照亮黑暗森林:揭開MEV神祕面紗

TL;DR

隨着鏈上活動劇增和基礎設施演進,鏈上MEV一直被視爲以太坊暗森林中最危險的部分,直接造成用戶利潤損失和體驗降級。本文目標是從Ethereum 2.0區塊生成機制和PBS技術演進爲基礎,分析該機制帶來的中心化和信任化問題與以太坊價值觀的矛盾。

鏈上MEV是把雙刃劍,有正負外部性。正向包括減少DEX價差、幫助清算;負向包括對用戶的夾層交易損害。因此MEV解決方案更多是減輕負外部性,而非根除。在減輕MEV負外部性和解決基於第三方信任中間件Relayer問題的探索中,主要有三類措施:拍賣機制改進、共識層改進、應用層改進。這些方案各有利弊,需要結合嘗試。

此外,MEV作爲機制設計副產品,未來會更復雜。我們也探討了Layer2架構、EIP-4337等新交易類型下,可能出現的MEV技術挑戰和機會。

最後,我們希望探索減緩MEV負外部性的潛在解決方案,對當前MEV方案利弊進行全方位認知,爲用戶和研究者點亮黑暗森林。

Ethereum 2.0

自The Merge後,以太坊採用POS機制確保網路安全,區塊產出放棄計算密集型競爭,轉爲權益證明。合並後以太坊分爲執行層和共識層。區塊產出也變化,每個Epoch爲一個POS週期,分32個Slot,每個Slot爲12秒出塊時間。

整個網路每Epoch隨機挑選驗證者委員會,隨機選出區塊提議者打包排序交易產出區塊,其他委員會驗證者監督投票。委員會每Epoch重選。還有操作時間限制保證效率。Payload是執行負載,即交易狀態更改,可視爲執行區塊部分。區塊提議者實施執行負載和區塊提議。

PBS架構

實際上,驗證者被選爲區塊提議者時,往往沒動力執行Payload,因爲需大量計算能力。原本認爲通過去中心化委員會選舉,把執行負載納入其中,交易排序就去中心化了。但驗證者天然想把這部分交給第三方,自己專注提議區塊。因此衍生出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。這促進了開放市場,提議者可從構建者獲取區塊。構建者相互競爭構造區塊,向提議人提供最高費用,稱爲"區塊拍賣"。

簡要介紹PBS密封第一拍賣模型。用戶通過RPC代理提交交易到公開Mempool,多個Builder找最適合交易排序生成利潤最大化區塊(利潤最大化指交易手續費Base+Priority+MEV),然後通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互,Relayer是多個Builder與Proposer交互的橋梁,Builder向Relayer提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭及報價,Proposer一般採納最高報價。Relayer實現MEVBboost規範,這是Flashbot提出的規範Builder與Proposer交互競標的技術規範。此過程中所有信息密閉,Relayer只提交區塊頭給Proposer,因此Proposer具抗審查性。

PBS下各類參與者以及博弈

主要參與者有Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)。

Builder

Builder負責構建區塊內容,使用MEV-Boost後在競標中更有利,因支持Gas Fees和MEV收益。Builder能直接審查用戶和Searcher交易,這一直被詬病,特別是美國政府公布OFAC後,大量Builder參與OFAC Compliant,雖然近期審查區塊比例下降,但Builder對交易審查仍有直接作用。

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

Searcher

本質上,利潤最大化需Searcher與Builder共同努力,Searcher往往與特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool,Searcher交易只對特定Builder顯示,一些Builder獲得最大化利潤的MEV交易,進而競標區塊空間。理論上如Builder作惡或審查,Searcher可選其它Builder,導致Builder市場份額降低,因此Builder會考量作惡隱性成本。MEV和每日Gas收益情況顯示,Searcher貢獻的MEV收益在行情波動明顯時,甚至能達當日Gas收益的兩倍。

Searcher分爲CEX-DEX(鏈下)套利及DEX、夾層、清算兩大類(純鏈上)。

目前Wintermute佔據CEX-DEX套利交易市場份額第一。

對純鏈上MEV機會,有逐步形成工作室化趨勢,jaredfromsubway.eth市場份額佔37.2%,擅長對Etheruem鏈上用戶三明治攻擊,曾成爲鏈上gas消耗最高用戶,約消耗一天1.5%gas。2023年2月至2024年6月共花費76,916個ETH,約1.75億美元。由於Seacher與Builder聯繫緊密,許多Searcher把訂單流發送給前三名Builder,本可廣播所有Builder,但小Builder可能拆分訂單流,導致MEV策略失效造成虧損風險。綁定Builder也能維持生態影響力。

