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和丰富，MEV一直被视为以太坊生态系统中最危险的一部分,直接影响用户的链上交易利润和体验。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化问题,与以太坊的去中心化价值观存在明显矛盾。

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,而非彻底根除。在减轻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。这些改进都将在不同程度上影响MEV的格局,但部分方案并不能从根本上解决用户遇到的三明治攻击问题。用户交易仍然处于公开池中,因此需要引入更多隐私池技术来保护用户交易的隐私性,这些MEV方案值得结合起来尝试。

此外,MEV作为无法避免的机制设计副产品,未来还会更加复杂。我们也探讨了在Layer2架构、EIP-4337账户抽象等新交易类型下,可能出现的更多MEV技术挑战和机会。

本文旨在探索减缓MEV负面影响的潜在解决方案,并对当前MEV方案的利弊进行全方位分析,不仅为用户点亮黑暗森林,也为业内研究者照亮进一步研究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,放弃了计算密集型的竞争,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,每个Epoch划分为32个Slot,每个Slot相当于一个12秒的出块时间单位。

网络会在每个Epoch内随机选出一个委员会,从中随机选出区块提议者。该提议者需要打包交易并排序执行产出区块,其他委员会验证者监督并投票。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区块提议。

PBS架构

实际上,当验证者被选为区块提议者时,往往没有动力去执行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将执行负载纳入其中,使交易排序等去中心化。但验证者倾向于将这部分交给第三方完成,自身专注于提议区块。因此衍生出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,向提议人提供最高费用,形成"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代理提交交易至公开Mempool,多个Builder找到合适交易排序生成利润最大化区块(利润=Base+Priority+MEV),然后通过MEV-Boost Relayer与Proposer交互。Relayer作为桥梁,Builder向其提交报价,Relayer向Proposer提交多个区块头及报价,Proposer一般采纳最高报价。Relayer实现MEVBboost规范,规范Builder与Proposer交互竞标。此过程中信息密闭,Relayer只提交区块头给Proposer,保证抗审查性。

PBS下各类参与者及博弈

主要参与者包括Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)。

Builder

Builder负责构建区块内容,使用MEV-Boost技术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,这一直被诟病,特别是美国政府公布OFAC后,大量Builder参与OFAC Compliant。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,一切以利润为导向。

Searcher

利润最大化需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。部分Builder获得最大化利润的MEV交易,进而竞标区块空间。理论上,如Builder作恶或审查,Searcher可选择其他Builder,导致作恶Builder市场份额降低,因此Builder会考虑作恶的隐性成本。MEV收益在行情波动明显时甚至能达到当日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Ethereum用户进行三明治攻击,曾成为链上gas消耗最高用户,日消耗约占总量1.5%。2023年2月至2024年6月共消耗76,916 ETH,约1.75亿美元。由于Searcher与Builder联系紧密,许多Searcher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风险。

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Ultrasound Relayer曾存在漏洞导致Proposer超额提取MEV。虽可修补,但Relayer仍可能恶意行事窃取MEV。

目前运行纯MAX Profit的Builder市场占有率自Merge后逐步扩大,表明自由市场中难以通过Builder人为控制MEV。Relayer面临无经济激励问题,Blocknative已退出该方向研发。目前Relayer依赖Flashbots提出的MEVBoost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从验证者中随机选出,具备执行负载能力但倾向外包,易造成与Builder垂直合作。MEV-boost的Relayer希望作为中间点减少直接沟通带来的勾结。目前矿池作为验证者池,特别是LSD的出现增强资本效率,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需负责执行负载,但大多放弃了交易排序执行能力,因繁重计算会影响验证性能,转而将执行负载外包,让第三方拍卖区块。

User

用户在整个架构中处于最弱势地位,交易被放入Mempool中,各种MEVbot从中赚取利润,但这些利润不会流向用户。然而并非全是坏处,如在DEX中,当链上行情波动大或用户交易量超DEX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,这也是其复杂之处。

为避免用户被MEVbot监测造成损害,许多RPC节点供应商帮助用户将交易放在非公开Mempool中,如通过Builder的RPC直接交互。一种新颖方式是通过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,将用户订单向Searcher拍卖,Searcher获得最大化MEV,使整个订单流进入区块,然后将利润返还用户。

目前使用私人订单流的用户比例仅约10%,主要因用户教育成本高,操作复杂。要优化用户体验,用户更需被动而非主动接受。

总结

当前PBS架构下,自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逐步合作与信任,利益捆绑后集中化趋势明显。POS下又导致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。MEV集中化与信任化发展与以太坊去中心化与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. 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约0.8美元,依靠大量交易,近30天Ethereum链上获利约88万美元。

MEV有正负外部效应。正面包括套利减小DEX间价差、帮助DEFI协议清算抵押品等。负面主要是对用户的夹层交易,使用户损失部分利润。当前链上费用机制下,虽以太坊实施Gas Fees平滑,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,给用户造成经济和体验损失。

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。跨链桥是不同Layer2间跨链必备产品,Searcher可帮助减缓Layer2间碎片流动性,但目前影响不显著,主要因跨链桥体验与安全性待改进,不同桥的Finality不同导致策略定制需考虑这点,使跨Layer2跨链门槛较高。

EIP-4337的