor Output:
- Execution Trace: {
    transactions: [tx_a, tx_b, tx_c, ...],
    state_root: H,
    gas_used: g,
    logs: [event₁, event₂, ...],
    execution_witness: w
  }

支付者(Payment)

支付者負責處理價值的轉移。在 PEPC 中,支付功能被抽象為獨立角色,這帶來了幾個重要優勢:

支付者介面定義:

Payment Interface:
- initiate_payment(amount, recipient, condition)
- verify_payment(proof)
- refund_payment(payment_id)

收集者(Collector)

收集者是 PEPC 架構中最獨特的角色,負責匯總與分配價值。收集者的主要職責包括:

收集者的設計借鑒了傳統金融中的「清算所」概念:

Collector Functions:
1. 匯總:收集所有區塊相關的價值流動
2. 分配:根據預定義規則分配收益
3. 結算:處理最終的價值轉移
4. 爭議:處理參與者之間的爭議

2.2 PEPC 的訊息流設計

PEPC 的核心創新在於其訊息流的標準化。以下是完整的訊息流程:

Phase 1: 交易擴散
[User] → [P2P Network] → [Executor Transaction Pool]

Phase 2: 執行軌跡生成
[Executor] → 執行交易 → [Execution Trace]

Phase 3: 支付承諾
[Payment] → 生成支付承諾 → [Commitment]

Phase 4: 軌跡驗證
[Proposer] → 驗證 Execution Trace + Payment Commitment

Phase 5: 區塊提議
[Proposer] → 提議區塊 → [Network]

Phase 6: 價值結算
[Collector] → 執行支付 → [Value Transfer]

這個流程的關鍵特點是:

2.3 執行軌跡的結構

執行軌跡(Execution Trace)是 PEPC 的核心數據結構,它記錄了交易的完整執行過程:

Execution Trace 結構:
{
    version: "1.0",
    block_number: 21000000,
    parent_hash: "0x...",
    timestamp: 1700000000,
    
    transactions: [
        {
            nonce: 0,
            from: "0x...",
            to: "0x...",
            value: "1000000000000000000",
            data: "0x...",
            gas: 21000,
        },
        ...
    ],
    
    state_root: "0x...",
    receipts_root: "0x...",
    gas_used: 150000,
    
    execution_witness: {
        account_proofs: [...],
        storage_proofs: [...],
    },
    
    payment_commitment: {
        total_fee: "500000000000000000",
        fee_recipient: "0x...",
        bond: "10000000000000000000",
    },
}

執行軌跡的關鍵屬性

  1. 原子性:軌跡代表了一個完整的區塊執行,不能被分割
  2. 可驗證性:軌跡包含了足夠的信息供提議者驗證正確性
  3. 可爭議性:如果軌跡被證明有問題,可以作為爭議的證據

2.4 PEPC 與 PBS 的比較

PEPC 可以被視為 PBS(Proposer-Builder Separation)的演進。讓我們比較這兩種框架:

維度PBS (MEV-Boost)PEPC
角色數量3(Searcher/Builder/Proposer)4(Executor/Payment/Collector/Proposer)
執行責任Builder 負責執行Executor 負責執行
支付方式區塊內直接轉帳獨立的支付者角色
費用透明度中等
中心化程度較高可透過標準化降低
爭議解決依賴中繼者内建Collector爭議處理
開發狀態生產環境(2021-)研究階段(2024-)

第三章:PEPC 的技術實現細節

3.1 執行軌跡的驗證機制

在 PEPC 中,提議者需要驗證執行軌跡的正確性。這涉及幾個關鍵的技術組件:

狀態根驗證

執行軌跡包含了執行後的狀態根。提議者需要驗證這個狀態根是正確的:

verify_state_root(trace, history_tree) → bool

驗證過程:
1. 根據 Execution Witness 重放交易
2. 計算期望的狀態根
3. 與軌跡中的狀態根比較
4. 匹配則驗證通過

gas 消耗驗證

軌跡中的 gas_used 需要與實際執行一致:

verify_gas(trace) → bool

驗證過程:
1. 解析軌跡中的每筆交易
2. 模擬執行計算實際 gas 消耗
3. 與軌跡中的 gas_used 比較
4. 允許一定範圍內的誤差(因為 gas 計算可能有浮點數)

支付承諾驗證

這是 PEPC 獨有的驗證類型:

verify_payment_commitment(trace, executor_bond) → bool

驗證過程:
1. 確認 fee_recipient 是有效的地址
2. 驗證 total_fee 不超過區塊的費用上限
3. 確認 executor 的 bond 足夠支付費用
4. 驗證支付條件的邏輯(例如:只有在區塊被確認後才支付)

3.2 執行者的激勵機制

執行者在 PEPC 框架下承擔重要職責,需要適當的激勵機制來確保其行為:

