點亮黑暗森林:揭祕MEV的神祕面紗

摘要

隨着以太坊鏈上活動的激增和基礎設施的不斷發展,鏈上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金融活動收益和體驗。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)技術演進的角度,重點分析這套機制帶來的中心化和信任化問題,以及與以太坊去中心化理念的矛盾。

鏈上MEV的加劇是一把雙刃劍,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,而非完全消除。在探索減輕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,主要分爲三類措施:拍賣機制改進、共識層改進和應用層改進。這些方案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遭受三明治攻擊的問題。因此需要引入更多隱私池技術來保護用戶交易的可選隱私性,這些MEV方案值得結合嘗試。

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

最後,我們希望通過本文探索減緩MEV負面影響的潛在解決方案,並對當前MEV方案的利弊進行全面認知,不僅爲用戶點亮黑暗森林,也爲業內研究者指明進一步研究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區塊產出競爭,轉而採用權益證明。合並後,以太坊被劃分爲執行層和共識層。區塊產出也發生了變化,每個Epoch爲一個POS週期,每個Epoch又劃分爲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內隨機選出一個驗證者委員會,從中隨機選出區塊提議者負責打包交易、排序執行並產出區塊,其他委員會驗證者監督這個過程並爲區塊投票。委員會會在每個Epoch後重新選擇。同時還設有操作時間限制,以保證區塊生成和投票效率。這裏我們規範一下術語,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。區塊提議者將負責執行Payload和提議區塊。

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,因爲這需要大量計算能力。原本設想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事務。但驗證者似乎天然傾向於將這部分工作外包,而自己專注於提議區塊。因此產生了PBS構想,即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。這種分離促進了一個開放市場,區塊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,並向提議人提供最高費用,我們稱之爲"區塊拍賣"。

簡要介紹一下PBS(Proposer Builder Separate)密封第一拍賣模型:當用戶通過RPC代理提交交易,RPC相當於運行一個節點,將交易提交到公開Mempool。多個Builder尋找最適合的交易進行排序,生成利潤最大化的區塊(利潤=Base+Priority+MEV)。然後多個Builder通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互,Relayer作爲橋梁集合多個Builder的報價,向Proposer提交多個區塊頭及對應報價,Proposer通常採納報價最高的區塊。Relayer實現了MEV-Boost規範,這是Flashbot提出的規範Builder與Proposer交互競標的技術標準。整個過程中信息都是密閉的,Relayer只向Proposer提交區塊頭,因此Proposer具有抗審查性。

PBS下各類參與者及博弈

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

Builder

Builder主要負責構建區塊內容。使用MEV-Boost後,其在競標中處於更有利地位,因爲不僅支持Gas Fees,還支持MEV收益。Builder能直接審查用戶和Searcher的交易,這一直是備受詬病的一點。特別是美國政府公布OFAC後,大量Builder參與OFAC合規。雖然近期審查區塊的比例有所下降,但我們能看到Builder在交易審查方面仍有直接作用。

當前Builder市場份額來看,beaverbuild.org等純粹無需審查的Builder正逐步擴大市場份額,一切以利潤爲導向。

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,一些Builder就能獲得利潤最大化的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,這會導致該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。

對於純鏈上MEV機會,有逐步形成工作室化的趨勢。jaredfromsubway.eth市場份額高達37.2%,擅長對以太坊用戶進行三明治攻擊,一度成爲鏈上gas消耗最高的用戶,日消耗約佔總量1.5%。從2023年2月到2024年6月,該機器人共花費76,916 ETH,約合1.75億美元。由於Searcher與Builder聯繫緊密,許多Searcher會將訂單流發送給前三名Builder,這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不知道區塊交易細節。一旦Proposer選擇並籤名區塊頭,Relayer會釋放全部交易內容。我們發現Relayer作爲無經濟激勵的第三方獲得了極大信任,Builder依賴Proposer報價,Proposer依賴Relayer報價和區塊內容。歷史上發生過類似問題,Ultrasound Relayer存在潛在漏洞導致Proposer提取超2000萬美元MEV。雖然漏洞可修補,但Relayer本身仍可能惡意行事竊取MEV。

Relayer市場份額方面,運行純MAX Profit的Builder市場佔有率自Merge後逐步擴大,因此在自由市場中,想通過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始終不是長久之計,因此以太坊社區正探索將PBS納入協議級別。

Proposer

對Proposer來說,在所有驗證者中隨機選擇一組委員會,再在每個slot選擇區塊提議者。區塊提議者本有執行負載能力,但天然想將此外包,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。由於目前多爲礦池作爲驗證者池,這種礦池和LSD驗證者池都有很強規模效應,特別是LSD的出現,釋放了質押代幣潛力,增強資本效率。受DEFI積木影響,驗證者池也趨於集中化。

Lido目前佔約28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi緊隨其後。過去未主動實施MEV-BOOST PBS方案時,Proposer需負責Builder任務即執行負載,但大部分Proposer放棄了交易排序執行能力,因繁重計算會嚴重拖累驗證性能,不如將執行負載外包,讓第三方拍賣區塊。

User

用戶在整個架構中處於最弱勢地位,因交易被放入Mempool中,會被各種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,比如DEX中鏈上行情波動大或用戶交易量超DEX流動性時,MEV bot會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,這也是其復雜之處。

爲避免用戶被MEV bot監測造成損害,許多RPC節點供應商可幫助用戶將交易置於非公開Mempool,如可通過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,將用戶訂單拍賣給Searcher,Searcher獲得最大化MEV,將整個訂單流納入區塊,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不高,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。優化用戶體驗需讓用戶更多被動而非主動接受。

總結

在當前PBS架構下,自MEV-BOOST規範引入後,這一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下又導致Validator集中化,整個MEV產業鏈各環節都趨於集中化,還引入多方信任問題,Searcher信任Builder,Builder和Proposer信任Relayer。MEV集中化與信任化的發展,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提出的SUAVE技術,讓交易更透明,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,消除競價過程中對Relayer的依賴。

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

MEV現狀

目前鏈上主要MEV類型爲套利、三明治攻擊和清算等。其中套利利潤最大,近30天MEV bots可統計獲利約260萬美元。實際上單筆交易平均利潤約0.8美元,近30天以太坊鏈上三明治攻擊總利潤約88萬美元。

MEV有正負外部效應。正面包括套利減小DEX間價差、幫助清算交易等。負面主要是對用戶的夾層交易損害。當前鏈上費用機制下,雖以