揭開MEV的神祕面紗:照亮以太坊的黑暗森林

摘要

隨着以太坊鏈上活動的劇增以及基礎設施的演進,MEV(最大可提取價值)一直被視爲以太坊生態系統中最具爭議的部分。本文旨在從Ethereum 2.0的區塊生成機制以及提議者-構建者分離(PBS)的技術演進出發,分析當前MEV機制帶來的中心化和信任問題,並探討潛在的解決方案。

MEV確實是一把雙刃劍,既有正面效應如減少DEX價格差異、幫助清算交易,也有負面影響如對用戶交易的夾層攻擊。因此MEV的解決方案更多是減輕負面影響,而非根除。本文討論了三類主要的改進措施:拍賣機制改進、共識層改進和應用層改進。這些方案都將在不同程度上影響MEV的格局,但部分方案並不能從根本上解決用戶遇到的三明治攻擊問題。

此外,隨着Layer2架構和帳戶抽象等新技術的實施,MEV的復雜性還將進一步提升。本文也探討了在這些新場景下可能出現的MEV技術挑戰和機遇。

我們希望通過本文,全面分析當前MEV方案的利弊,探索減緩MEV負面影響的潛在解決方案,爲業內研究者未來進一步研究MEV提供思路。

Ethereum 2.0

自The Merge以來,以太坊採用了PoS機制來確保網路安全,放棄了計算密集型的競爭,轉而採用權益證明。合並後,以太坊被劃分爲執行層和共識層。區塊產出也發生了變化,每個Epoch爲一個PoS週期,每個Epoch劃分爲32個Slot,每個Slot爲一個12秒的出塊時間單位。

網路會在每個Epoch內隨機選出一個委員會,從中隨機選出區塊提議者。提議者需要打包交易、排序執行並產出區塊,其他委員會成員負責驗證和投票。委員會每個Epoch後重新選擇。區塊生成過程還有嚴格的時間限制,以保證效率。Payload指執行負載,即交易的狀態更改,可視爲執行區塊的一部分。

PBS架構

實際上,當驗證者被選爲區塊提議者時,往往沒有動力去執行Payload(排序和執行交易),因爲這需要大量計算資源。原本設想通過去中心化的委員會選舉來實現交易排序的去中心化,但驗證者傾向於將這部分工作外包,自己專注於提議區塊。因此產生了PBS(提議者-構建者分離)的構想,將區塊提議和構建分離,提議者只負責驗證區塊,不參與構建。

這促進了一個開放市場,區塊提議者可從構建者處獲取區塊。構建者相互競爭來構造區塊,並向提議人提供最高費用,形成"區塊拍賣"。

PBS的流程如下:用戶通過RPC代理提交交易到公開Mempool,多個Builder找到合適交易進行排序以生成利潤最大化的區塊,然後通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互。Relayer是Builder與Proposer的橋梁,Builder向Relayer提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭及報價,Proposer一般採納最高報價。Relayer實現MEV-Boost規範,規範Builder與Proposer的競標交互。這個過程中信息都是密封的,Relayer只向Proposer提交區塊頭,保證抗審查性。

PBS下的參與者博弈

PBS的主要參與者包括Builder、Relayer、Proposer和MEV bot(Searcher)。

Builder

Builder負責構建區塊內容。使用MEV-Boost後,Builder在競標中更有優勢,因爲不僅支持Gas費,還支持MEV收益。Builder可以直接審查用戶和Searcher的交易,這一直備受爭議。特別是美國政府公布OFAC後,許多Builder參與OFAC合規。雖然近期審查區塊的比例有所下降,但Builder在交易審查方面仍有直接影響。

目前Builder市場份額中,無需審查的beaverbuild.org正在擴大份額,一切以利潤爲導向。

Searcher

利潤最大化需要Searcher與Builder共同努力。Searcher常與特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool,Searcher的交易只對特定Builder可見。一些Builder獲得最大化利潤的MEV交易,進而競標區塊空間。理論上,如果Builder作惡或審查,Searcher可選擇其他Builder,導致該Builder市場份額下降。因此Builder會考慮作惡的隱性成本。在行情波動明顯時,Searcher貢獻的MEV收益甚至能達到當日Gas收益的兩倍。

Searcher主要分爲CEX-DEX套利(鏈下)和純鏈上MEV(DEX、夾層、清算)兩大類。目前Wintermute在CEX-DEX套利市場份額第一。純鏈上MEV呈現工作室化趨勢,jaredfromsubway.eth市場份額高達37.2%,擅長對以太坊用戶進行三明治攻擊,曾是鏈上gas消耗最高用戶。

由於Searcher與Builder關係緊密,許多Searcher將訂單流發給前三名Builder,而非廣播給所有Builder。這是因爲小Builder可能拆分訂單流,導致MEV策略失效和虧損風險。綁定Builder也有助於維持生態影響力。

