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,MEV一直被视为以太坊生态系统中最危险的部分之一,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)技术演进出发,重点分析这套机制带来的中心化和信任问题,与以太坊去中心化价值观的矛盾。

链上MEV的加剧是把双刃剑,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,主要有三类措施:拍卖机制改进、共识层改进和应用层改进。这些措施将在不同程度上影响MEV格局,但部分方案并不能从根本上解决用户遭遇三明治攻击的问题,用户交易仍处于公开状态。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,作为无法避免的机制设计副产品,MEV未来还会变得更加复杂。我们在文中也探讨了在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技术挑战和机遇。

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,不仅为用户照亮黑暗森林,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,区块生产放弃了计算密集型竞争,转而采用权益证明。合并后,以太坊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,划分为32个Slot,每个Slot相当于一个12秒的出块时间单位。

网络在每个Epoch内随机选择一个验证者委员会,从中随机选出区块提议者。提议者需要打包交易并排序执行生成区块,其他委员会成员负责监督和投票。委员会在每个Epoch后重新选择,并设有时间限制以保证效率。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。区块提议者将实施执行负载和提议区块。

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委员会选举实现交易排序去中心化,但验证者倾向于将这部分工作外包,而专注于提议区块。因此产生了PBS构想,将区块提议和构建分离。提议者只负责验证区块,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。构建者竞争构造区块并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找到最佳交易排序生成利润最大化区块(利润=交易手续费Base+Priority+MEV),然后通过MEV-Boost Relayer与Proposer交互。Relayer作为中转站,Builder向其提交报价,Relayer向Proposer提交多个区块头和报价,Proposer通常选择报价最高的区块。Relayer实现MEVBoost规范,规范了Builder与Proposer的竞标交互。整个过程信息密闭,Relayer只向Proposer提交区块头,保证Proposer的抗审查性。

PBS下各类参与者及博弈

主要参与者包括Builder、Relayer、Proposer和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Gas Fees和MEV收益。Builder可直接审查用户和Searcher交易,这一直备受争议,尤其是美国政府公布OFAC后,大量Builder参与OFAC合规。虽然近期审查区块比例有所下降,但Builder在交易审查方面仍有直接影响。

目前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常与特定Builder合作形成Dark Pool或Private Pool,Searcher交易只对特定Builder可见。从理论上讲,如果Builder作恶或审查,Searcher可选择其他Builder,导致作恶Builder市场份额下降,因此Builder会考虑作恶的隐性成本。MEV收益在市场波动明显时甚至可达当日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在CEX-DEX套利交易中占据市场份额第一。纯链上MEV机会呈工作室化趋势,jaredfromsubway.eth市场份额高达37.2%,擅长对以太坊用户进行三明治攻击,一度成为链上gas消耗最高用户。由于Searcher与Builder关系紧密,许多Searcher只将订单流发送给前三名Builder,以维持生态影响力并避免小Builder拆分订单流导致策略失效。

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此时不知道区块交易细节。一旦Proposer选择并签名区块头,Relayer释放完整交易内容给Proposer。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。虽然漏洞可修补,但Relayer本身仍可能恶意行事窃取MEV。

目前纯MAX Profit的Builder市场占有率自Merge后逐步扩大,表明自由市场中无法通过Builder人为控制MEV。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非长久之计,社区正探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

Proposer从验证者中随机选出,具备执行负载能力,但倾向于外包。这容易导致Builder与Proposer垂直合作,MEV-boost的Relayer希望作为中间点减少直接沟通。目前矿池作为验证者池,但矿池和LSD验证者池都具有强规模效应,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目前占28.7%市场份额,Coinbase、Ether.fi位列二三。过去未实施MEV-BOOST PBS时,Proposer需负责Builder任务(执行负载),但大多Proposer放弃了排序执行能力,因繁重计算会严重影响验证性能,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,交易被放入Mempool供MEVbot赚取利润,但这些利润不会流向用户。然而也有积极影响,如在DEX中,行情波动大或用户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。

为避免用户交易被MEVbot监测损害,许多RPC节点供应商可帮助用户将交易放在非公开Mempool。一种新方式是通过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,获得最大化MEV并让订单进入区块,Searcher返还部分利润给用户。

目前使用私人订单流的用户比例不高,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。优化用户体验需要用户更多被动而非主动接受。

总结

在当前PBS架构下,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逐步合作信任,集中化趋势明显。POS也导致Validator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提出的SUAVE技术,提高交易透明度,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,消除对Relayer的依赖。

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包括套利、三明治攻击、清算等。套利利润最大,近30天MEV bots可统计获得260万美元利润。一笔三明治攻击交易平均利润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,虽然以太坊实施了Gas Fees平滑机制,但链上套利机会增多时,MEV bots与用户共同交易仍会导致短期Gas Fees飙升,影响用户经济和体验。

除PBS和POS架构带来的MEV和中心化问题外,以太坊向Layer2迁移过程中也衍生出Layer2间跨链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,但已有部分应对措施,主要针对Layer2排序器改进。跨链桥是Layer2间跨链必备产品,Searcher可帮助减缓Layer2间碎片流动性,但目前效果不明显,主要因跨链桥体验和安全性待改进,不同桥的Finality不同导致策略定制复杂,跨Layer2跨链门槛较高。

EIP-4337的潜在MEV

EIP-4337引入账户抽象和新交易类型也会显著改变MEV格局。ERC-4337中新增User Operation交易类型进入Mempool,Bundler从中寻找并打包成正常交易。一旦用户交易进入public pool就会被Searcher监视。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