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和豐富，MEV一直被視爲最危險的部分之一，直接對用戶的鏈上金融活動造成了利潤損失和體驗降級。本文旨在從Ethereum 2.0的區塊生成機制以及提議者-構建者分離（PBS）的技術演進爲基礎，着重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是一把雙刃劍,具有正負外部性。正向包括減少DEX價格差異、幫助清算交易;負向包括對用戶的夾層交易損害。因此MEV的解決方案更多是減輕負外部性,而無法根除。在探索減輕MEV負外部性和解決當前基於第三方信任中間件Relayer問題的過程中,主要分爲三類措施:拍賣機制改進、共識層改進、應用層改進。這些措施將不同程度地影響MEV格局,但部分方案並不能實質解決用戶遇到的三明治攻擊問題,用戶交易仍處於公開池中,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,MEV作爲無法避免的機制設計副產品,其未來還會更加復雜。我們也探討了在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技術挑戰和機會。

最後,我們希望通過本文探索減緩MEV負外部性問題的潛在解決方案,並對當前MEV方案的利弊作出全方位認知,不僅爲未來點亮用戶所處的黑暗森林,也爲業內研究者點亮進一步研究MEV的方向。

Ethereum 2.0

自The Merge以來,以太坊採用POS機制確保網路安全性,同時在區塊產出方面放棄了計算密集型競爭,轉而採用權益證明。合並後,以太坊被劃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,每個Epoch劃分爲32個Slot,每個Slot爲一個12秒的出塊時間單位。

網路會在每個Epoch內隨機選出一個委員會,提議區塊的人從委員會中隨機選出。區塊提議者需要打包交易並排序執行最後產出區塊,其他委員會驗證者會監督並投票。委員會每個Epoch後重新選擇,並施加操作時間限制以保證效率。Payload是執行負載,意味着交易的狀態更改,可視爲執行區塊的一部分。區塊提議者將實施執行負載和區塊提議。

PBS架構

當驗證者被選爲區塊提議者時,往往沒有動力去執行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將執行負載納入其中,使交易排序等成爲去中心化事務。但驗證者傾向於將這部分交給第三方完成,自己專注於提議區塊。因此衍生出PBS構想,即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,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找到最適合的交易排序以生成利潤最大化的區塊,然後通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互。Relayer作爲橋梁,Builder向其提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭及報價,Proposer一般採納報價最高的區塊。Relayer實現MEVBoost規範,規範Builder與Proposer交互競標。所有信息都是密閉的,Relayer只提交區塊頭給Proposer,保證抗審查性。

PBS下各類參與者及博弈

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後在競標中更有優勢,因支持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有所下降,但Builder在交易審查方面仍有直接作用。

當前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往往與特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool。從理論上說,若Builder作惡或審查,Searcher可選擇其他Builder,導致作惡Builder市場份額降低。因此Builder會考量作惡的隱性成本。MEV收益在行情波動明顯時甚至能達到當日Gas收益的兩倍。

Searcher分爲CEX-DEX(鏈下)套利以及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。

純鏈上MEV機會呈工作室化趨勢,jaredfromsubway.eth市場份額高達37.2%,擅長對以太坊鏈上用戶進行三明治攻擊,曾成爲鏈上gas消耗最高用戶。由於Searcher與Builder聯繫緊密,許多Searcher將訂單流發送給前三名Builder,以維持生態內影響力並降低風險。

Relayer

Relayer負責集合競價,作爲中轉站向Proposer提交區塊頭和競拍價格。Proposer不知道區塊交易細節,一旦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。歷史上曾發生Ultrasound Relayer漏洞導致Proposer提取超2000萬美元MEV的事件。雖可修補漏洞,但Relayer本身仍可能惡意行事竊取MEV。

目前運行純MAX Profit的Builder市場佔有率自合並後逐步擴大,在自由市場中人爲控制MEV似乎不可能。同時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不是長久之計,社區正探索將PBS納入協議級別。

Proposer

Proposer在驗證者中隨機選出,本身具備執行負載能力,但傾向於外包,易造成與Builder垂直合作。MEV-boost的Relayer希望作爲中間點減少直接溝通帶來的勾結。目前礦池作爲驗證者池,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,將執行負載外包給第三方拍賣區塊。

User

用戶在整個架構中處於最弱勢地位,交易被放入Mempool中被MEVbot賺取利潤,但這些利潤不會流向用戶。然而MEV並非全是壞處,如在DEX中,當鏈上行情波動大或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。

爲避免用戶被MEVbot監測造成損害,許多RPC節點供應商可幫助將交易放在非公開Mempool中。一種新方式是通過OFA(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,獲得最大化MEV後返還部分利潤給用戶。

當前使用私人訂單流的用戶比例僅10%左右,主要因教育成本高,許多用戶難以正確理解MEV知識和應對措施。要優化用戶體驗,用戶更多應被動而非主動接受。

總結

在當前PBS架構下,自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逐步合作與信任,集中化趨勢明顯。POS下Validator也趨於集中化,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和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SUAVE技術,提高交易透明度,降低Searcher對Builder信任門檻。

2. 針對Relayer信任化:使用Enshrined PBS代替當前PBS方案,消除對Relayer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在於套利、三明治攻擊、清算等。近30天內MEV bots可統計獲得260萬美元利潤,其中套利利潤最大。一筆三明治攻擊交易平均利潤約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具有正負外部效應。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,盡管以太坊實施了Gas Fees平滑,但套利機會增多時,MEV bots與用戶共同交易仍會導致短期Gas Fees飆升,給用戶造成經濟和體驗損失。

除PBS和POS架構帶來的MEV和中心化問題外,以太坊向Layer2轉移過程中也衍生出跨鏈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,但已提出部分應對措施,主要針對排序器改進。跨鏈橋是Layer2間跨鏈必備,Searcher可幫助減緩Layer2間碎片流動性,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Finality不同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影響MEV格局。ERC-4337中引入User Operation新交易類型,進入Mempool後由Bundler打包成正常交易。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。