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,MEV一直被視爲以太坊生態系統中最危險的部分之一,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)技術演進出發,重點分析這套機制帶來的中心化和信任問題,與以太坊去中心化價值觀的矛盾。

鏈上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,主要有三類措施:拍賣機制改進、共識層改進和應用層改進。這些措施將在不同程度上影響MEV格局,但部分方案並不能從根本上解決用戶遭遇三明治攻擊的問題,用戶交易仍處於公開狀態。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,作爲無法避免的機制設計副產品,MEV未來還會變得更加復雜。我們在文中也探討了在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技術挑戰和機遇。

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,不僅爲用戶照亮黑暗森林,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,區塊生產放棄了計算密集型競爭,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,劃分爲32個Slot,每個Slot相當於一個12秒的出塊時間單位。

網路在每個Epoch內隨機選擇一個驗證者委員會,從中隨機選出區塊提議者。提議者需要打包交易並排序執行生成區塊,其他委員會成員負責監督和投票。委員會在每個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委員會選舉實現交易排序去中心化,但驗證者傾向於將這部分工作外包,而專注於提議區塊。因此產生了PBS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,區塊提議者可從構建者那裏獲取區塊。構建者競爭構造區塊並向提議人提供最高費用,稱爲"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代理提交交易到公開Mempool,多個Builder找到最佳交易排序生成利潤最大化區塊(利潤=交易手續費Base+Priority+MEV),然後通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互。Relayer作爲中轉站,Builder向其提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭和報價,Proposer通常選擇報價最高的區塊。Relayer實現MEVBoost規範,規範了Builder與Proposer的競標交互。整個過程信息密閉,Relayer只向Proposer提交區塊頭,保證Proposer的抗審查性。

PBS下各類參與者及博弈

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

Builder

Builder負責構建區塊內容,使用MEV-Boost後在競標中更有優勢,因支持Gas Fees和MEV收益。Builder可直接審查用戶和Searcher交易,這一直備受爭議,尤其是美國政府公布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常與特定Builder合作形成Dark Pool或Private Pool,Searcher交易只對特定Builder可見。從理論上講,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會考慮作惡的隱性成本。MEV收益在市場波動明顯時甚至可達當日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在CEX-DEX套利交易中佔據市場份額第一。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。由於Searcher與Builder關係緊密,許多Searcher只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。

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此時不知道區塊交易細節。一旦Proposer選擇並籤名區塊頭,Relayer釋放完整交易內容給Proposer。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。雖然漏洞可修補,但Relayer本身仍可能惡意行事竊取MEV。

目前純MAX Profit的Builder市場佔有率自Merge後逐步擴大,表明自由市場中無法通過Builder人爲控制MEV。Relayer面臨無經濟激勵問題,Blocknative已退出Relayer研發。以太坊依賴第三方提供PBS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,但傾向於外包。這容易導致Builder與Proposer垂直合作,MEV-boost的Relayer希望作爲中間點減少直接溝通。目前礦池作爲驗證者池,但礦池和LSD驗證者池都具有強規模效應,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目前佔28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi位列二三。過去未實施MEV-BOOST PBS時,Proposer需負責Builder任務(執行負載),但大多Proposer放棄了排序執行能力,因繁重計算會嚴重影響驗證性能,不如將執行負載外包讓第三方拍賣區塊。

User

用戶在整個架構中處於最弱勢地位,交易被放入Mempool供MEVbot賺取利潤,但這些利潤不會流向用戶。然而也有積極影響,如在DEX中,行情波動大或用戶交易量超過流動性時,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。

爲避免用戶交易被MEVbot監測損害,許多RPC節點供應商可幫助用戶將交易放在非公開Mempool。一種新方式是通過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,獲得最大化MEV並讓訂單進入區塊,Searcher返還部分利潤給用戶。

目前使用私人訂單流的用戶比例不高,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。優化用戶體驗需要用戶更多被動而非主動接受。

總結

在當前PBS架構下,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逐步合作信任,集中化趨勢明顯。POS也導致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。這與以太坊去中心化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提出的SUAVE技術,提高交易透明度,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可統計獲得260萬美元利潤。一筆三明治攻擊交易平均利潤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。正面包括減小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,損失部分利潤。當前鏈上費用機制下,雖然以太坊實施了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,影響用戶經濟和體驗。

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Layer2間跨鏈必備產品,Searcher可幫助減緩Layer2間碎片流動性,但目前效果不明顯,主要因跨鏈橋體驗和安全性待改進,不同橋的Finality不同導致策略定制復雜,跨Layer2跨鏈門檻較高。

EIP-4337的潛在MEV

EIP-4337引入帳戶抽象和新交易類型也會顯著改變MEV格局。ERC-4337中新增User Operation交易類型進入Mempool,Bundler從中尋找並打包成正常交易。一旦用戶交易進入public pool就會被Searcher監視。Bundler類似Builder,可與Searcher合作重排User Operation獲取MEV。不同鏈上User Operation規格可能不同,進一步