揭开MEV的神秘面纱:照亮以太坊的黑暗森林

摘要

随着以太坊链上活动的剧增以及基础设施的演进,MEV(最大可提取价值)一直被视为以太坊生态系统中最具争议的部分。本文旨在从Ethereum 2.0的区块生成机制以及提议者-构建者分离(PBS)的技术演进出发,分析当前MEV机制带来的中心化和信任问题,并探讨潜在的解决方案。

MEV确实是一把双刃剑,既有正面效应如减少DEX价格差异、帮助清算交易,也有负面影响如对用户交易的夹层攻击。因此MEV的解决方案更多是减轻负面影响,而非根除。本文讨论了三类主要的改进措施:拍卖机制改进、共识层改进和应用层改进。这些方案都将在不同程度上影响MEV的格局,但部分方案并不能从根本上解决用户遇到的三明治攻击问题。

此外,随着Layer2架构和账户抽象等新技术的实施,MEV的复杂性还将进一步提升。本文也探讨了在这些新场景下可能出现的MEV技术挑战和机遇。

我们希望通过本文,全面分析当前MEV方案的利弊,探索减缓MEV负面影响的潜在解决方案,为业内研究者未来进一步研究MEV提供思路。

Ethereum 2.0

自The Merge以来,以太坊采用了PoS机制来确保网络安全,放弃了计算密集型的竞争,转而采用权益证明。合并后,以太坊被划分为执行层和共识层。区块产出也发生了变化,每个Epoch为一个PoS周期,每个Epoch划分为32个Slot,每个Slot为一个12秒的出块时间单位。

网络会在每个Epoch内随机选出一个委员会,从中随机选出区块提议者。提议者需要打包交易、排序执行并产出区块,其他委员会成员负责验证和投票。委员会每个Epoch后重新选择。区块生成过程还有严格的时间限制,以保证效率。Payload指执行负载,即交易的状态更改,可视为执行区块的一部分。

PBS架构

实际上,当验证者被选为区块提议者时,往往没有动力去执行Payload(排序和执行交易),因为这需要大量计算资源。原本设想通过去中心化的委员会选举来实现交易排序的去中心化,但验证者倾向于将这部分工作外包,自己专注于提议区块。因此产生了PBS(提议者-构建者分离)的构想,将区块提议和构建分离,提议者只负责验证区块,不参与构建。

这促进了一个开放市场,区块提议者可从构建者处获取区块。构建者相互竞争来构造区块,并向提议人提供最高费用,形成"区块拍卖"。

PBS的流程如下:用户通过RPC代理提交交易到公开Mempool,多个Builder找到合适交易进行排序以生成利润最大化的区块,然后通过MEV-Boost Relayer与Proposer交互。Relayer是Builder与Proposer的桥梁,Builder向Relayer提交报价,Relayer向Proposer提交多个区块头及报价,Proposer一般采纳最高报价。Relayer实现MEV-Boost规范,规范Builder与Proposer的竞标交互。这个过程中信息都是密封的,Relayer只向Proposer提交区块头,保证抗审查性。

PBS下的参与者博弈

PBS的主要参与者包括Builder、Relayer、Proposer和MEV bot(Searcher)。

Builder

Builder负责构建区块内容。使用MEV-Boost后,Builder在竞标中更有优势,因为不仅支持Gas费,还支持MEV收益。Builder可以直接审查用户和Searcher的交易,这一直备受争议。特别是美国政府公布OFAC后,许多Builder参与OFAC合规。虽然近期审查区块的比例有所下降,但Builder在交易审查方面仍有直接影响。

目前Builder市场份额中,无需审查的beaverbuild.org正在扩大份额,一切以利润为导向。

Searcher

利润最大化需要Searcher与Builder共同努力。Searcher常与特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool,Searcher的交易只对特定Builder可见。一些Builder获得最大化利润的MEV交易,进而竞标区块空间。理论上,如果Builder作恶或审查,Searcher可选择其他Builder,导致该Builder市场份额下降。因此Builder会考虑作恶的隐性成本。在行情波动明显时,Searcher贡献的MEV收益甚至能达到当日Gas收益的两倍。

Searcher主要分为CEX-DEX套利(链下)和纯链上MEV(DEX、夹层、清算)两大类。目前Wintermute在CEX-DEX套利市场份额第一。纯链上MEV呈现工作室化趋势,jaredfromsubway.eth市场份额高达37.2%,擅长对以太坊用户进行三明治攻击,曾是链上gas消耗最高用户。

由于Searcher与Builder关系紧密,许多Searcher将订单流发给前三名Builder,而非广播给所有Builder。这是因为小Builder可能拆分订单流,导致MEV策略失效和亏损风险。绑定Builder也有助于维持生态影响力。

