照亮黑暗森林:揭开MEV的神秘面纱

区块链活动的剧增和基础设施的演进,使得链上MEV一直被视为以太坊生态系统中最危险的部分,直接影响了用户的链上金融活动和体验。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)的技术演进出发,重点分析这套机制带来的中心化和信任问题,以及与以太坊去中心化价值观的矛盾。

MEV确实是把双刃剑,既有正面作用如减少DEX价格差异、帮助清算交易,也有负面影响如损害用户利益。因此MEV的解决方案更多是减轻负面影响,而非根除。目前主要有三类措施:拍卖机制改进、共识层改进和应用层改进。这些方案都将对MEV格局产生影响,但部分方案并不能从根本上解决用户面临的问题。未来还需要引入更多隐私技术来保护用户交易。

MEV作为不可避免的机制设计副产品,未来还会变得更加复杂。我们还探讨了在Layer2、账户抽象等新架构下可能出现的MEV挑战和机遇。

本文旨在探索减缓MEV负面影响的潜在解决方案,全面认识当前MEV方案的利弊,为未来研究MEV指明方向,不仅是为了点亮用户所处的黑暗森林,也为业内研究者照亮前进道路。

Ethereum 2.0

自The Merge以来,以太坊采用POS机制确保网络安全,放弃了计算密集型的竞争,转而使用权益证明。合并后,以太坊分为执行层和共识层。区块生成也发生了变化,每个Epoch为一个POS周期,每个Epoch分为32个Slot,每个Slot为一个12秒的出块时间单位。

网络在每个Epoch内随机选择一个委员会,从中随机选出区块提议者。提议者负责打包排序交易并生成区块,其他委员会成员监督并投票。委员会每个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,往往不愿执行Payload(排序和执行交易),因为这需要大量计算资源。原本设想通过去中心化委员会选举使交易排序去中心化,但验证者倾向于将此工作外包,自身专注于提议区块。因此产生了PBS构想,将区块提议和构建分离,提议者仅负责验证区块,不参与构建。

这种分离促进了一个开放市场,提议者可从构建者那里获取区块。构建者相互竞争构造区块,并向提议人提供最高费用,称为"区块拍卖"。

PBS(提议者-构建者分离)密封第一价格拍卖模型流程如下:用户通过RPC代理提交交易到公开Mempool,多个Builder寻找合适交易并排序生成利润最大化的区块(利润=基础费用+优先费用+MEV)。多个Builder通过MEV-Boost Relayer与Proposer交互,Builder向Relayer提交报价,Relayer向Proposer提交多个区块头及报价,Proposer通常选择报价最高的区块。Relayer实现MEV-Boost规范,规范Builder与Proposer的竞标交互。整个过程中信息是密封的,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MEV bot(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MEV收益。Builder可直接审查用户和Searcher交易,这一直备受争议,特别是美国政府公布OFAC后,许多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的交易只对特定Builder可见。一些Builder因此获得最大化利润的MEV交易,进而竞标区块空间。理论上,如果Builder作恶或审查,Searcher可选择其他Builder,导致该Builder市场份额下降。因此Builder会权衡作恶的隐性成本。MEV收益在行情波动明显时甚至能达到日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占据CEX-DEX套利交易市场份额第一。

纯链上MEV机会呈工作室化趋势,jaredfromsubway.eth市场份额高达37.2%,擅长对用户进行三明治攻击,曾为链上gas消耗最高用户。由于Searcher与Builder关系密切,许多Searcher只将订单流发送给前三名Builder,以维持生态影响力并降低风险。

Relayer

Relayer负责集合竞价,作为中转站向Proposer提交区块头和报价,此时Proposer不知道区块交易细节。Proposer选择并签名区块头后,Relayer释放全部交易内容。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。历史上发生过Relayer漏洞导致Proposer提取超额MEV的事件。虽可修补漏洞,但Relayer本身仍可能恶意行事窃取MEV。

