照亮黑暗森林:揭开MEV神秘面纱

随着以太坊链上活动的剧增以及基础设施的演进,MEV一直被视为黑暗森林中最危险的一部分,直接影响用户的链上交易利润和体验。本文旨在从Ethereum 2.0的区块生成机制和提议者-构建者分离(PBS)技术出发,分析这套机制带来的中心化和信任化问题与以太坊价值观的矛盾。

MEV确实是把双刃剑,正面作用包括减少DEX价差、帮助清算;负面影响主要是对用户的夹层交易损害。因此MEV的解决方案更多是减轻负面影响,而非根除。目前主要有三类措施:改进拍卖机制、共识层和应用层。这些方案都会不同程度影响MEV格局,但部分无法彻底解决三明治攻击问题。未来还需引入更多隐私池技术来保护用户交易隐私。

此外,MEV作为无法避免的机制副产品,未来还会更加复杂。Layer2、EIP-4337账户抽象等新交易类型的实施,都可能带来更多MEV的技术挑战和机会。

本文探讨了减缓MEV负面影响的潜在方案,全面分析当前MEV方案的利弊,希望为未来研究提供启发,照亮这片黑暗森林。

Ethereum 2.0

The Merge后,以太坊采用POS机制确保网络安全,放弃了计算密集型竞争。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,包含32个12秒的Slot。

网络在每个Epoch随机选出验证者委员会,从中随机选出区块提议者负责打包排序交易并产出区块,其他验证者监督投票。委员会每个Epoch重新选择。为确保效率,还设有操作时间限制。这里Payload指执行负载,即交易的状态更改,是执行区块的一部分。区块提议者负责实施执行负载和提议区块。

PBS架构

实际上,当验证者被选为区块提议者时,往往不愿执行Payload,因为这需要大量计算能力。原本设想通过去中心化委员会选举来实现交易排序去中心化,但验证者倾向于将此交给第三方,自己专注提议区块。由此产生了PBS构想,将区块提议和构建分离,提议者只负责验证区块。

这促进了一个开放市场,提议者可从构建者获取区块。构建者相互竞争构造区块,向提议人提供最高费用,即"区块拍卖"。

PBS流程:用户通过RPC代理提交交易到公开Mempool,多个Builder找到最适合交易排序生成利润最大化区块,通过MEV-Boost Relayer与Proposer交互。Relayer集合多个Builder报价,向Proposer提交区块头和报价,Proposer一般选最高报价。Relayer实现MEVBoost规范,规范Builder与Proposer交互竞标。整个过程信息密闭,Relayer只提交区块头,保证Proposer抗审查性。

PBS下各参与者及博弈

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

Builder

Builder负责构建区块内容,MEV-Boost技术让其在竞标中更有优势。Builder可直接审查交易,这一直被诟病,尤其是美国OFAC公布后。虽然审查区块比例近期下降,但Builder在构建过程中仍有直接审查作用。

当前市场份额看,无需审查的beaverbuild.org正逐步扩大份额,一切以利润为导向。

Searcher

利润最大化需Searcher与Builder共同努力,Searcher常与特定Builder合作形成Dark Pool或Private Pool。理论上如Builder作恶,Searcher可选其他Builder,导致其市场份额降低。因此Builder会考虑作恶的隐性成本。MEV收益在行情波动明显时甚至可达当日Gas收益两倍。

Searcher分为CEX-DEX套利和纯链上两类。Wintermute占据CEX-DEX套利第一。纯链上MEV呈工作室化趋势,jaredfromsubway.eth占37.2%市场份额,擅长三明治攻击。由于与Builder关系紧密,许多Searcher只向前三名Builder发送订单流,以维持生态影响力。

Relayer

Relayer负责集合竞价,向Proposer提交区块头和价格。Proposer签名后,Relayer释放全部交易内容。Relayer作为无经济激励的第三方获得极大信任,存在潜在风险。历史上发生过漏洞导致Proposer提取超2000万美元MEV。虽可修补,但Relayer仍可能恶意行事窃取MEV。

市场份额显示,单纯MAX Profit的Builder自Merge后逐步扩大,人为控制MEV似乎不可能。Relayer面临无经济激励问题,Blocknative已退出该方向。目前依赖Flashbots的MEVBoost规范,但长期依赖第三方提供PBS不是良策,以太坊社区正探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

Proposer从验证者中随机选出,具备执行负载能力但倾向外包,易造成与Builder垂直合作。MEV-boost的Relayer希望作为中间点减少直接沟通。当前矿池作为验证者池,具有强规模效应,特别是LSD释放质押代币潜力,增强资本效率,验证者池呈集中化趋势。

