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，MEV一直被视为以太坊生态中最危险的一部分，直接对用户造成了利润损失和体验降级。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，分析这套机制带来的中心化和信任化问题与以太坊去中心化价值观的矛盾。

MEV确实是把双刃剑,具有正负外部性。正面包括减少DEX价格差异、帮助清算交易;负面包括对用户的夹层交易损害。因此MEV的解决方案更多是减轻负外部性,而非根除。在探索减轻MEV负外部性和解决当前基于第三方信任中间件Relayer问题的过程中,主要分为三类措施:拍卖机制改进、共识层改进、应用层改进。这些改进都将不同程度地影响MEV格局,但部分方案并不能实质解决用户遇到的三明治攻击问题。用户交易仍处于公开池中,因此需要引入更多隐私池技术来保护交易的可选隐私性,这些MEV方案值得结合尝试。

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实施下,可能出现的更多MEV技术挑战和机会。

最后,本文希望探索减缓MEV负外部性问题的潜在解决方案,并对当前MEV方案的利弊进行全面认知,为未来点亮用户所处的黑暗森林,也为业内研究者点亮进一步研究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,区块产出放弃了计算密集型竞争,转为权益证明。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为12秒的出块时间单位。

网络每个Epoch随机选出一个委员会,从中随机选出区块提议者负责打包排序交易并产出区块,其他委员会成员监督并投票。委员会每个Epoch后重新选择,并有操作时间限制以保证效率。这里规范术语,Payload是执行负载,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使交易排序去中心化,但验证者倾向于将此外包,自己专注于提议区块。因此产生了PBS构想,即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,称为"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代理提交交易到公开Mempool,多个Builder找到合适交易排序生成利润最大化区块(包括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提交多个区块头和报价,Proposer通常采纳最高报价。Relayer实现MEVBoost规范,规范Builder与Proposer竞标交互。此过程中信息密闭,Relayer仅提交区块头给Proposer,保证抗审查性。

PBS下各类参与者及博弈

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

Builder

Builder负责构建区块内容,使用MEV-Boost后在竞标中更有利,因支持MEV收益。Builder可直接审查交易,这一直被诟病,特别是美国OFAC公布后,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作用。

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交易仅对特定Builder可见,部分Builder获得最大化利润的MEV交易来竞标区块空间。理论上,若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。

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市场份额达37.2%,擅长三明治攻击,一度成为链上gas消耗最高用户。由于Seacher与Builder联系紧密,许多Searcher将订单流发给前三名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,此时Proposer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作为无经济激励第三方获得极大信任,历史上发生过漏洞导致Proposer提取超2000万美元MEV。虽可修补漏洞,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,在自由市场中无法通过Builder人为控制MEV。Relayer也面临无经济激励问题,Blocknative退出了Relayer研发。Relayer依赖Flashbots提出的MEVBoost规范构建,以太坊依赖第三方提供PBS不是长久之计,社区正探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

Proposer在所有验证者中随机选择,具备执行负载能力但倾向外包,容易造成与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垂直勾结。目前矿池作为验证者池,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名列二三。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,因繁重计算影响验证性能,转而外包执行负载让第三方拍卖区块。

User

用户在整个架构中处于最弱势,交易被放入Mempool供MEVbot赚取利润,但这些利润不会流向用户。然而,在DEX中MEVbot也能通过套利减轻大额交易的滑点和平台价差。因此MEV存在正负外部性,需分开讨论。

为避免用户被MEVbot监测损害,许多RPC节点供应商帮助用户将交易放在非公开Mempool,如直接与Builder交互。新颖方式如OFA(Order Flow Auction)通过订单流拍卖为用户补偿MEV利润,与Searcher合作获得最大化MEV并返还给用户。

目前使用私人订单流用户比例约10%,主因是教育成本高,操作复杂。优化用户体验需用户更多被动而非主动接受。

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逐步合作信任,集中化趋势明显。POS下Validator集中化,MEV产业链各环节都变得集中化,引入多方信任问题。MEV集中化与信任化发展违背以太坊去中心化与去信任愿景。以太坊社区正讨论三个提案减轻集中化:

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。近30天套利利润最大,MEV bots可统计获得260万美元利润。单笔交易平均利润0.8美元,近30天以太坊链上三明治攻击利润约88万美元。

MEV正面外部效应包括套利减小DEX间价格差异,帮助DEFI协议清算抵押品等。负面作用主要是对用户的夹层交易损害用户利润。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,造成用户经济和体验损失。

此外,以太坊向Layer2架构转移过程中也衍生出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会转向更复杂、技术要求更高的多链跨链MEV。目前研究较少,但已有部分应对措施,主要针对排序器改进。跨链桥是不同Layer2间跨链必备产品,Searcher能帮助减缓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Finality不同导致策略门槛较高。

EIP-4337的潜在MEV

EIP-4337引入账户抽象和新交易类型也会对MEV格局产生显著变化。ERC-4337中新增User Operation交易类型,进入Mempool后由Bundler打包成正常交易。一旦用户交易进入public pool,就会被Searcher监视。Bundler类似Builder,能与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生态内部,PBS解决方案外包给Flashbots实现,其最新估值达10亿美元。但Relayer无经济效益且实现门槛高,Blocknative放弃该赛道。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,避免依赖第三方协议mevboost的Relayer。

当前MEV似乎难以完全解决,因其是生态系统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和改进一次性切断MEV。更多是减轻MEV负外部性,增强正外部性。许多项目、社区成员、开发者、VC都在探索潜在解决方案。接