照亮黑暗森林:揭開MEV神祕面紗

以太坊的鏈上活動和基礎設施的演進,使得MEV一直被視爲以太坊"暗森林"中最危險的部分,對用戶造成利潤損失和體驗降級。本文從Ethereum 2.0的區塊生成機制和提議者-構建者分離(PBS)技術出發,分析了這套機制帶來的中心化和信任化問題,與以太坊去中心化價值觀的矛盾。

MEV確實是把雙刃劍,有正負外部性。正面包括減少DEX價格差異、幫助清算交易;負面包括對用戶的夾層交易損害。因此MEV的解決方案更多是減輕負外部性,而非根除。在探索減輕MEV負外部性和解決當前基於第三方信任中間件Relayer問題的過程中,主要分爲三類措施:拍賣機制改進、共識層改進、應用層改進。這些改進都將不同程度影響MEV格局,但部分方案並不能實質解決用戶遇到的三明治攻擊問題。用戶交易仍處於公開池,因此需要引入更多隱私池技術來保護用戶交易的可選隱私性,這些MEV方案值得結合嘗試。

此外,MEV作爲無法避免的機制設計副產品,其未來還會更加復雜。我們也探索了在Layer2架構、EIP-4337帳戶抽象等新交易類型實施下,可能出現的更多MEV技術挑戰和機會。

最後,我們希望通過本文,探索減緩MEV負外部性問題的潛在解決方案,並對當前MEV方案的利弊作出全面認知,不僅爲未來點亮用戶所處的"黑暗森林",也爲業內研究者點亮進一步研究MEV的方向。

Ethereum 2.0

自The Merge後,以太坊採用POS機制確保網路安全,區塊產出放棄計算密集型競爭,轉爲權益證明。合並後,以太坊分爲執行層和共識層。區塊產出也發生變化,每個Epoch爲一個POS週期,劃分爲32個Slot,每個Slot爲一個12秒的出塊時間單位。

網路在每個Epoch內隨機選出一個驗證者委員會,委員會中隨機選出區塊提議者負責打包排序交易並產出區塊,其他委員會驗證者監督並投票。委員會每個Epoch後重新選擇,同時施加操作時間限制以保證效率。這裏規範術語,Payload是執行負載,即交易的狀態更改,可視爲執行區塊的一部分。區塊提議者將實施執行負載和區塊提議。

PBS架構

實際上,當驗證者被選爲區塊提議者時,往往沒動力去執行Payload,因爲這需要大量計算力。原本考慮通過去中心化委員會選舉將執行負載納入其中,使交易排序成爲去中心化事務。但驗證者天然想將這部分外包,自己專注於提議區塊。因此衍生出PBS構想,將區塊提議和構建分離。提議者僅負責驗證區塊,不參與構建。提議者和構建者之間的分離促進了開放市場,區塊提議者可從構建者那裏獲取區塊。構建者相互競爭構造區塊,向提議人提供最高費用,稱爲"區塊拍賣"。

簡要介紹PBS(Proposer Builder Seperate)密封第一拍賣模型:用戶通過RPC代理提交交易到公開Mempool,多個Builder找到最適合交易進行排序以生成利潤最大化區塊(利潤=Base+Priority+MEV),然後通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互。Relayer作爲多個Builder與Proposer交互的橋梁,Builder向Relayer提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭及對應報價,Proposer一般採納報價最高的區塊。Relayer實現MEVBboost規範,規範Builder與Proposer交互競標。此過程中所有信息密閉,Relayer只提交區塊頭給Proposer,因此Proposer具有抗審查性。

PBS下各類參與者及博弈

主要參與者有Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)。

Builder

Builder負責構建區塊內容,使用MEV-Boost後在競標中更有利,因支持Gas Fees和MEV收益。Builder能直接審查用戶和Searcher交易,這一直被詬病,特別是美國政府公布OFAC後,大量Builder參與OFAC Compliant。雖然近期審查區塊比例有所下降,但Builder在區塊構建過程中對交易審查有直接作用。

當前Builder市場份額來看,無需審查的beaverbuild.org正逐步擴大市場份額,一切以利潤爲導向。

Searcher

利潤最大化需Searcher與Builder共同努力,Searcher往往與特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool,Searcher交易只對特定Builder顯示,某些Builder獲得最大化利潤的MEV交易,進而競標區塊空間。理論上Builder作惡或審查會導致Searcher選擇其他Builder,使Builder市場份額降低,因此Builder會考量作惡的隱性成本。MEV收益在行情波動明顯時甚至能達到當日Gas收益兩倍。

Searcher分爲CEX-DEX(鏈下)套利及DEX、夾層、清算兩大類(純鏈上)。目前Wintermute佔據CEX-DEX套利交易市場份額第一。

對於純鏈上MEV機會,有逐步形成工作室化趨勢,jaredfromsubway.eth市場份額佔37.2%,擅長對Etheruem鏈上用戶進行三明治攻擊,一度成爲鏈上gas消耗最高用戶,約佔全天1.5%。從2023年2月到2024年6月,該機器人共花費76,916個ETH,約1.75億美元。由於Seacher與Builder聯繫緊密,許多Searcher將訂單流發送給前三名Builder,本可廣播所有Builder,但小Builder可能拆分訂單流導致策略失效,造成虧損風險。綁定Builder也能維持生態影響力。

