揭開MEV的神祕面紗:照亮以太坊的"黑暗森林"

隨着以太坊鏈上活動的劇增和基礎設施的演進,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之一。它不僅直接影響用戶的鏈上交易體驗,還引發了對中心化和信任問題的擔憂。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,深入分析當前MEV格局所面臨的挑戰及其潛在解決方案。

MEV的存在確實是把雙刃劍。一方面,它有助於減少DEX間的價格差異,促進清算交易的執行;另一方面,也可能通過夾層交易等手段損害用戶利益。因此,MEV相關的解決方案更多聚焦於如何減輕其負面影響,而非徹底根除。目前業界主要探索三個方向:拍賣機制改進、共識層改進和應用層改進。這些方案在不同程度上影響着MEV的現狀,但部分方案並未從根本上解決用戶面臨的三明治攻擊等問題。未來可能需要引入更多隱私池技術來保護用戶交易的可選隱私性,各種MEV方案也值得進一步整合嘗試。

此外,隨着Layer2架構的普及和EIP-4337帳戶抽象等新交易類型的實施,MEV的未來也將面臨更多技術挑戰和機遇。本文將探討減緩MEV負面影響的潛在解決方案,並對當前MEV方案的利弊進行全面分析,以期爲未來MEV研究指明方向。

Ethereum 2.0

自The Merge以來,以太坊採用了PoS機制來確保網路安全,同時在區塊生成方面放棄了計算密集型的競爭,轉而採用權益證明。合並後的以太坊被劃分爲執行層和共識層。區塊生成機制也發生了變化:每個Epoch作爲一個PoS週期,每個Epoch又被劃分爲32個Slot,每個Slot代表一個12秒的出塊時間單位。

網路會在每個Epoch內隨機選擇一個驗證者委員會,並從中隨機選出區塊提議者。區塊提議者負責打包交易、排序執行並最終生成區塊,其他委員會成員則負責監督和投票。委員會成員每個Epoch後重新選擇,同時還設有操作時間限制以保證效率。這裏需要明確,Payload指的是執行負載,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並提議區塊。

PBS架構

實際上,當驗證者被選爲區塊提議者時,往往缺乏動力去執行Payload(即排序和執行交易),因爲這需要大量計算資源。原本的設想是,通過去中心化的委員會選舉將執行負載納入其中,使交易排序等成爲去中心化的過程。但驗證者似乎天然傾向於將這部分工作外包,而自身只專注於提議區塊。這就催生了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。

這種分離促進了一個開放市場的形成,區塊提議者可以從構建者那裏獲取區塊。構建者之間相互競爭來構造區塊,並向提議者提供最高費用,這個過程被稱爲"區塊拍賣"。

PBS(提議者-構建者分離)密封第一拍賣模型的工作流程如下:用戶通過RPC代理提交交易至公開的Mempool,多個Builder尋找合適交易並排序,生成利潤最大化的區塊(利潤=Base Fee + Priority Fee + MEV)。Builder通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互,Relayer作爲中間橋梁收集Builder報價,向Proposer提交多個區塊頭及對應報價。Proposer通常選擇報價最高的區塊。Relayer遵循Flashbot提出的MEV-Boost規範,規範了Builder與Proposer的競標交互。整個過程信息都是封閉的,Relayer只向Proposer提交區塊頭,保證了Proposer的抗審查性。

PBS下各類參與者及其博弈

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

Builder

Builder負責構建區塊內容。採用MEV-Boost技術後,Builder在競標中處於更有利地位,因爲不僅支持Gas Fees,還包括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,大量Builder參與了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正逐步擴大佔比,市場呈現利潤導向。

Searcher

利潤最大化需要Searcher與Builder共同努力。Searcher往往與特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool,Searcher的交易只對特定Builder可見。某些Builder因此獲得最大化利潤的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,導致作惡Builder市場份額下降。因此Builder會權衡作惡的隱性成本。