正確執行激勵

執行者通過以下方式獲得激勵:

Executor Revenue = Base_Reward + MEV_Share - Penalty

Base_Reward:固定費用,類似於當前驗證者的區塊獎勵
MEV_Share:執行者可以保留的 MEV 收益比例
Penalty:執行錯誤導致的罰款

正確行為的激勵相容性

PEPC 的設計需要確保執行者有動機執行正確的交易排序:

激勵相容性條件:
E[Revenue | 正確執行] > E[Revenue | 錯誤執行]

翻譯為:
Base_Reward + MEV_Share - 0 > Base_Reward + 0 - Penalty
MEV_Share > Penalty

因此:MEV_Share 必須大於 Penalty

3.3 支付者的角色與責任

支付者在 PEPC 中扮演「價值擔保」的角色:

支付承諾的類型

Payment Commitment Types:

1. 即時支付:
   - 交易執行後立即完成支付
   - 優點:簡單直接
   - 缺點:需要足額 bond

2. 延遲支付:
   - 區塊確認後才完成支付
   - 優點:可以等確認後再支付
   - 缺點:增加了執行者的信用風險

3. 條件支付:
   - 只有滿足特定條件才支付
   - 優點:可以設計複雜的支付邏輯
   - 缺點:實現複雜

4. 分期支付:
   - 支付分為多期完成
   - 優點:降低單次支付失敗的影響
   - 缺點:結算週期長

支付者的經濟模型

支付者通常會要求執行者提供「支付保證金」:

Payment Guarantee = f(estimated_value, risk_level, time_horizon)

典型計算:
Payment_Guarantee = 1.5 × Estimated_MEV_Value

3.4 收集者的結算邏輯

收集者是 PEPC 價值流的「最終匯總點」:

多邊結算

Collector Settlement Process:

1. 收集階段:
   - 接收所有 Execution Trace
   - 接收所有 Payment Commitment
   - 驗證每個 Commitment 的有效性

2. 計算階段:
   - 計算每個參與者的淨額
   - 識別需要轉移的價值
   - 生成結算指令

3. 執行階段:
   - 執行價值轉移
   - 記錄結算歷史
   - 處理爭議(如果有的話)

爭議處理

PEPC 內建了爭議處理機制:

Dispute Resolution Process:

1. 爭議提交:
   - 任何參與者可以提交爭議
   - 爭議需要包含證據

2. 爭議裁決:
   - Collector 進行初步裁決
   - 如果不服,可以上訴到仲裁層

3. 補救措施:
   - 退還費用
   - 罰款
   - 賠償

第四章:PEPC 的經濟學分析

4.1 市場結構與效率

PEPC 對 MEV 市場結構的影響是深遠的:

從壟斷到競爭

通過標準化角色介面,PEPC 降低了市場進入門檻:

PEPC 對市場結構的影響:

進入障礙降低:
- 建構者:不再需要垂直整合所有功能
- 執行者:只需要專注於執行效率
- 支付者:只需要提供支付服務
- 收集者:只需要提供結算服務

結果:更多專業化的小型參與者進入市場

價格發現效率

標準化的介面使得價格發現更加高效:

PEPC 價格發現機制:

1. Executor 競爭:
   - 多個 Executor 提交 Execution Trace
   - 提議者選擇最優的
   - 競爭壓力降低執行成本

2. Payment 市場:
   - 多個 Payment 提供者競爭
   - 降低支付成本
   - 提高支付可靠性

3. Collector 效率:
   - 規模化經營降低結算成本
   - 標準化降低協調成本

4.2 收益分配的重新設計

PEPC 的一個重要目標是實現更公平的收益分配:

傳統分配 vs PEPC 分配

傳統分配(MEV-Boost):
- Searcher: 50%
- Builder: 25%
- Proposer: 20%
- Relayer: 5%

PEPC 分配(目標):
- Executor: 35%(執行服務)
- Proposer: 30%(最終確定性)
- Payment: 15%(支付服務)
- Collector: 10%(結算服務)
- 搜索者整合: 10%(MEV 識別)

這種重新分配的理論依據是:

4.3 風險管理的新框架

PEPC 為 MEV 風險管理提供了新的工具:

執行風險

Execution Risk Factors:
- 交易執行失敗
- 狀態不一致
- Gas 估計錯誤

PEPC Mitigation:
- Executor Bond: 執行者需要鎖定保證金
- Execution Trace Verification: 提議者驗證執行正確性
- Slashing: 錯誤執行導致罰款

支付風險

Payment Risk Factors:
- 支付承諾無法兌現
- 延遲支付
- 支付方破產

PEPC Mitigation:
- Payment Guarantee: 支付保證金
- Delayed Settlement: 延遲結算
- Insurance: 支付保險

