照亮黑暗森林：揭開MEV神祕面紗

隨着以太坊鏈上活動的劇增以及基礎設施的演進和豐富，MEV一直被視爲以太坊生態系統中最危險的一部分,直接影響用戶的鏈上交易利潤和體驗。本文旨在從Ethereum 2.0的區塊生成機制和提議者-構建者分離(PBS)的技術演進出發,重點分析這套機制帶來的中心化和信任化問題,與以太坊的去中心化價值觀存在明顯矛盾。

MEV的加劇是把雙刃劍,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的夾層交易損害。因此MEV的解決方案更多是減輕負面影響,而非徹底根除。在減輕MEV負面影響和解決當前基於第三方信任中間件Relayer問題的過程中,主要有三類措施:拍賣機制改進、共識層改進和應用層改進。這些改進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。用戶交易仍然處於公開池中,因此需要引入更多隱私池技術來保護用戶交易的隱私性,這些MEV方案值得結合起來嘗試。

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

本文旨在探索減緩MEV負面影響的潛在解決方案,並對當前MEV方案的利弊進行全方位分析,不僅爲用戶點亮黑暗森林,也爲業內研究者照亮進一步研究MEV的方向。

Ethereum 2.0

自The Merge以來,以太坊採用POS機制確保網路安全,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,每個Epoch劃分爲32個Slot,每個Slot相當於一個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。該提議者需要打包交易並排序執行產出區塊,其他委員會驗證者監督並投票。委員會每個Epoch後重新選擇,並設有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。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,往往沒有動力去執行Payload,因爲這需要大量計算能力。原本設想通過去中心化委員會選舉將執行負載納入其中,使交易排序等去中心化。但驗證者傾向於將這部分交給第三方完成,自身專注於提議區塊。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。這促進了一個開放市場,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,形成"區塊拍賣"。

PBS(Proposer Builder Separate)密封第一拍賣模型流程如下:用戶通過RPC代理提交交易至公開Mempool,多個Builder找到合適交易排序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作爲橋梁,Builder向其提交報價,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MEVBboost規範,規範Builder與Proposer交互競標。此過程中信息密閉,Relayer只提交區塊頭給Proposer,保證抗審查性。

PBS下各類參與者及博弈

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

Builder

Builder負責構建區塊內容,使用MEV-Boost技術後在競標中更有優勢,因支持MEV收益。Builder可直接審查用戶和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正逐步擴大,一切以利潤爲導向。

Searcher

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

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

純鏈上MEV機會呈工作室化趨勢,jaredfromsubway.eth市場份額高達37.2%,擅長對Ethereum用戶進行三明治攻擊,曾成爲鏈上gas消耗最高用戶,日消耗約佔總量1.5%。2023年2月至2024年6月共消耗76,916 ETH,約1.75億美元。由於Searcher與Builder聯繫緊密,許多Searcher將訂單流發送給前三名Builder,以維持生態影響力並避免小Builder拆分訂單流導致策略失效風險。

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此時不知交易細節。Proposer選擇並籤名區塊頭後,Relayer釋放全部交易內容。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Ultrasound Relayer曾存在漏洞導致Proposer超額提取MEV。雖可修補,但Relayer仍可能惡意行事竊取MEV。

目前運行純MAX Profit的Builder市場佔有率自Merge後逐步擴大,表明自由市場中難以通過Builder人爲控制MEV。Relayer面臨無經濟激勵問題,Blocknative已退出該方向研發。目前Relayer依賴Flashbots提出的MEVBoost規範構建,以太坊依賴第三方提供PBS並非長久之計,社區正探索將PBS納入協議級別。

Proposer

Proposer從驗證者中隨機選出,具備執行負載能力但傾向外包,易造成與Builder垂直合作。MEV-boost的Relayer希望作爲中間點減少直接溝通帶來的勾結。目前礦池作爲驗證者池,特別是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、Ether.fi緊隨其後。過去未實施MEV-BOOST PBS時,Proposer需負責執行負載,但大多放棄了交易排序執行能力,因繁重計算會影響驗證性能,轉而將執行負載外包,讓第三方拍賣區塊。

User

用戶在整個架構中處於最弱勢地位,交易被放入Mempool中,各種MEVbot從中賺取利潤,但這些利潤不會流向用戶。然而並非全是壞處,如在DEX中,當鏈上行情波動大或用戶交易量超DEX流動性時,MEVbot通過套利減輕滑點和價差。因此MEV存在正負外部性,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節點供應商幫助用戶將交易放在非公開Mempool中,如通過Builder的RPC直接交互。一種新穎方式是通過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,使整個訂單流進入區塊,然後將利潤返還用戶。

目前使用私人訂單流的用戶比例僅約10%,主要因用戶教育成本高,操作復雜。要優化用戶體驗,用戶更需被動而非主動接受。

總結

當前PBS架構下,自MEV-BOOST規範引入後,利潤最大化的密封競標拍賣機制導致Builder與Searcher逐步合作與信任,利益捆綁後集中化趨勢明顯。POS下又導致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。MEV集中化與信任化發展與以太坊去中心化與去信任化願景明顯違背。以太坊社區正討論三個提案以減輕集中化:

1. 針對Builder與Searcher捆綁集中化:Flashbot提出SUAVE技術,增加交易透明度,降低Searcher對Builder信任門檻,鼓勵Searcher向所有Builder發送訂單流。

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

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

MEV現狀

目前鏈上主要MEV爲套利、三明治攻擊、清算等。套利利潤最大,近30天MEV bots可統計獲利260萬美元。單筆三明治攻擊交易平均利潤約0.8美元,依靠大量交易,近30天Ethereum鏈上獲利約88萬美元。

MEV有正負外部效應。正面包括套利減小DEX間價差、幫助DEFI協議清算抵押品等。負面主要是對用戶的夾層交易,使用戶損失部分利潤。當前鏈上費用機制下,雖以太坊實施Gas Fees平滑,但鏈上套利機會增多時,MEV bots與用戶共同交易仍會導致短期Gas Fees飆升,給用戶造成經濟和體驗損失。

除PBS和POS架構帶來的MEV和中心化問題外,以太坊向Layer2遷移過程中也衍生出Layer2間跨鏈MEV問題。

Layer2架構設計的潛在MEV復雜性

未來大規模鏈上套利活動將轉向更復雜、技術要求更高的多鏈跨鏈MEV。目前跨鏈MEV研究較少,但已有部分應對措施,主要針對Layer2排序器改進。跨鏈橋是不同Layer2間跨鏈必備產品,Searcher可幫助減緩Layer2間碎片流動性,但目前影響不顯著,主要因跨鏈橋體驗與安全性待改進,不同橋的Finality不同導致策略定制需考慮這點,使跨Layer2跨鏈門檻較高。

EIP-4337的