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。Proposer此时不知道区块交易细节。Proposer选择并签名区块头后,Relayer释放完整交易内容。Relayer作为无经济激励的第三方获得极大信任,Builder依赖Proposer报价,Proposer依赖Relayer报价和区块内容。历史上出现过漏洞导致Proposer提取超额MEV。虽可修补,但Relayer仍可能恶意窃取MEV。

目前运行纯MAX Profit的Builder市场份额自Merge后逐步扩大,人为控制MEV在自由市场中不太可能。Relayer面临无经济激励问题,Blocknative已退出该方向研发。Relayer依赖Flashbots的MEV-Boost规范构建,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。Proposer本可执行负载,但倾向于外包,易造成与Builder垂直合作。MEV-Boost的Relayer试图作为中间点减少直接沟通。目前矿池作为验证者池,LSD的出现增强资本效率,验证者池呈集中化趋势。

Lido目前占28.7%市场份额,Coinbase和Ether.fi紧随其后。过去未使用MEV-BOOST PBS时,Proposer需负责Builder任务(执行负载),但多数Proposer放弃了交易排序执行能力,因为繁重计算会影响验证性能,不如将执行负载外包,让第三方拍卖区块。

User

用户在整个架构中最弱势,交易被放入Mempool供MEV bot获利,但利润不会流向用户。然而MEV也有积极作用,如在DEX中减轻大额交易的滑点和平台间价差。因此MEV存在正负外部性,需分开讨论。

为避免用户被MEV bot监测并造成损害,一些RPC节点供应商可帮助用户将交易放入非公开Mempool。OFA(订单流拍卖)是一种新颖方式,通过与Searcher合作拍卖用户订单,获得最大化MEV并返还部分利润给用户。

目前使用私人订单流的用户比例约10%,主要因为教育成本高、操作复杂。改善用户体验需要用户更多被动而非主动接受。

总结

自MEV-BOOST引入后,这种利润最大化的密封竞标拍卖机制导致Builder与Searcher逐步合作,利益捆绑使集中化趋势明显。POS下Validator也呈集中化趋势。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。这与以太坊去中心化和去信任的愿景明显违背。

以太坊社区正讨论三个提案以减轻集中化:

1. Flashbots提出的SUAVE技术,增加交易透明度,降低Searcher对Builder的信任门槛。

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

3. 采用去中心化的AVS(如SSV)应对Validator集中化,Lido已与其合作。

MEV现状

目前链上主要MEV为套利、三明治攻击和清算。近30天内,套利利润最大,MEV bots可统计获利约260万美元。一笔三明治攻击平均利润约0.8美元,近30天以太坊链上此类攻击总利润约88万美元。

MEV有正负外部效应。正面包括减少DEX间价差、帮助清算;负面主要是对用户的夹层交易造成损失。在当前Gas费机制下,链上套利机会增多时,MEV bots与用户竞争会导致短期Gas费飙升,给用户带来经济和体验损失。

随着以太坊向Layer2迁移,未来大规模链上套利活动将转向更复杂的多链跨链MEV。

Layer2架构设计的潜在MEV复杂性

当前以太坊大量交易在Layer2进行,未来主要目标是作为世界结算层。因此大规模链上套利活动会转向更复杂、技术要求更高的多链跨链MEV。

跨链MEV研究较少,但有一些应对措施。Layer2主要针对排序器改进,因排序器负责排序和执行交易。跨链桥是不同Layer2间跨链的必备产品。Searcher可帮助减缓Layer2间碎片化流动性,但目前影响不显著,主要因跨链桥体验和安全性有待改进,不同桥的Finality差异使策略定制门槛较高。

EIP-4337的潜在MEV

EIP-4337引入账户抽象和新交易类型,将对MEV格局产生显著变化。在ERC-4337中,新增User Operation交易类型进入Mempool,Bundler(类似Builder)从中寻找并打包成正常交易。一旦用户交易进入public pool,就会被Searcher监视。Bundler可与Searcher合作重新排序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

过去以太坊生态将PBS解决方案外包给Flashbots实现。但由于Relayer无经济效益且门槛高,Blocknative放弃了这一方向。为解决去信任化和零经济激励问题,以太坊考虑使用e-PBS协议级改进,避免依赖第三方协议mev-boost的Relayer。

当前MEV似乎难以彻底解决,因为这是生态系统复杂度提升和用户短期信息不对称的必然产物。在以太坊的无需许可和抗审查理念下,无法通过协议层面审查和改进一次性切断MEV。更多是