Lido占28.7%市场份额,Coinbase、Ether.fi紧随其后。过去未实施MEV-BOOST PBS时,Proposer需负责Builder任务,但大多放弃了交易排序执行能力,将执行负载外包。

User

用户在整个架构中最弱势,交易被放入Mempool供MEVbot获利。但这并非全是坏处,如在DEX中,MEVbot可通过套利减轻滑点和价差。因此MEV存在正负外部性,需分开讨论。

为避免被MEVbot监测损害,许多RPC节点供应商帮助用户将交易放在非公开Mempool。新颖方式如OFA通过订单流拍卖补偿用户MEV利润。目前使用私人订单流用户比例仅10%,主要因教育成本高,操作复杂。

总结

当前PBS架构下,MEV-BOOST引入后,利润最大化的密封竞标拍卖机制导致Builder与Searcher逐步合作,集中化趋势明显。POS也导致Validator集中化,整个MEV产业链各环节都趋于集中化,引入多方信任问题。这与以太坊去中心化、去信任化愿景相违背。社区正讨论三个提案减轻集中化:

1. Flashbot的SUAVE技术,增加交易透明度,降低Searcher对Builder信任门槛。

2. 使用Enshrined PBS代替当前PBS,消除对Relayer依赖。

3. 采用去中心化AVS如SSV,Lido已与其合作。

MEV现状

目前链上主要MEV为套利、三明治攻击、清算等。套利利润最大,近30天可统计获利260万美元。单笔交易平均利润0.8美元,近30天以太坊链上三明治攻击利润约88万美元。

MEV有正负外部效应。正面包括减小DEX价差、帮助清算;负面主要是对用户的夹层交易损害。当前链上费用机制下,MEV套利机会增多时会导致Gas费短期飙升,影响用户体验。

不仅PBS和POS架构带来MEV和中心化问题,Layer2迁移也衍生出跨链MEV问题。

Layer2架构设计的潜在MEV复杂性

未来大规模链上套利活动将转向更复杂的多链跨链MEV。Layer2主要针对排序器改进,因其负责排序和运行交易。跨链桥是Layer2间跨链必备,Searcher可帮助减缓Layer2间碎片流动性,但目前效果不显著,主要受限于跨链桥体验和安全性,以及不同Finality导致策略定制复杂。

EIP-4337的潜在MEV

EIP-4337引入账户抽象和新交易类型,将显著改变MEV格局。新增User Operation交易类型进入Mempool,Bundler负责打包成正常交易。一旦进入public pool就会被Searcher监视。Bundler类似Builder,可与Searcher合作重排User Operation获取MEV。不同链上User Operation规格可能不同,进一步提高跨链MEV技术门槛。

MEV减缓探索方向

过去Ethereum生态将PBS外包给Flashbots实现,其最新估值10亿美元。但Relayer无经济效益且门槛高,Blocknative已放弃该方向。为解决去信任化和激励问题,以太坊考虑使用e-PBS协议级改进,避免依赖第三方mevboost的Relayer。

MEV似乎难以彻底解决,是生态复杂度提升和信息不对称的必然产物。以太坊无法在协议层面一次性切断MEV,更多是减轻其负面影响,增强正面作用。许多项目、社区成员、开发者、VC都在探索潜在解决方案,主要从协议、应用、拍卖机制三个方向入手。

SUVAE

SUAVE是Flashbots提出的改善MEV负面影响方案,旨在引导MEV变得去中心化、透明。它构建新区块链SUAVE,内置MEVM虚拟机支持EVM智能合约。配套开发工具支持基于EVM的MEV智能合约开发,将集中式MEV基础设施转为去中心化区块链上的智能合约,降低创建MEV应用门槛,增加机制间竞争,带来去中心化和透明性。

SUAVE可作为去中心化排序器和意图识别机器,提交给链上Proposer,最后使用以太坊结算。执行节点在链下执行,采用可信执行环境或零知识证明。用户可使用意图交易,交给SUAVE解析并最大化透明MEV,通过智能合约间MEV竞拍减轻负面影响。根据Paradigm的应用税文章,对MEV bot征收应用税也适合在SUAVE实施。

OFA

OFA(Order Flow Auction)改进拍卖机制:

1. 订单发起人将订单发送给OFA,OFA选择性披露部分信息。

2. 竞标者Bidders出价,获得信息并提出支付价格,之后对订单流进行MEV。

3. 私人订单流仅Bidders可见,引入市场化竞争增加MEV透明度,减少用户损失。

目前多个基于O