Relayer

Relayer負責集合競價,作爲中轉站向Proposer提交區塊頭和競拍價格,此時Proposer不知區塊交易細節。Proposer選擇並籤名區塊頭後,Relayer釋放全部交易內容給Proposer。Relayer作爲無經濟激勵的第三方獲得極大信任,Builder依賴Poposer報價,Proposer依賴Relayer報價和區塊內容。歷史上發生過類似問題,Ultrasound Relayer存在漏洞導致Proposer提取超2000萬美元MEV。雖漏洞可修補,但Relayer本身仍可選擇惡意行事竊取MEV。

運行單純MAX Profit的Builder市場佔有率自Merge後逐步擴大,在自由市場中,通過Builder人爲控制MEV是不可能的。

同時Relayer面臨無經濟激勵問題。Blocknative退出了Relayer研發。Relayer目前依賴Flashbots提出的MEVBoost規範構建,以太坊依賴第三方提供PBS不是長久之計,因此以太坊社區探索將PBS納入協議級別。

Proposer

對Proposer而言,在所有驗證者中隨機選擇委員會,每個slot選一個區塊提議者。區塊提議者具備執行負載能力,但天然想外包,容易造成Builder與Proposer垂直合作。MEV-boost的Relayer希望作爲中間點減少直接溝通帶來的垂直勾結。由於現在都是礦池作爲驗證者池,但礦池和LSD驗證者池具備強規模效應,特別是LSD出現釋放了質押代幣潛力,增強資本效率,背後DEFI積木影響下,驗證者池處於更集中化趨勢。

Lido目前佔28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi名列二三。過去未主動實施MEV-BOOST PBS解決方案時,Proposer需負責Builder任務即執行負載,但大部分Proposer放棄了交易排序執行能力,因繁重計算工作會嚴重脫累驗證性能,不如將執行負載外包,讓第三方拍賣區塊。

User

最後講User,用戶在整個架構設計中最弱勢,因用戶交易都放入Mempool,會被各種MEVbot賺取MEV利潤,但這些利潤不會流向用戶。但不全是壞處,如在DEX中,鏈上行情波動大或用戶交易量大於DEX流動性時,MEVbot會通過套利減輕滑點和各平台價差。因此MEV存在有正負外部性,需分開討論,這也是其復雜之處。

爲避免用戶被MEVbot監測造成損害,許多RPC節點供應商能幫助用戶將交易放在非公開Mempool,如通過Builder的RPC直接與Builder交互。新穎方式是通過OFA(Order Flow Auction)訂單流拍賣爲用戶補償MEV利潤,OFA RPC運營商與Searcher合作,將用戶訂單向Searcher拍賣,Searcher獲得最大化MEV,讓整個訂單流進入區塊,然後Searcher返還利潤給用戶。

當前使用私人訂單流用戶比例仍不高,約10%,主要因用戶教育成本高,許多用戶無法正確普及MEV知識和應對措施,操作復雜。優化用戶體驗需用戶更多被動而非主動接受。

總結

在當前PBS架構下,自MEV-BOOST規範引入後,這一利潤最大化的密封競標拍賣機制導致Builder與Searcher逐步向合作與信任方向引導,無論Searcher還是Builder利益捆綁後,這一集中化趨勢非常明顯。POS下又會導致Validator集中化,整個MEV產業鏈各環節都變得集中化,並引入多方信任問題,Searcher信任Builder,Builder和Proposer信任Relayer。MEV集中化與信任化發展與以太坊最終去中心化與去信任化願景明顯違背。以太坊社區目前討論三個提案以減輕這種集中化方式:

1. 針對Builder與Searcher捆綁集中化:Flashbot提出的SUAVE技術,讓交易更透明,降低Searcher對Builder信任門檻,鼓勵Searcher將訂單流發送給所有Builder。

2. 針對Relayer信任化:使用Enshrined PBS代替當前PBS方案,消除競價過程中對Relayer依賴。

3. 針對Validator集中化:採用去中心化AVS,如SSV等,目前Lido已與其合作。

MEV現狀

目前鏈上主要MEV在於套利、三明治攻擊、清算等。其中套利利潤最大,近30天MEV bots可統計下共獲260萬美元利潤。

實際上一筆交易平均利潤約0.8美元,依靠大量交易,近30天Ethereum鏈上三明治攻擊利潤約88萬美元。

MEV分正負外部效應,正面包括套利搬磚帶來DEX間價格差異減小,幫助DEFI協議進行抵押品清算交易等。負面主要是對用戶的夾層交易,讓用戶損失部分利潤。在當前鏈上費用機制上,雖以太坊進行了Gas Fees平滑機制,但仍會在鏈上套利機會增多時,MEV bots與用戶共同在鏈上交易,導致短時間鏈上Gas Fees飆升,對用戶造成經濟和體驗損失。

不僅因PBS及POS架構下帶來的MEV和中心化問題,在以太坊向Layer2架構轉移過程中也衍生