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。Proposer此時不知道區塊交易細節。Proposer選擇並籤名區塊頭後,Relayer釋放完整交易內容。Relayer作爲無經濟激勵的第三方獲得極大信任,Builder依賴Proposer報價,Proposer依賴Relayer報價和區塊內容。歷史上出現過漏洞導致Proposer提取超額MEV。雖可修補,但Relayer仍可能惡意竊取MEV。

目前運行純MAX Profit的Builder市場份額自Merge後逐步擴大,人爲控制MEV在自由市場中不太可能。Relayer面臨無經濟激勵問題,Blocknative已退出該方向研發。Relayer依賴Flashbots的MEV-Boost規範構建,以太坊社區正探索將PBS納入協議級別。

Proposer

Proposer從驗證者中隨機選出。Proposer本可執行負載,但傾向於外包,易造成與Builder垂直合作。MEV-Boost的Relayer試圖作爲中間點減少直接溝通。目前礦池作爲驗證者池,LSD的出現增強資本效率,驗證者池呈集中化趨勢。

Lido目前佔28.7%市場份額,Coinbase和Ether.fi緊隨其後。過去未使用MEV-BOOST PBS時,Proposer需負責Builder任務(執行負載),但多數Proposer放棄了交易排序執行能力,因爲繁重計算會影響驗證性能,不如將執行負載外包,讓第三方拍賣區塊。

User

用戶在整個架構中最弱勢,交易被放入Mempool供MEV bot獲利,但利潤不會流向用戶。然而MEV也有積極作用,如在DEX中減輕大額交易的滑點和平台間價差。因此MEV存在正負外部性,需分開討論。

爲避免用戶被MEV bot監測並造成損害,一些RPC節點供應商可幫助用戶將交易放入非公開Mempool。OFA(訂單流拍賣)是一種新穎方式,通過與Searcher合作拍賣用戶訂單,獲得最大化MEV並返還部分利潤給用戶。

目前使用私人訂單流的用戶比例約10%,主要因爲教育成本高、操作復雜。改善用戶體驗需要用戶更多被動而非主動接受。

總結

自MEV-BOOST引入後,這種利潤最大化的密封競標拍賣機制導致Builder與Searcher逐步合作,利益捆綁使集中化趨勢明顯。POS下Validator也呈集中化趨勢。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。這與以太坊去中心化和去信任的願景明顯違背。

以太坊社區正討論三個提案以減輕集中化:

1. Flashbots提出的SUAVE技術,增加交易透明度,降低Searcher對Builder的信任門檻。

2. 使用Enshrined PBS代替當前PBS方案,消除對Relayer的依賴。

3. 採用去中心化的AVS(如SSV)應對Validator集中化,Lido已與其合作。

MEV現狀

目前鏈上主要MEV爲套利、三明治攻擊和清算。近30天內,套利利潤最大,MEV bots可統計獲利約260萬美元。一筆三明治攻擊平均利潤約0.8美元,近30天以太坊鏈上此類攻擊總利潤約88萬美元。

MEV有正負外部效應。正面包括減少DEX間價差、幫助清算;負面主要是對用戶的夾層交易造成損失。在當前Gas費機制下,鏈上套利機會增多時,MEV bots與用戶競爭會導致短期Gas費飆升,給用戶帶來經濟和體驗損失。

隨着以太坊向Layer2遷移,未來大規模鏈上套利活動將轉向更復雜的多鏈跨鏈MEV。

Layer2架構設計的潛在MEV復雜性

當前以太坊大量交易在Layer2進行,未來主要目標是作爲世界結算層。因此大規模鏈上套利活動會轉向更復雜、技術要求更高的多鏈跨鏈MEV。

跨鏈MEV研究較少,但有一些應對措施。Layer2主要針對排序器改進,因排序器負責排序和執行交易。跨鏈橋是不同Layer2間跨鏈的必備產品。Searcher可幫助減緩Layer2間碎片化流動性,但目前影響不顯著,主要因跨鏈橋體驗和安全性有待改進,不同橋的Finality差異使策略定制門檻較高。

EIP-4337的潛在MEV

EIP-4337引入帳戶抽象和新交易類型,將對MEV格局產生顯著變化。在ERC-4337中,新增User Operation交易類型進入Mempool,Bundler(類似Builder)從中尋找並打包成正常交易。一旦用戶交易進入public pool,就會被Searcher監視。Bundler可與Searcher合作重新排序User Operation獲取MEV。不同鏈上User Operation規格可能不同,進一步提高跨鏈MEV技術門檻。

MEV減緩探索方向

過去以太坊生態將PBS解決方案外包給Flashbots實現。但由於Relayer無經濟效益且門檻高,Blocknative放棄了這一方向。爲解決去信任化和零經濟激勵問題,以太坊考慮使用e-PBS協議級改進,避免依賴第三方協議mev-boost的Relayer。

當前MEV似乎難以徹底解決,因爲這是生態系統復雜度提升和用戶短期信息不對稱的必然產物。在以太坊的無需許可和抗審查理念下,無法通過協議層面審查和改進一次性切斷MEV。更多是