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和丰富，MEV一直被视为最危险的部分之一，直接对用户的链上金融活动造成了利润损失和体验降级。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）的技术演进为基础，着重分析该机制带来的中心化和信任化问题与以太坊价值观的矛盾。

链上MEV是一把双刃剑,具有正负外部性。正向包括减少DEX价格差异、帮助清算交易;负向包括对用户的夹层交易损害。因此MEV的解决方案更多是减轻负外部性,而无法根除。在探索减轻MEV负外部性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、应用层改进。这些措施将不同程度地影响MEV格局,但部分方案并不能实质解决用户遇到的三明治攻击问题,用户交易仍处于公开池中,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,其未来还会更加复杂。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负外部性问题的潜在解决方案,并对当前MEV方案的利弊作出全方位认知,不仅为未来点亮用户所处的黑暗森林,也为业内研究者点亮进一步研究MEV的方向。

Ethereum 2.0

自The Merge以来,以太坊采用POS机制确保网络安全性,同时在区块产出方面放弃了计算密集型竞争,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,提议区块的人从委员会中随机选出。区块提议者需要打包交易并排序执行最后产出区块,其他委员会验证者会监督并投票。委员会每个Epoch后重新选择,并施加操作时间限制以保证效率。Payload是执行负载,意味着交易的状态更改,可视为执行区块的一部分。区块提议者将实施执行负载和区块提议。

PBS架构

当验证者被选为区块提议者时,往往没有动力去执行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事务。但验证者倾向于将这部分交给第三方完成,自己专注于提议区块。因此衍生出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。这促进了一个开放市场,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,向提议人提供最高费用,称为"区块拍卖"。

PBS(Proposer Builder Separate)密封第一拍卖模型流程如下:用户通过RPC代理提交交易到公开Mempool,多个Builder找到最适合的交易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作为桥梁,Builder向其提交报价,Relayer向Proposer提交多个区块头及报价,Proposer一般采纳报价最高的区块。Relayer实现MEVBoost规范,规范Builder与Proposer交互竞标。所有信息都是密闭的,Relayer只提交区块头给Proposer,保证抗审查性。

PBS下各类参与者及博弈

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

Builder

Builder负责构建区块内容,使用MEV-Boost后在竞标中更有优势,因支持MEV收益。Builder能直接审查用户和Searcher交易,这一直被诟病,特别是美国政府公布OFAC后,大量Builder参与OFAC Compliant。虽然近期审查区块比例有所下降,但Builder在交易审查方面仍有直接作用。

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

Searcher

利润最大化需要Searcher与Builder共同努力,Searcher往往与特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool。从理论上说,若Builder作恶或审查,Searcher可选择其他Builder,导致作恶Builder市场份额降低。因此Builder会考量作恶的隐性成本。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)套利以及DEX、夹层、清算两大类(纯链上)。目前Wintermute占据CEX-DEX套利交易市场份额第一。

纯链上MEV机会呈工作室化趋势,jaredfromsubway.eth市场份额高达37.2%,擅长对以太坊链上用户进行三明治攻击,曾成为链上gas消耗最高用户。由于Searcher与Builder联系紧密,许多Searcher将订单流发送给前三名Builder,以维持生态内影响力并降低风险。

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不知道区块交易细节,一旦选择并签名区块头后,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,Builder依赖Proposer报价,Proposer依赖Relayer报价和区块内容。历史上曾发生Ultrasound Relayer漏洞导致Proposer提取超2000万美元MEV的事件。虽可修补漏洞,但Relayer本身仍可能恶意行事窃取MEV。

目前运行纯MAX Profit的Builder市场占有率自合并后逐步扩大,在自由市场中人为控制MEV似乎不可能。同时Relayer面临无经济激励问题,Blocknative已退出Relayer研发。以太坊依赖第三方提供PBS不是长久之计,社区正探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

Proposer在验证者中随机选出,本身具备执行负载能力,但倾向于外包,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。目前矿池作为验证者池,特别是LSD的出现,增强了资本效率,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,但多数放弃了交易排序执行能力,将执行负载外包给第三方拍卖区块。

User

用户在整个架构中处于最弱势地位,交易被放入Mempool中被MEVbot赚取利润,但这些利润不会流向用户。然而MEV并非全是坏处,如在DEX中,当链上行情波动大或交易量超过流动性时,MEVbot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。

为避免用户被MEVbot监测造成损害,许多RPC节点供应商可帮助将交易放在非公开Mempool中。一种新方式是通过OFA(订单流拍卖)为用户补偿MEV利润,OFA RPC运营商与Searcher合作,将用户订单向Searcher拍卖,获得最大化MEV后返还部分利润给用户。

当前使用私人订单流的用户比例仅10%左右,主要因教育成本高,许多用户难以正确理解MEV知识和应对措施。要优化用户体验,用户更多应被动而非主动接受。

总结

在当前PBS架构下,自MEV-BOOST规范引入后,利润最大化的密封竞标拍卖机制导致Builder与Searcher逐步合作与信任,集中化趋势明显。POS下Validator也趋于集中化,整个MEV产业链各环节都变得集中化,并引入多方信任问题。这与以太坊去中心化和去信任化愿景明显违背。以太坊社区正讨论三个提案以减轻集中化:

1. 针对Builder与Searcher捆绑集中化:Flashbot提出SUAVE技术,提高交易透明度,降低Searcher对Builder信任门槛。

2. 针对Relayer信任化:使用Enshrined PBS代替当前PBS方案,消除对Relayer依赖。

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

MEV现状

目前链上主要MEV在于套利、三明治攻击、清算等。近30天内MEV bots可统计获得260万美元利润,其中套利利润最大。一笔三明治攻击交易平均利润约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具有正负外部效应。正面包括减小DEX间价格差异,帮助DEFI协议清算抵押品等。负面主要是对用户的夹层交易,损失部分利润。当前链上费用机制下,尽管以太坊实施了Gas Fees平滑,但套利机会增多时,MEV bots与用户共同交易仍会导致短期Gas Fees飙升,给用户造成经济和体验损失。

除PBS和POS架构带来的MEV和中心化问题外,以太坊向Layer2转移过程中也衍生出跨链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、技术要求更高的多链跨链MEV。目前跨链MEV研究较少,但已提出部分应对措施,主要针对排序器改进。跨链桥是Layer2间跨链必备,Searcher可帮助减缓Layer2间碎片流动性,但目前影响不显著,主要因跨链桥体验和安全性待改进,不同桥Finality不同导致策略定制门槛高。

EIP-4337的潜在MEV

EIP-4337引入账户抽象和新交易类型也将影响MEV格局。ERC-4337中引入User Operation新交易类型,进入Mempool后由Bundler打包成正常交易。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。