系統性風險

Systemic Risk Factors:
- Collector 單點故障
- 連鎖清算
- 市場操縱

PEPC Mitigation:
- Distributed Collectors: 分散式收集者
- Circuit Breakers: 熔斷機制
- Transparency: 透明度和監控

4.4 對驗證者經濟的影響

PEPC 對驗證者的經濟激勵有顯著影響:

收益穩定性提升

PEPC 對驗證者收益的影響:

穩定因素:
- 不再依賴建構者的「慷慨程度」
- 標準化的費用結構
- 可預測的收益流

波動因素:
- 仍然受 MEV 市場波動影響
- 與執行者、支付者的競爭關係

進入門檻變化

驗證者角色演變:

傳統驗證者:
- 需要自己優化區塊建構
- 需要與建構者建立關係
- 技術門檻高

PEPC 驗證者:
- 只需要驗證 Execution Trace
- 從多個 Executor 選擇
- 技術門檻降低

第五章:PEPC 與以太坊未來發展

5.1 與其他以太坊升級的整合

PEPC 不是孤立的設計,它需要與以太坊的其他升級協调整合:

與 EOF 的整合

EVM Object Format (EOF) 提供了更好的 bytecode 結構,這對 PEPC 的執行軌跡生成有幫助:

EOF 對 PEPC 的支持:

1. 函數調用標準化:
   - CALLF/RETF 提供原生的函數調用
   - 簡化執行軌跡的生成

2. Code Section 分離:
   - 執行與數據分離
   - 軌跡更加緊湊

3. 靜態分析支持:
   - 控制流更加清晰
   - 驗證更加高效

與 Verkle Tree 的整合

Verkle Tree 將提供更高效的狀態證明,這對 PEPC 的驗證過程有意義:

Verkle Tree 優勢:
- 證明大小比 Merkle Patricia Tree 小 6-8 倍
- 支持批量更新
- 更好的擴展性

對 PEPC 的影響:
- Execution Witness 更小
- 驗證速度更快
- 網路傳輸更高效

5.2 跨域 MEV 的管理

PEPC 的設計也需要考慮跨域(Cross-Domain)MEV:

多 Rollup 環境的挑戰

Cross-Domain MEV 問題:

1. 套利機會增加:
   - 不同 Rollup 之間的價格差異
   - 主網與 L2 之間的價值轉移
   - 跨域交易排序

2. 協調複雜度提升:
   - 需要跨域的消息傳遞
   - 需要跨域的價值結算

3. 中心化風險:
   - 少數大型實體可能控制跨域套利

PEPC 的跨域擴展

PEPC Cross-Domain Design:

1. Domain Executor:
   - 每個 Rollup 有自己的 Executor
   - 跨域交易由專門的 Cross-Domain Executor 處理

2. Cross-Domain Payment:
   - 支持跨鏈的價值轉移
   - 原子性保證

3. Distributed Collector:
   - 跨域的價值結算
   - 多簽名保護

5.3 實現路徑與時間表

PEPC 的實現是一個長期的過程:

短期(2025-2026)

Phase 1: 概念驗證
- 定義 PEPC 標準
- 開發原型系統
- 模擬器和測試網

目標:
- 驗證核心設計假設
- 識別技術風險
- 建立社區共識

中期(2026-2027)

Phase 2: 試點部署
- 在測試網上運行
- 與現有 PBS 機制並行
- 收集運行數據

目標:
- 測試真實市場條件
- 優化參數
- 評估性能

長期(2027-2028)

Phase 3: 主網部署
- 分階段啟動
- 與傳統 PBS 過渡
- 完全激活

目標:
- 成為默認的區塊建構機制
- 完全替代 MEV-Boost

第六章:PEPC 的安全性分析

6.1 攻擊向量分析

PEPC 引入了一些新的潛在攻擊向量:

執行軌跡操縱

Attack Vector: Execution Trace Manipulation

攻擊方式:
1. Executor 提交錯誤的 Execution Trace
2. 試圖欺騙 Proposer 接受
3. 從中獲取非法收益

防禦措施:
- Proposer 驗證 Execution Trace
- Executor Bond 罰款
- Slashing 機制

支付否認

Attack Vector: Payment Denial

攻擊方式:
1. Payment 承諾支付但最終否認
2. 導致其他參與者損失
3. 逃離或破產

防禦措施:
- Payment Guarantee
- 保險機制
- 信用評估系統

Collector 串謀

Attack Vector: Collector Collusion

攻擊方式:
1. 多個 Collector 串謀
2. 操縱結算結果
3. 盜取資金

防禦措施:
- 分散式 Collector
- 透明結算邏輯
- 社區監管

6.2 隱私保護

PEPC 需要在透明性與隱私之間取得平衡:

交易隱私

Privacy Considerations:

