点亮黑暗森林:揭秘MEV的神秘面纱

摘要

随着以太坊链上活动的激增和基础设施的不断发展,链上MEV一直被视为以太坊生态系统中最危险的一部分,直接影响用户的链上金融活动收益和体验。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)技术演进的角度,重点分析这套机制带来的中心化和信任化问题,以及与以太坊去中心化理念的矛盾。

链上MEV的加剧是一把双刃剑,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,而非完全消除。在探索减轻MEV负面影响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遭受三明治攻击的问题。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,未来还会变得更加复杂。我们也探讨了在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负面影响的潜在解决方案,并对当前MEV方案的利弊进行全面认知,不仅为用户点亮黑暗森林,也为业内研究者指明进一步研究MEV的方向。

Ethereum 2.0

自The Merge以来,以太坊采用POS机制确保网络安全,放弃了计算密集型的区块产出竞争,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又划分为32个Slot,每个Slot相当于一个12秒的出块时间单位。

网络会在每个Epoch内随机选出一个验证者委员会,从中随机选出区块提议者负责打包交易、排序执行并产出区块,其他委员会验证者监督这个过程并为区块投票。委员会会在每个Epoch后重新选择。同时还设有操作时间限制,以保证区块生成和投票效率。这里我们规范一下术语,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。区块提议者将负责执行Payload和提议区块。

PBS架构

实际上,当验证者被选为区块提议者时,往往缺乏动力去执行Payload,因为这需要大量计算能力。原本设想通过去中心化的委员会选举将执行负载纳入其中,使交易排序等成为去中心化的事务。但验证者似乎天然倾向于将这部分工作外包,而自己专注于提议区块。因此产生了PBS构想,即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。这种分离促进了一个开放市场,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,并向提议人提供最高费用,我们称之为"区块拍卖"。

简要介绍一下PBS(Proposer Builder Separate)密封第一拍卖模型:当用户通过RPC代理提交交易,RPC相当于运行一个节点,将交易提交到公开Mempool。多个Builder寻找最适合的交易进行排序,生成利润最大化的区块(利润=Base+Priority+MEV)。然后多个Builder通过MEV-Boost Relayer与Proposer交互,Relayer作为桥梁集合多个Builder的报价,向Proposer提交多个区块头及对应报价,Proposer通常采纳报价最高的区块。Relayer实现了MEV-Boost规范,这是Flashbot提出的规范Builder与Proposer交互竞标的技术标准。整个过程中信息都是密闭的,Relayer只向Proposer提交区块头,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和MEV bot(Searcher)。

Builder

Builder主要负责构建区块内容。使用MEV-Boost后,其在竞标中处于更有利地位,因为不仅支持Gas Fees,还支持MEV收益。Builder能直接审查用户和Searcher的交易,这一直是备受诟病的一点。特别是美国政府公布OFAC后,大量Builder参与OFAC合规。虽然近期审查区块的比例有所下降,但我们能看到Builder在交易审查方面仍有直接作用。

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

Searcher

利润最大化需要Searcher与Builder共同努力。Searcher往往与特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool,Searcher的交易只对特定Builder可见,一些Builder就能获得利润最大化的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,这会导致该Builder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,甚至能达到当日Gas收益的两倍。

Searcher分为CEX-DEX(链下)套利和纯链上(DEX、夹层、清算)两大类。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的趋势。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,一度成为链上gas消耗最高的用户,日消耗约占总量1.5%。从2023年2月到2024年6月,该机器人共花费76,916 ETH,约合1.75亿美元。由于Searcher与Builder联系紧密,许多Searcher会将订单流发送给前三名Builder,这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,此时Proposer不知道区块交易细节。一旦Proposer选择并签名区块头,Relayer会释放全部交易内容。我们发现Relayer作为无经济激励的第三方获得了极大信任,Builder依赖Proposer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存在潜在漏洞导致Proposer提取超2000万美元MEV。虽然漏洞可修补,但Relayer本身仍可能恶意行事窃取MEV。

Relayer市场份额方面,运行纯MAX Profit的Builder市场占有率自Merge后逐步扩大,因此在自由市场中,想通过Builder人为控制MEV是不可能的。

同时Relayer面临无经济激励的问题。Blocknative已退出Relayer方向研发。Relayer目前依赖Flashbots提出的MEV-Boost规范构建,以太坊依赖第三方提供PBS始终不是长久之计,因此以太坊社区正探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

对Proposer来说,在所有验证者中随机选择一组委员会,再在每个slot选择区块提议者。区块提议者本有执行负载能力,但天然想将此外包,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带来的勾结。由于目前多为矿池作为验证者池,这种矿池和LSD验证者池都有很强规模效应,特别是LSD的出现,释放了质押代币潜力,增强资本效率。受DEFI积木影响,验证者池也趋于集中化。

Lido目前占约28.7%市场份额,Coinbase、Ether.fi紧随其后。过去未主动实施MEV-BOOST PBS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,因繁重计算会严重拖累验证性能,不如将执行负载外包,让第三方拍卖区块。

User

用户在整个架构中处于最弱势地位,因交易被放入Mempool中,会被各种MEV bot赚取利润,但这些利润不会流向用户。然而也并非全是坏处,比如DEX中链上行情波动大或用户交易量超DEX流动性时,MEV bot会通过套利减轻滑点和各平台价差。因此MEV存在正负外部性,需分开讨论,这也是其复杂之处。

为避免用户被MEV bot监测造成损害,许多RPC节点供应商可帮助用户将交易置于非公开Mempool,如可通过Builder的RPC直接交互。一种新颖方式是通过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,将用户订单拍卖给Searcher,Searcher获得最大化MEV,将整个订单流纳入区块,然后返还部分利润给用户。

目前使用私人订单流的用户比例仍不高,约10%,主要因用户教育成本高,难以普及MEV知识和应对措施,操作复杂。优化用户体验需让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发展,集中化趋势明显。POS下又导致Validator集中化,整个MEV产业链各环节都趋于集中化,还引入多方信任问题,Searcher信任Builder,Builder和Proposer信任Relayer。MEV集中化与信任化的发展,与以太坊去中心化和去信任化愿景明显违背。以太坊社区目前正讨论三个提案以减轻集中化:

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向所有Builder发送订单流。

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的依赖。

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

MEV现状

目前链上主要MEV类型为套利、三明治攻击和清算等。其中套利利润最大,近30天MEV bots可统计获利约260万美元。实际上单笔交易平均利润约0.8美元,近30天以太坊链上三明治攻击总利润约88万美元。

MEV有正负外部效应。正面包括套利减小DEX间价差、帮助清算交易等。负面主要是对用户的夹层交易损害。当前链上费用机制下,虽以