照亮黑暗森林:揭开MEV神秘面纱

以太坊的链上活动和基础设施的演进,使得MEV一直被视为以太坊"暗森林"中最危险的部分,对用户造成利润损失和体验降级。本文从Ethereum 2.0的区块生成机制和提议者-构建者分离(PBS)技术出发,分析了这套机制带来的中心化和信任化问题,与以太坊去中心化价值观的矛盾。

MEV确实是把双刃剑,有正负外部性。正面包括减少DEX价格差异、帮助清算交易;负面包括对用户的夹层交易损害。因此MEV的解决方案更多是减轻负外部性,而非根除。在探索减轻MEV负外部性和解决当前基于第三方信任中间件Relayer问题的过程中,主要分为三类措施:拍卖机制改进、共识层改进、应用层改进。这些改进都将不同程度影响MEV格局,但部分方案并不能实质解决用户遇到的三明治攻击问题。用户交易仍处于公开池,因此需要引入更多隐私池技术来保护用户交易的可选隐私性,这些MEV方案值得结合尝试。

此外,MEV作为无法避免的机制设计副产品,其未来还会更加复杂。我们也探索了在Layer2架构、EIP-4337账户抽象等新交易类型实施下,可能出现的更多MEV技术挑战和机会。

最后,我们希望通过本文,探索减缓MEV负外部性问题的潜在解决方案,并对当前MEV方案的利弊作出全面认知,不仅为未来点亮用户所处的"黑暗森林",也为业内研究者点亮进一步研究MEV的方向。

Ethereum 2.0

自The Merge后,以太坊采用POS机制确保网络安全,区块产出放弃计算密集型竞争,转为权益证明。合并后,以太坊分为执行层和共识层。区块产出也发生变化,每个Epoch为一个POS周期,划分为32个Slot,每个Slot为一个12秒的出块时间单位。

网络在每个Epoch内随机选出一个验证者委员会,委员会中随机选出区块提议者负责打包排序交易并产出区块,其他委员会验证者监督并投票。委员会每个Epoch后重新选择,同时施加操作时间限制以保证效率。这里规范术语,Payload是执行负载,即交易的状态更改,可视为执行区块的一部分。区块提议者将实施执行负载和区块提议。

PBS架构

实际上,当验证者被选为区块提议者时,往往没动力去执行Payload,因为这需要大量计算力。原本考虑通过去中心化委员会选举将执行负载纳入其中,使交易排序成为去中心化事务。但验证者天然想将这部分外包,自己专注于提议区块。因此衍生出PBS构想,将区块提议和构建分离。提议者仅负责验证区块,不参与构建。提议者和构建者之间的分离促进了开放市场,区块提议者可从构建者那里获取区块。构建者相互竞争构造区块,向提议人提供最高费用,称为"区块拍卖"。

简要介绍PBS(Proposer Builder Seperate)密封第一拍卖模型:用户通过RPC代理提交交易到公开Mempool,多个Builder找到最适合交易进行排序以生成利润最大化区块(利润=Base+Priority+MEV),然后通过MEV-Boost Relayer与Proposer交互。Relayer作为多个Builder与Proposer交互的桥梁,Builder向Relayer提交报价,Relayer向Proposer提交多个区块头及对应报价,Proposer一般采纳报价最高的区块。Relayer实现MEVBboost规范,规范Builder与Proposer交互竞标。此过程中所有信息密闭,Relayer只提交区块头给Proposer,因此Proposer具有抗审查性。

PBS下各类参与者及博弈

主要参与者有Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)。

Builder

Builder负责构建区块内容,使用MEV-Boost后在竞标中更有利,因支持Gas Fees和MEV收益。Builder能直接审查用户和Searcher交易,这一直被诟病,特别是美国政府公布OFAC后,大量Builder参与OFAC Compliant。虽然近期审查区块比例有所下降,但Builder在区块构建过程中对交易审查有直接作用。

当前Builder市场份额来看,无需审查的beaverbuild.org正逐步扩大市场份额,一切以利润为导向。

Searcher

利润最大化需Searcher与Builder共同努力,Searcher往往与特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool,Searcher交易只对特定Builder显示,某些Builder获得最大化利润的MEV交易,进而竞标区块空间。理论上Builder作恶或审查会导致Searcher选择其他Builder,使Builder市场份额降低,因此Builder会考量作恶的隐性成本。MEV收益在行情波动明显时甚至能达到当日Gas收益两倍。

Searcher分为CEX-DEX(链下)套利及DEX、夹层、清算两大类(纯链上)。目前Wintermute占据CEX-DEX套利交易市场份额第一。

对于纯链上MEV机会,有逐步形成工作室化趋势,jaredfromsubway.eth市场份额占37.2%,擅长对Etheruem链上用户进行三明治攻击,一度成为链上gas消耗最高用户,约占全天1.5%。从2023年2月到2024年6月,该机器人共花费76,916个ETH,约1.75亿美元。由于Seacher与Builder联系紧密,许多Searcher将订单流发送给前三名Builder,本可广播所有Builder,但小Builder可能拆分订单流导致策略失效,造成亏损风险。绑定Builder也能维持生态影响力。