Searcher主要分爲CEX-DEX(鏈下)套利和純鏈上(DEX、夾層、清算)兩大類。目前Wintermute在CEX-DEX套利交易中佔據市場第一。

對於純鏈上MEV機會,呈現工作室化趨勢。jaredfromsubway.eth佔據37.2%的驚人市場份額,擅長對以太坊用戶進行三明治攻擊,一度成爲鏈上gas消耗最高用戶,日均消耗約1.5%的gas。2023年2月至2024年6月,該機器人共計花費76,916 ETH,約合1.75億美元。

由於Searcher與Builder關係緊密,許多Searcher只將訂單流發送給前三大Builder,以防小Builder拆分訂單流導致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。此時Proposer不知曉區塊交易細節。一旦Proposer選擇並籤名區塊頭,Relayer才釋放完整交易內容。

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的報價和區塊內容。歷史上曾發生Ultrasound Relayer漏洞導致Proposer提取超2000萬美元MEV的事件。雖然漏洞可修復,但Relayer本身仍可能惡意行事竊取MEV。

目前以純利潤最大化運行的Builder市場份額自The Merge後逐步擴大,表明在自由市場中,通過Builder人爲控制MEV是不可能的。

同時Relayer面臨無經濟激勵的問題。Blocknative已退出Relayer方向研發。Relayer目前依賴Flashbots提出的MEV-Boost規範構建,以太坊依賴第三方提供PBS並非長久之計,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。原本具備執行負載能力,但傾向於外包,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。

目前礦池和LSD驗證者池都具強規模效應,特別是LSD的出現增強了資本效率。驗證者池呈集中化趨勢,Lido佔28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi緊隨其後。

過去未實施MEV-BOOST PBS方案時,Proposer需負責Builder任務(執行負載),但大多放棄了交易排序執行能力,因繁重計算影響驗證性能,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爲弱勢,交易被放入Mempool供MEV bot賺取利潤,但這些利潤不會流向用戶。然而也並非全是壞處,如在DEX中,當鏈上行情波動大或用戶交易量超DEX流動性時,MEV bot可通過套利減輕滑點和各平台價差。因此MEV存在正負外部性,需分開討論。

爲避免被MEV bot監測造成損害,許多RPC節點供應商可幫助用戶將交易放入非公開Mempool。一種新穎方式是通過OFA(訂單流拍賣)爲用戶補償MEV利潤,OFA RPC運營商與Searcher合作,拍賣用戶訂單,Searcher獲得最大化MEV並將訂單納入區塊,然後返還部分利潤給用戶。

目前使用私人訂單流的用戶比例仍低,約10%,主要因用戶教育成本高,難以普及MEV知識和應對措施,操作復雜。優化用戶體驗需要用戶更多被動而非主動接受。

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逐步向合作與信任方向發展,集中化趨勢明顯。POS也導致Validator集中化,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。MEV的集中化與信任化發展與以太坊去中心化和去信任化願景明顯違背。

以太坊社區目前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包括套利、三明治攻擊、清算等。套利利潤最大,近30天MEV bots可統計下共獲260萬美元利潤。

實際上單筆交易平均利潤約0.8美元,依靠大量交易累積。近30天以太坊鏈上三明治攻擊利潤約88萬美元。

MEV有正負外部效應。正面包括減少DEX間價格差異,幫助DEFI協議清算抵押品等。負面主要是對用戶的夾層交易,損害用戶利潤。當前鏈上費用機制下,盡管以太坊實施了Gas Fees平滑機制,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,造成用戶經濟和體驗損失。

除PBS和POS架構引發的MEV和中心化問題外,以太坊向Layer2遷移過程中也衍生出跨鏈MEV問題。

Layer2架構設計的潛在MEV復雜性

隨着大量交易轉移至Layer2,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。

跨鏈MEV研究較少,但已有一些應對措施,主要針對Layer2排序器改進。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。目前影響不顯著,主要因跨鏈橋體驗和安全性待改進,不同橋的Finality差異也增加了策略定制難度,使跨Layer2 MEV門檻較高。

EIP-4337的潛在MEV

EIP-4337引入帳戶抽象和新交易類型,也將顯著改變MEV格局。

ERC-4337引入新的User Operation交易類型進入Mempool,Bundler負責打包成正常交易。一旦用戶交易進入public pool就可能被Searcher監視。