照亮黑暗森林:揭開MEV的神祕面紗

區塊鏈活動的劇增和基礎設施的演進,使得鏈上MEV一直被視爲以太坊生態系統中最危險的部分,直接影響了用戶的鏈上金融活動和體驗。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)的技術演進出發,重點分析這套機制帶來的中心化和信任問題,以及與以太坊去中心化價值觀的矛盾。

MEV確實是把雙刃劍,既有正面作用如減少DEX價格差異、幫助清算交易,也有負面影響如損害用戶利益。因此MEV的解決方案更多是減輕負面影響,而非根除。目前主要有三類措施:拍賣機制改進、共識層改進和應用層改進。這些方案都將對MEV格局產生影響,但部分方案並不能從根本上解決用戶面臨的問題。未來還需要引入更多隱私技術來保護用戶交易。

MEV作爲不可避免的機制設計副產品,未來還會變得更加復雜。我們還探討了在Layer2、帳戶抽象等新架構下可能出現的MEV挑戰和機遇。

本文旨在探索減緩MEV負面影響的潛在解決方案,全面認識當前MEV方案的利弊,爲未來研究MEV指明方向,不僅是爲了點亮用戶所處的黑暗森林,也爲業內研究者照亮前進道路。

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競爭,轉而使用權益證明。合並後,以太坊分爲執行層和共識層。區塊生成也發生了變化,每個Epoch爲一個POS週期,每個Epoch分爲32個Slot,每個Slot爲一個12秒的出塊時間單位。

網路在每個Epoch內隨機選擇一個委員會,從中隨機選出區塊提議者。提議者負責打包排序交易並生成區塊,其他委員會成員監督並投票。委員會每個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,往往不願執行Payload(排序和執行交易),因爲這需要大量計算資源。原本設想通過去中心化委員會選舉使交易排序去中心化,但驗證者傾向於將此工作外包,自身專注於提議區塊。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,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,稱爲"區塊拍賣"。

PBS(提議者-構建者分離)密封第一價格拍賣模型流程如下:用戶通過RPC代理提交交易到公開Mempool,多個Builder尋找合適交易並排序生成利潤最大化的區塊(利潤=基礎費用+優先費用+MEV)。多個Builder通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互,Builder向Relayer提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭及報價,Proposer通常選擇報價最高的區塊。Relayer實現MEV-Boost規範,規範Builder與Proposer的競標交互。整個過程中信息是密封的,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MEV bot(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MEV收益。Builder可直接審查用戶和Searcher交易,這一直備受爭議,特別是美國政府公布OFAC後,許多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的交易只對特定Builder可見。一些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,導致該Builder市場份額下降。因此Builder會權衡作惡的隱性成本。MEV收益在行情波動明顯時甚至能達到日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。

純鏈上MEV機會呈工作室化趨勢,jaredfromsubway.eth市場份額高達37.2%,擅長對用戶進行三明治攻擊,曾爲鏈上gas消耗最高用戶。由於Searcher與Builder關係密切,許多Searcher只將訂單流發送給前三名Builder,以維持生態影響力並降低風險。

Relayer

Relayer負責集合競價,作爲中轉站向Proposer提交區塊頭和報價,此時Proposer不知道區塊交易細節。Proposer選擇並籤名區塊頭後,Relayer釋放全部交易內容。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報價和區塊內容。歷史上發生過Relayer漏洞導致Proposer提取超額MEV的事件。雖可修補漏洞,但Relayer本身仍可能惡意行事竊取MEV。

目前純粹追求最大利潤的Builder市場佔有率自Merge後逐步擴大,人爲控制MEV在自由市場中不可能實現。

Relayer面臨無經濟激勵問題,Blocknative已退出Relayer研發。目前Relayer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,社區正探索將PBS納入協議級別。

Proposer

Proposer在驗證者中隨機選出,具備執行負載能力,但傾向於外包,易導致與Builder垂直合作。MEV-Boost的Relayer試圖作爲中間點減少直接溝通帶來的勾結。目前礦池和LSD驗證者池具有強規模效應,特別是LSD釋放了質押代幣潛力,增強資本效率,驗證者池呈集中化趨勢。

Lido目前佔28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi緊隨其後。過去未實施MEV-BOOST PBS時,Proposer需負責Builder任務,但多數放棄了交易排序執行能力,因繁重計算工作影響驗證性能,轉而將執行負載外包,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獲利,但這些利潤不會流向用戶。然而並非全是壞處,如在DEX中MEV bot通過套利可減輕滑點和價差。因此MEV存在正負外部性,需分開討論。

爲避免用戶被MEV bot監測損害,一些RPC節點供應商可將交易放入非公開Mempool。新穎方式如OFA(訂單流拍賣)通過與Searcher合作爲用戶補償MEV利潤。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,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

自MEV-BOOST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,利益捆綁使集中化趨勢明顯。POS下Validator也呈集中化,MEV產業鏈各環節都變得集中化,並引入多方信任問題。這與以太坊去中心化願景相悖。社區正討論三個提案減輕集中化:

1. 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. 使用Enshrined PBS代替當前PBS方案,消除對Relayer的依賴。

3. 採用去中心化AVS(如SSV)應對Validator集中化,Lido已與其合作。

MEV現狀

目前鏈上主要MEV爲套利、三明治攻擊、清算等。套利利潤最大,近30天MEV bots可統計獲利260萬美元。單筆三明治攻擊交易平均利潤0.8美元,近30天Ethereum鏈上總利潤約88萬美元。

MEV有正負外部效應。正面包括減少DEX價格差異、協助清算;負面主要是夾層交易損害用戶利益。當前費用機制下,鏈上套利機會增多時,MEV bots與用戶競爭導致短期Gas費飆升,造成經濟和體驗損失。

隨着以太坊向Layer2遷移,還將出現更復雜的跨鏈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。Layer2主要針對排序器改進,因其負責排序和執行交易。跨鏈橋是Layer2間跨鏈必備產品,Searcher可幫助減緩Layer2間碎片化流動性,但目前影響不顯著,主要因跨鏈橋體驗和安全性待改進,不同橋的Finality差異導致策略定制門檻高。

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中新增User Operation交易類型進入Mempool,Bundler打包成常規交易。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,進一步提高跨鏈MEV技術門檻。

MEV減緩探索方向

過去Ethereum生態將PBS外包給Flashbots實現,Flashbots專研MEV問題,最新估值10億美元。但Relayer缺乏經濟效益且技術門檻高,Blocknative已放棄相關研發。爲解決去信任化和零經濟激勵問題,以太坊考慮使用e-PBS協議級改進,避免依賴第三方mev-boost的Relayer。

MEV似乎難以徹底解決,是生態復雜度提升和信息不對稱的必然產物。以太坊無法通過協議層面審查一次性切斷MEV,這不可能也不會發生。更多是探索減輕MEV負面影響、增強正面作用的方法。業內正從協議、應用、拍賣機制三個方向嘗試減緩MEV負面影響。

SUAVE

SUAVE(Single Unifying Auction for Value Expression)是Flashbots提出的改善MEV負面影響方案。