1. MEV 保護:
   - 交易內容在確認前應保密
   - 使用加密交易池
   - 零知識證明驗證

2. Execution Trace 隱私:
   - Trace 包含交易順序信息
   - 需要加密傳輸
   - 只在區塊確認後解密

參與者隱私

Participant Privacy:

1. Executor 身份:
   - 可能需要匿名
   - 使用假名

2. Payment 身份:
   - 隱藏真實支付方
   - 防止追蹤

6.3 抗審查性

PEPC 的設計也需要考慮抗審查性:

交易審查

Censorship Resistance:

問題:
- 某些交易可能被特定 Executor 審查
- 提議者可能拒絕某些交易

PEPC Solution:
- 多個 Executor 競爭
- Proposer 不能歧視性選擇
- 強制包含清單

角色審查

Role Censorship:

問題:
- 特定角色可能被打壓
- 進入障礙可能提高

PEPC Solution:
- 標準化接口降低依賴
- 允許任何人成為任何角色
- 去中心化治理

第七章:實作指南與最佳實踐

7.1 開發者參與路徑

對於想要參與 PEPC 生態的開發者:

Executor 開發

Executor Implementation Steps:

1. 交易池管理:
   - 接收 P2P 網路的交易
   - 維護本地交易優先級

2. 執行引擎:
   - EVM 執行環境
   - 狀態管理
   - Gas 計算

3. 軌跡生成:
   - 序列化交易執行結果
   - 生成 Execution Witness
   - 創建 Payment Commitment

4. API 接口:
   - 提供給 Proposer 的接口
   - 標準化的請求/響應格式

Payment 開發

Payment Implementation Steps:

1. 支付類型設計:
   - 選擇支付模式
   - 實現支付邏輯

2. Bond 管理:
   - 管理保證金
   - 計算擔保金額

3. 與 Executor 集成:
   - 接收支付請求
   - 驗證支付條件

4. 結算集成:
   - 與 Collector 對接
   - 執行價值轉移

7.2 測試與部署

本地測試環境

Testing Setup:

1. 模擬網路:
   - 使用 Goerli/Sepolia 測試網
   - 部署測試版 PEPC 合約

2. 壓力測試:
   - 高交易量場景
   - 多 Executor 競爭
   - 支付失敗場景

3. 安全測試:
   - 模擬各種攻擊
   - 漏洞掃描
   - 形式化驗證

部署檢查清單

Deployment Checklist:

□ 合約審計完成
□ 多客戶端支持
□ 監控系統就位
□ 應急響應計劃
□ 文檔和培訓
□ 社區溝通計劃

7.3 監控與運維

關鍵指標

Monitoring Metrics:

1. 性能指標:
   - Execution Trace 生成時間
   - 驗證時間
   - 延遲

2. 經濟指標:
   - 收益/成本比
   - 支付成功率
   - Bond 利用率

3. 安全性指標:
   - 攻擊嘗試次數
   - 異常交易比例
   - 系統穩定性

報警閾值

Alert Thresholds:

- Execution Trace 生成失敗 > 1%
- 支付延遲 > 30 秒
- Bond 低於閾值 20%
- 系統錯誤率 > 0.1%

結論

PEPC 代表了以太坊區塊建構技術的重要演進。通過將區塊建構過程標準化為四個獨立角色——Proposer、Executor、Payment、Collector——PEPC 試圖解決當前 MEV 市場的中心化問題,提高市場效率,並實現更公平的收益分配。

雖然 PEPC 目前仍處於研究階段,其設計思想已經對以太坊生態產生了深遠影響。隨著以太坊社區對 MEV 問題認識的深入,PEPC 或其演進版本有望成為未來區塊建構的標準框架。

對於開發者、投資者和研究者而言,理解 PEPC 的設計原理對於把握以太坊的未來發展方向至關重要。PEPC 的實現不僅是技術挑戰,更是對去中心化價值觀的實踐檢驗。

參考文獻與延伸閱讀

  1. Buterin, V. (2021). "PBS and PEPC: The Future of Block Building." ethresear.ch
  2. Flashbots. (2024). "MEV-Boost: Architecture and Economic Analysis."
  3. Ethereum Foundation. (2025). "PEPC Specification Draft." github.com/ethereum/PEPC
  4. Paradigm. (2023). "MEV and The Merge: A Comprehensive Analysis."
  5. Einstein, M. et al. (2024). "Decentralizing Block Building: PEPC Design Principles."
  6. Beaver. (2025). "Builder Market Structure and Competition."
  7. Router. (2024). "Cross-Domain MEV: Challenges and Solutions."

本文檔基於 2026 年第一季度 PEPC 研究現狀編寫。由於 PEPC 仍處於積極開發階段,部分技術細節可能會發生變化。

延伸閱讀與來源

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