Relayer

Relayer負責集合競價,作爲中轉站對Proposer提交區塊頭和競拍價格,此時Proposer不知區塊交易細節。Proposer選擇並籤名區塊頭後,Relayer釋放全部交易內容給Proposer。Relayer作爲無經濟激勵第三方獲得極大信任,Builder依賴Poposer報價,Proposer依賴Relayer報價和區塊內容。歷史上發生過Ultrasound Relayer潛在漏洞導致Proposer提取超2000萬美元MEV。雖可修補漏洞,但Relayer本身仍可惡意行事竊取MEV。

Relayer市場份額顯示,運行純MAX Profit的Builder市場佔有率自Merge後逐步擴大,自由市場中無法通過Builder人爲控制MEV。

同時Relayer面臨無經濟激勵問題。Blocknative退出Relayer研發。Relayer目前依賴Flashbots提出的MEVBoost規範構建,以太坊依賴第三方提供PBS非長久之計,目前以太坊社區探索將PBS納入協議級別。

Proposer

對Proposer而言,在所有驗證者中算法隨機選擇委員會,每個slot選擇區塊提議者,區塊提議者具備執行負載能力,但天然想外包,易造成Builder與Proposer垂直合作,MEV-boost的Relayer希望作爲中間點減少直接溝通帶來的垂直合作勾結。由於現在都是礦池作驗證者池,但礦池和LSD驗證者池具強規模效應,特別是LSD釋放質押代幣潛力,增強資本效率,加上背後DEFI積木影響,驗證者池處於更集中化趨勢。

Lido目前佔約28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi名列二三。過去未主動實施MEV-BOOST PBS解決方案時,Proposer需負責Builder任務即執行負載,但大部分Proposer放棄對交易排序執行能力,因繁重計算工作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

最後講User,用戶在整個架構設計中最弱勢,因交易都放入Mempool中,會被各種MEVbot賺取MEV利潤,但這些利潤不會流向用戶。但不全是壞處,比如DEX中,鏈上行情波動大或用戶交易量大於DEX流動性時,MEVbot會通過套利減輕滑點及各平台價差。因此MEV存在有正負外部性,需分開討論,這也是其復雜之處。

爲避免用戶被MEVbot監測造成損害,許多RPC節點供應商能幫用戶將交易放在非公開Mempool中,如可通過Builder的RPC直接與Builder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,將用戶訂單向Searcher拍賣,Searcher獲得最大化MEV,讓整個訂單流包含進區塊,然後Searcher返還這些利潤給用戶。

當前使用私人訂單流用戶比例仍不高,約10%,主要因用戶教育成本高,許多用戶無法正確普及MEV知識及應對措施,操作復雜。要優化用戶體驗,用戶更多需被動而非主動接受。

總結

當前PBS架構下,自MEV-BOOST規範引入後,這一利潤最大化密封競標拍賣機制導致Builder與Searcher逐步向合作與信任方向引導,無論Searcher還是Builder利益捆綁後,集中化趨勢非常明顯。POS下又導致Validator集中化,整個MEV產業鏈各環節都變得很集中化,還引入多方信任問題,Searcher信任Builder,Builder和Proposer信任Relayer。MEV集中化與信任化發展,與以太坊最終去中心化與去信任化願景明顯違背。以太坊社區目前討論三個提案以減輕這種集中化方式:

1. 針對Builder與Searcher捆綁集中化:Flashbot提出SUAVE技術,讓交易更透明,降低Searcher對Builder信任門檻,鼓勵Searcher將訂單流發送給所有Builder。

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依賴。

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

MEV現狀

目前鏈上主要MEV在於套利、三明治攻擊、清算等。其中套利利潤最大,近30天MEV bots可統計下共獲260萬美元利潤。

實際上一筆交易平均利潤約0.8美元,依靠大量交易,近30天Ethereum鏈上三明治攻擊利潤約88萬美元。

MEV分正負外部效應,正外部效應包括套利搬磚帶來DEX間價差減小,幫助DEFI協議清算抵押品等,這些是正向作用。負面作用主要來自對用戶夾層交易,讓用戶損失部分利潤。當前鏈上費用機制上,雖以太坊進行Gas Fees平滑機制,但鏈上套利機會增多時,MEV bots與用戶共同在鏈上交易,仍導致短時間鏈上Gas Fees飆升,對用戶造成經濟和體驗損失。

不僅因PBS及POS架構帶來MEV和中心化問題,以太坊往Layer2架構轉移過程中也衍生Layer2間跨鏈MEV問題。

Layer2 架構設計的潛在MEV復雜性

當前以太坊大量交易放在Layer2,以太坊主要目標是世界結算層,因此未來大規模鏈上套利活動會轉向更復雜、技術要求更高的多鏈跨鏈MEV。

跨鏈MEV目前集中研究較少,但對MEV潛在可能,有提出部分應對措施,Layer2中主要針