Relayer

Relayer负责集合竞价,作为中转站向Proposer提交区块头和竞拍价格,此时Proposer不知区块交易细节。Proposer选择并签名区块头后,Relayer释放全部交易内容给Proposer。Relayer作为无经济激励的第三方获得极大信任,Builder依赖Poposer报价,Proposer依赖Relayer报价和区块内容。历史上发生过类似问题,Ultrasound Relayer存在漏洞导致Proposer提取超2000万美元MEV。虽漏洞可修补,但Relayer本身仍可选择恶意行事窃取MEV。

运行单纯MAX Profit的Builder市场占有率自Merge后逐步扩大,在自由市场中,通过Builder人为控制MEV是不可能的。

同时Relayer面临无经济激励问题。Blocknative退出了Relayer研发。Relayer目前依赖Flashbots提出的MEVBoost规范构建,以太坊依赖第三方提供PBS不是长久之计,因此以太坊社区探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

对Proposer而言,在所有验证者中随机选择委员会,每个slot选一个区块提议者。区块提议者具备执行负载能力,但天然想外包,容易造成Builder与Proposer垂直合作。MEV-boost的Relayer希望作为中间点减少直接沟通带来的垂直勾结。由于现在都是矿池作为验证者池,但矿池和LSD验证者池具备强规模效应,特别是LSD出现释放了质押代币潜力,增强资本效率,背后DEFI积木影响下,验证者池处于更集中化趋势。

Lido目前占28.7%市场份额,Coinbase、Ether.fi名列二三。过去未主动实施MEV-BOOST PBS解决方案时,Proposer需负责Builder任务即执行负载,但大部分Proposer放弃了交易排序执行能力,因繁重计算工作会严重脱累验证性能,不如将执行负载外包,让第三方拍卖区块。

User

最后讲User,用户在整个架构设计中最弱势,因用户交易都放入Mempool,会被各种MEVbot赚取MEV利润,但这些利润不会流向用户。但不全是坏处,如在DEX中,链上行情波动大或用户交易量大于DEX流动性时,MEVbot会通过套利减轻滑点和各平台价差。因此MEV存在有正负外部性,需分开讨论,这也是其复杂之处。

为避免用户被MEVbot监测造成损害,许多RPC节点供应商能帮助用户将交易放在非公开Mempool,如通过Builder的RPC直接与Builder交互。新颖方式是通过OFA(Order Flow Auction)订单流拍卖为用户补偿MEV利润,OFA RPC运营商与Searcher合作,将用户订单向Searcher拍卖,Searcher获得最大化MEV,让整个订单流进入区块,然后Searcher返还利润给用户。

当前使用私人订单流用户比例仍不高,约10%,主要因用户教育成本高,许多用户无法正确普及MEV知识和应对措施,操作复杂。优化用户体验需用户更多被动而非主动接受。

总结

在当前PBS架构下,自MEV-BOOST规范引入后,这一利润最大化的密封竞标拍卖机制导致Builder与Searcher逐步向合作与信任方向引导,无论Searcher还是Builder利益捆绑后,这一集中化趋势非常明显。POS下又会导致Validator集中化,整个MEV产业链各环节都变得集中化,并引入多方信任问题,Searcher信任Builder,Builder和Proposer信任Relayer。MEV集中化与信任化发展与以太坊最终去中心化与去信任化愿景明显违背。以太坊社区目前讨论三个提案以减轻这种集中化方式:

1. 针对Builder与Searcher捆绑集中化:Flashbot提出的SUAVE技术,让交易更透明,降低Searcher对Builder信任门槛,鼓励Searcher将订单流发送给所有Builder。

2. 针对Relayer信任化:使用Enshrined PBS代替当前PBS方案,消除竞价过程中对Relayer依赖。

3. 针对Validator集中化:采用去中心化AVS,如SSV等,目前Lido已与其合作。

MEV现状

目前链上主要MEV在于套利、三明治攻击、清算等。其中套利利润最大,近30天MEV bots可统计下共获260万美元利润。

实际上一笔交易平均利润约0.8美元,依靠大量交易,近30天Ethereum链上三明治攻击利润约88万美元。

MEV分正负外部效应,正面包括套利搬砖带来DEX间价格差异减小,帮助DEFI协议进行抵押品清算交易等。负面主要是对用户的夹层交易,让用户损失部分利润。在当前链上费用机制上,虽以太坊进行了Gas Fees平滑机制,但仍会在链上套利机会增多时,MEV bots与用户共同在链上交易,导致短时间链上Gas Fees飙升,对用户造成经济和体验损失。

不仅因PBS及POS架构下带来的MEV和中心化问题,在以太坊向Layer2架构转移过程中也衍生