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，MEV一直被視爲以太坊生態中最危險的一部分，直接對用戶造成了利潤損失和體驗降級。本文旨在從Ethereum 2.0的區塊生成機制和提議者-構建者分離(PBS)的技術演進出發，分析這套機制帶來的中心化和信任化問題與以太坊去中心化價值觀的矛盾。

MEV確實是把雙刃劍,具有正負外部性。正面包括減少DEX價格差異、幫助清算交易;負面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,而非根除。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。這些改進都將不同程度地影響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,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,本文希望探索減緩MEV負外部性問題的潛在解決方案,並對當前MEV方案的利弊進行全面認知,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,區塊產出放棄了計算密集型競爭,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12秒的出塊時間單位。

網路每個Epoch隨機選出一個委員會,從中隨機選出區塊提議者負責打包排序交易並產出區塊,其他委員會成員監督並投票。委員會每個Epoch後重新選擇,並有操作時間限制以保證效率。這裏規範術語,Payload是執行負載,即交易的狀態更改,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

實際上,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使交易排序去中心化,但驗證者傾向於將此外包,自己專注於提議區塊。因此產生了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找到合適交易排序生成利潤最大化區塊(包括Base+Priority+MEV),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提交多個區塊頭和報價,Proposer通常採納最高報價。Relayer實現MEVBoost規範,規範Builder與Proposer競標交互。此過程中信息密閉,Relayer僅提交區塊頭給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後在競標中更有利,因支持MEV收益。Builder可直接審查交易,這一直被詬病,特別是美國OFAC公布後,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。

目前Builder市場份額中,無需審查的beaverbuild.org正逐步擴大,一切以利潤爲導向。

Searcher

利潤最大化需Searcher與Builder共同努力,Searcher常與特定Builder合作形成Dark Pool或Private Pool,Searcher交易僅對特定Builder可見,部分Builder獲得最大化利潤的MEV交易來競標區塊空間。理論上,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會考慮作惡的隱性成本。

Searcher分爲CEX-DEX(鏈下)套利和純鏈上(DEX、夾層、清算)兩大類。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市場份額達37.2%,擅長三明治攻擊,一度成爲鏈上gas消耗最高用戶。由於Seacher與Builder聯繫緊密,許多Searcher將訂單流發給前三名Builder,以維持生態影響力並避免小Builder拆分訂單流導致策略失效風險。

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,此時Proposer不知交易細節。Proposer選擇並籤名區塊頭後,Relayer釋放全部交易內容。Relayer作爲無經濟激勵第三方獲得極大信任,歷史上發生過漏洞導致Proposer提取超2000萬美元MEV。雖可修補漏洞,Relayer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Merge後逐步擴大,在自由市場中無法通過Builder人爲控制MEV。Relayer也面臨無經濟激勵問題,Blocknative退出了Relayer研發。Relayer依賴Flashbots提出的MEVBoost規範構建,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在所有驗證者中隨機選擇,具備執行負載能力但傾向外包,容易造成與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垂直勾結。目前礦池作爲驗證者池,LSD的出現增強資本效率,驗證者池呈集中化趨勢。

Lido目前佔28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi名列二三。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,因繁重計算影響驗證性能,轉而外包執行負載讓第三方拍賣區塊。

User

用戶在整個架構中處於最弱勢,交易被放入Mempool供MEVbot賺取利潤,但這些利潤不會流向用戶。然而,在DEX中MEVbot也能通過套利減輕大額交易的滑點和平台價差。因此MEV存在正負外部性,需分開討論。

爲避免用戶被MEVbot監測損害,許多RPC節點供應商幫助用戶將交易放在非公開Mempool,如直接與Builder交互。新穎方式如OFA(Order Flow Auction)通過訂單流拍賣爲用戶補償MEV利潤,與Searcher合作獲得最大化MEV並返還給用戶。

目前使用私人訂單流用戶比例約10%,主因是教育成本高,操作復雜。優化用戶體驗需用戶更多被動而非主動接受。

總結

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逐步合作信任,集中化趨勢明顯。POS下Validator集中化,MEV產業鏈各環節都變得集中化,引入多方信任問題。MEV集中化與信任化發展違背以太坊去中心化與去信任願景。以太坊社區正討論三個提案減輕集中化:

1. 針對Builder與Searcher捆綁集中化:Flashbot提出SUAVE技術,增加交易透明度,降低Searcher對Builder信任門檻,鼓勵Searcher向所有Builder發送訂單流。

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爲套利、三明治攻擊、清算等。近30天套利利潤最大,MEV bots可統計獲得260萬美元利潤。單筆交易平均利潤0.8美元,近30天以太坊鏈上三明治攻擊利潤約88萬美元。

MEV正面外部效應包括套利減小DEX間價格差異,幫助DEFI協議清算抵押品等。負面作用主要是對用戶的夾層交易損害用戶利潤。當前鏈上費用機制下,雖以太坊實施Gas Fees平滑,但鏈上套利機會增多時,MEV bots與用戶共同交易仍會導致短期Gas Fees飆升,造成用戶經濟和體驗損失。

此外,以太坊向Layer2架構轉移過程中也衍生出Layer2間跨鏈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會轉向更復雜、技術要求更高的多鏈跨鏈MEV。目前研究較少,但已有部分應對措施,主要針對排序器改進。跨鏈橋是不同Layer2間跨鏈必備產品,Searcher能幫助減緩Layer2間碎片流動性,但目前影響不顯著,主要因跨鏈橋體驗與安全性待改進,不同橋Finality不同導致策略門檻較高。

EIP-4337的潛在MEV

EIP-4337引入帳戶抽象和新交易類型也會對MEV格局產生顯著變化。ERC-4337中新增User Operation交易類型,進入Mempool後由Bundler打包成正常交易。一旦用戶交易進入public pool,就會被Searcher監視。Bundler類似Builder,能與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。

MEV減緩探索方向

過去Ethereum生態內部,PBS解決方案外包給Flashbots實現,其最新估值達10億美元。但Relayer無經濟效益且實現門檻高,Blocknative放棄該賽道。爲解決去信任化和零經濟激勵問題,以太坊考慮使用e-PBS協議級改進,避免依賴第三方協議mevboost的Relayer。

當前MEV似乎難以完全解決,因其是生態系統復雜度提升和信息不對稱的必然產物。以太坊無法通過協議層面審查和改進一次性切斷MEV。更多是減輕MEV負外部性,增強正外部性。許多項目、社區成員、開發者、VC都在探索潛在解決方案。接