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一直被视为黑暗森林中最危险的部分,直接影响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)的角度,分析当前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的加剧是一把双刃剑,正面效应包括减少DEX价格差异、帮助清算;负面影响主要是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。这些方案都将不同程度影响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。需要引入更多隐私池技术来保护用户交易的可选隐私性,值得结合尝试。

MEV作为机制设计的副产品无法完全避免,未来还会更加复杂。Layer2架构、EIP-4337账户抽象等新交易类型的实施,将带来更多MEV的技术挑战和机会。

本文探讨了减缓MEV负面影响的潜在方案,并对当前MEV方案的利弊进行了全面认知,希望为用户和研究者照亮"黑暗森林"。

Ethereum 2.0

The Merge后,以太坊采用POS机制确保网络安全,区块产出采用权益证明。合并后以太坊分为执行层和共识层。每个Epoch为一个POS周期,包含32个12秒的Slot。

验证者委员会在每个Epoch随机选出,提议区块的验证者在委员会中随机选择,负责打包排序交易并产出区块,其他委员会成员监督投票。委员会每个Epoch后重新选择。区块提议者实施执行负载(交易状态更改)和区块提议。

PBS架构

验证者作为区块提议者往往缺乏动力执行Payload(排序执行交易),因为需要大量计算。为解决这一问题,提出了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。这促进了一个开放市场,区块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密封第一拍卖模型流程:用户通过RPC提交交易到公开Mempool,多个Builder找到最佳交易排序生成利润最大化区块,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通常采纳最高报价。Relayer实现MEVBoost规范,规范Builder与Proposer的竞标交互。整个过程信息密闭,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,MEV-Boost技术让其在竞标中更有优势。Builder可直接审查交易,这一直受到诟病,特别是OFAC发布后大量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

Searcher与Builder合作形成Dark Pool或Private Pool,Searcher交易仅对特定Builder可见,获得最大化利润的MEV交易。理论上Builder作恶会导致Searcher选择其他Builder,降低市场份额,因此Builder会考虑作恶的隐性成本。

Searcher分为CEX-DEX(链下)套利和DEX、夹层、清算(纯链上)两大类。Wintermute占据CEX-DEX套利第一。纯链上MEV呈工作室化趋势,jaredfromsubway.eth占37.2%市场份额,擅长三明治攻击。许多Searcher将订单流发送给前三名Builder,以维持生态影响力。

Relayer

Relayer集合竞价,向Proposer提交区块头和价格。Proposer签名后,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,存在潜在风险。历史上出现过Ultrasound Relayer漏洞导致Proposer提取超2000万美元MEV的事件。

Relayer市场份额中,纯MAX Profit的Builder占比自Merge后逐步扩大,人为控制MEV难以实现。Relayer面临无经济激励问题,Blocknative退出该方向研发。目前依赖Flashbots的MEVBoost规范构建,以太坊社区探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

Proposer从验证者中随机选择,具备执行负载能力,但倾向外包。这容易造成与Builder垂直合作,MEV-boost的Relayer希望作为中间点减少直接沟通。矿池和LSD验证者池具有强规模效应,验证者池呈集中化趋势。

Lido占28.7%市场份额,Coinbase、Ether.fi次之。过去未实施MEV-BOOST PBS时,Proposer需负责Builder任务,但大多放弃了交易排序执行能力,转而外包执行负载。

User

用户处于最弱势地位,交易被放入Mempool,易被MEVbot赚取利润。但MEV也有正面作用,如减轻DEX滑点和价差。为避免被监测,有RPC节点供应商帮助用户将交易放在非公开Mempool。OFA(订单流拍卖)是一种新颖方式,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约10%,主要受教育成本和操作复杂性限制。

总结

PBS架构下,MEV-BOOST引入后,Builder与Searcher趋向合作,各环节呈现集中化趋势,引入多方信任问题,与以太坊去中心化愿景相违背。以太坊社区正讨论三个提案:

1. SUAVE技术:增加交易透明度,降低Searcher对Builder信任门槛。

2. Enshrined PBS:将PBS纳入协议级别,消除对Relayer依赖。

3. 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获得260万美元利润。单笔三明治攻击平均利润0.8美元,近30天总利润约88万美元。

MEV正面效应包括减小DEX价差、协助清算;负面影响主要是用户夹层交易损失。短期内MEV活动增多会导致Gas费上涨,影响用户体验。

Layer2架构转移过程中也衍生出跨链MEV问题。EIP-4337引入的账户抽象和新交易类型将对MEV格局产生显著影响。

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的多链跨链MEV。Layer2主要针对排序器改进,跨链桥是必备产品。Searcher可帮助减缓Layer2间碎片流动性,但跨链桥体验和安全性仍需改进。

EIP-4337的潜在MEV

EIP-4337引入账户抽象和新交易类型User Operation。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,增加跨链MEV技术门槛。

MEV减缓探索方向

以太坊考虑使用e-PBS协议级改进,避免依赖第三方mevboost的Relayer。当前MEV难以根本解决,更多是减轻负面影响,增强正面效应。主要探索方向:协议级别、应用级别、拍卖机制。

SUAVE

SUAVE旨在改善MEV负面影响,引导MEV去中心化、透明。通过构建新区块链SUAVE,内置MEVM虚拟机运行EVM智能合约。降低创建MEV应用门槛,提高机制间竞争,带来去中心化和透明性。

OFA

OFA(订单流拍卖)改进拍卖机制。订单发起人将订单发送给OFA,OFA选择性披露信息。竞标者出价获得订单流信息并提供支付价格。私人订单流仅竞标者可见,引入市场化竞争使MEV更透明,减少用户损失。

私人交易池加密

私人交易池加密方案包括MPC、TSS、VDF、ZKP等,各有优缺点。值得关注的项目有使用TSS的Shutter Network和使用MPC、ZKP的Automate Network。

Execution Tickets

Justin提出的共识层改进方案,引入Tickets市场。获得Ticket可在未来时段提议执行区块。区块分为执行和提议两种,执行区块需Ticket。该机制增加ETH通缩压力,但可能衍生多块MEV问题,仍未解决用户MEV攻击问题。

e-PBS

e-PBS(enshrined PBS)将PBS纳入共识级别,不再依赖第三方解决方案。目标是实现信任最小化的PBS,通过协议内机制捕获和分配MEV。消除Relayer角色,Builder向Proposer竞价写入共识层代码。

引入PTC(Payload-Timeliness Committee)监督Builder及时发布payload。完整区块由空CL Block和Payload组装而成。e-PBS解决了无需信任第三方的透明拍卖方案,分离共识层和执行层,提高效率。但仍存在一些待讨论问题。

PEPC

EigenLayer提出的AVS组件PEPC(protocol-enforced proposer commitments),旨在解决Relayer信任问题。要求Proposer提交CL块时附带PEPC签名,Builder验证后再执行负载,在协议内引入信任机制。

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