目前纯粹追求最大利润的Builder市场占有率自Merge后逐步扩大,人为控制MEV在自由市场中不可能实现。

Relayer面临无经济激励问题,Blocknative已退出Relayer研发。目前Relayer依赖Flashbots提出的MEV-Boost规范构建,以太坊依赖第三方提供PBS并非长久之计,社区正探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

Proposer在验证者中随机选出,具备执行负载能力,但倾向于外包,易导致与Builder垂直合作。MEV-Boost的Relayer试图作为中间点减少直接沟通带来的勾结。目前矿池和LSD验证者池具有强规模效应,特别是LSD释放了质押代币潜力,增强资本效率,验证者池呈集中化趋势。

Lido目前占28.7%市场份额,Coinbase、Ether.fi紧随其后。过去未实施MEV-BOOST PBS时,Proposer需负责Builder任务,但多数放弃了交易排序执行能力,因繁重计算工作影响验证性能,转而将执行负载外包,让第三方拍卖区块。

User

用户在整个架构中最为弱势,交易被放入Mempool供MEV bot获利,但这些利润不会流向用户。然而并非全是坏处,如在DEX中MEV bot通过套利可减轻滑点和价差。因此MEV存在正负外部性,需分开讨论。

为避免用户被MEV bot监测损害,一些RPC节点供应商可将交易放入非公开Mempool。新颖方式如OFA(订单流拍卖)通过与Searcher合作为用户补偿MEV利润。目前使用私人订单流的用户比例仍不高,约10%,主要因用户教育成本高,操作复杂。优化用户体验需让用户更多被动而非主动接受。

总结

自MEV-BOOST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,利益捆绑使集中化趋势明显。POS下Validator也呈集中化,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愿景相悖。社区正讨论三个提案减轻集中化:

1. Flashbot提出SUAVE技术,增加交易透明度,降低Searcher对Builder信任门槛,鼓励Searcher向所有Builder发送订单流。

2. 使用Enshrined PBS代替当前PBS方案,消除对Relayer的依赖。

3. 采用去中心化AVS(如SSV)应对Validator集中化,Lido已与其合作。

MEV现状

目前链上主要MEV为套利、三明治攻击、清算等。套利利润最大,近30天MEV bots可统计获利260万美元。单笔三明治攻击交易平均利润0.8美元,近30天Ethereum链上总利润约88万美元。

MEV有正负外部效应。正面包括减少DEX价格差异、协助清算;负面主要是夹层交易损害用户利益。当前费用机制下,链上套利机会增多时,MEV bots与用户竞争导致短期Gas费飙升,造成经济和体验损失。

随着以太坊向Layer2迁移,还将出现更复杂的跨链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。Layer2主要针对排序器改进,因其负责排序和执行交易。跨链桥是Layer2间跨链必备产品,Searcher可帮助减缓Layer2间碎片化流动性,但目前影响不显著,主要因跨链桥体验和安全性待改进,不同桥的Finality差异导致策略定制门槛高。

EIP-4337的潜在MEV

EIP-4337引入账户抽象和新交易类型也将显著改变MEV格局。ERC-4337中新增User Operation交易类型进入Mempool,Bundler打包成常规交易。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,进一步提高跨链MEV技术门槛。

MEV减缓探索方向

过去Ethereum生态将PBS外包给Flashbots实现,Flashbots专研MEV问题,最新估值10亿美元。但Relayer缺乏经济效益且技术门槛高,Blocknative已放弃相关研发。为解决去信任化和零经济激励问题,以太坊考虑使用e-PBS协议级改进,避免依赖第三方mev-boost的Relayer。

MEV似乎难以彻底解决,是生态复杂度提升和信息不对称的必然产物。以太坊无法通过协议层面审查一次性切断MEV,这不可能也不会发生。更多是探索减轻MEV负面影响、增强正面作用的方法。业内正从协议、应用、拍卖机制三个方向尝试减缓MEV负面影响。

SUAVE

SUAVE(Single Unifying Auction for Value Expression)是Flashbots提出的改善MEV负面影响方案。