照亮黑暗森林:揭开MEV神秘面纱

随着链上活动的剧增以及链上基础设施的演进和丰富,链上MEV一直以来都被视为以太坊暗森林中最为危险的一部分,这直接对用户的链上金融活动造成了利润损失和用户体验的降级。本文《照亮黑暗森林》的目标就是从Ethereum 2.0的区块生成机制以及提议者-构建者分离(PBS)的技术演进为基础,来着重分析了该套机制带来的天然中心化和信任化问题与以太坊的价值观有着截然相反的现实情况。

链上MEV的加剧确确实实是双刃剑,有其正负外部性,正向包括减少DEX价格差异、帮助清算交易;负向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,而无法做到根除。在我们减轻MEV的负外部性和解决当前基于第三方信任中间件的问题的机制探索过程中,主要分为三类措施:拍卖机制的改进、共识层改进、应用层改进。这三种改进都将不同程度的对MEV的现代格局产生影响,但是有部分解决方案并不能实质解决用户遇到的三明治攻击的问题,用户交易仍然处于公共池,因此需要引入更多的隐私池技术来保护用户交易的可选隐私性,这些MEV方案值得去结合起来尝试。

除此之外,MEV作为无法避免的机制设计副产品,其未来还会更进一步的复杂,我们也在文中探索了在Layer2架构、EIP-4337账户抽象等新交易类型的实施下,可能出现的更多MEV的技术挑战和机会。

最后,我们希望以此文章,探索减缓MEV负外部性问题的潜在解决方案,并且对当前的MEV方案的利弊作出一个全方位的认知,不仅仅是为了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的黑暗森林。

Ethereum 2.0

自从The Merge以后,以太坊采用了POS机制来确保网络的安全性,同时在区块的产出方面,放弃了计算密集型的竞争,转而采用权益证明。合并后,以太坊被划分成执行层以及共识层。而整个区块的产出也发生了变化,每一个Epoch为一个POS周期,每个Epoch中又被划分成32个Slot,每个Slot相当于一个出块的时间单位,为12秒。

整个网络会在每次Epoch内,随机从验证者中挑选一个委员会,提议区块的人是在委员会集合中随机选出,该区块提议者需要将交易打包并且排序执行最后产出一个区块,其它委员会验证者会监督这个过程,然后为该区块投票。并且这个委员会会在每个Epoch之后重新选择。同时还被施加一定的操作时间限制,以保证区块生成和投票的效率。在这里,我们为读者规范术语,Payload是执行负载,意味着交易的状态更改,可以视为执行区块的一部分。区块提议者将实施执行负载(Execution Payload也就是实施交易结果的状态更改)和区块提议。

PBS架构

事实上,当验证者被选中成为区块提议者时,往往提议者没有动力去执行Payload,也就是将交易排序并且执行,因为这个事情需要大量的计算能力执行状态更改。原本思考的是,如果我们通过去中心化的委员会选举,如果把执行负载纳入其中,那么交易排序等就成为了去中心化的事情。但是验证者似乎天然的想要把这一部分交给第三方去完成,而自己专注于提议区块的事情。因此衍生出了PBS的构想,就是将区块提议和构建被分离节点提议者仅负责验证区块,不参与区块构建。提议者和构建者之间的分离促进了一个开放市场,在这个市场中,区块提议者可以从区块构建者那里获取区块。这些构建者相互竞争来构造区块,并向提议人提供最高费用,我们称之为"区块拍卖"。

我们简要的介绍一下整个PBS(Proposer Builder Seperate)密封第一拍卖模型。当用户通过代理提交交易,代理相当于运行了一个节点,将交易提交到公开的Mempool中,多个Builder找到最适合的交易进行排序以生成一个利润最大化的区块(利润最大化指交易手续费Base+Priority+MEV),然后多个Builder通过MEV-Boost与Proposer进行交互,是多个Builder与Proposer交互的桥梁,Builder向提交报价,向Proposer提交多个区块头以及对应的报价,Proposer一般采纳报价最高的区块。其中会实现MEVBboost规范,这个是提出的如何规范Builder与Proposer交互竞标的一种技术规范。在这个过程中,所有信息都是密闭的,只会提交区块头给Proposer,因此Proposer具有抗审查性。

PBS下各类参与者以及博弈

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

Builder

其中Builder主要是负责构建区块内容的,使用了MEV-Boost技术以后,其在竞标中处于更加有利的地位,因为不仅仅支持Gas Fees,并且还支持MEV收益。Builder能够直接审查用户和Searcher的交易,这一直以来也是被诟病的一点,特别是当美国政府公布OFAC后,大量Builder参与了OFAC Compliant,相比于刚开始,虽然审查区块的比列在近期有所下降,但是我们能看到,在区块构建过程中,Builder存在对交易的直接审查方面有直接作用。

当前Builder的市场份额来看,纯粹的无需审查的Build正在逐步扩大其市场份额,一切都是以利润为导向。

Searcher

本质上,利润最大化的工作是需要Searcher与Builder共同努力的,Searcher往往会与特定的Builder合作,这样就会形成一个Dark Pool或者Private Pool,在这里面Searcher的交易只会对特定Builder显示,一些Builder就会获得最大化利润的MEV交易,进而竞标区块空间。从理论上来说,如果Builder作恶或者审查,那么Searcher可以选择其它的Builder,这样就会导致Builder的市场份额逐步降低,因此受制于Searcher,Builder往往会考量作恶的隐性成本。上图是,MEV和每日Gas的收益情况,能够看见Searcher贡献的MEV收益在行情波动明显的情况下,甚至能当日Gas收益的两倍之多。

对于Searcher,分为CEX-DEX(链下)套利以及DEX、夹层、清算两大类别(纯链上)。

目前某交易平台占据CEX --- DEX套利交易的市场份额第一。

对于纯链上MEV机会,有逐步形成工作室化的趋势,其中某账户市场份额占据了惊人的37.2%,其擅长对链上用户进行三明治攻击,一度成为链上gas消耗最高的用户,大约消耗gas占据一整天的1.5%。从 2023 年 2 月到 2024 年 6 月,该机器人共计花费了 76,916 个 ETH,根据执行这些交易时的价值计算,相当于约 1.75 亿美元。由于Seacher与Builder之间联系紧密,因此在实践中,许多Searcher都会把自己的订单流发送给前三名的Builder,实际上本来是可以广播所有Builder的,但是有些小的Builder可能会拆分Searcher的订单流,导致Searcher的MEV策略失效,进而造成亏损的风险。并且,绑定Builder也能为其在生态内维持影响力。

负责集合竞价,然后作为中转站对Proposer提交区块头以及竞拍区块的价格,此时Proposer并不知道区块中的交易细节。一旦Proposer选择并且为区块头签名以后,会释放全部的交易内容给Proposer。我们会发现,在其中作为没有经济激励的第三方,获得了极大的信任,Builder依赖于Poposer进行报价,而Proposer依赖于的报价和区块内容。历史上也发生过类似的问题,存在一个潜在的漏洞,导致Proposer提取了超过2000万美元的MEV。虽然这些漏洞可以修补,但本身仍然可以选择恶意行事并窃取MEV。

上图是的市场份额的情况,我们会发现运行单纯的MAX Profit的Builder的市场占有率自从Merge以后就逐步扩大,因此在自由市场中,想通过Builder人为控制MEV,是不可能的。

同时也面临一个问题,就是没有经济激励。因此某公司也退出了方向的研发。目前都是依赖于提出了MEVBoost规范来构建,以太坊依赖第三方提供PBS,始终不是一个长久之计,因此目前以太坊社区也在探索将PBS纳入协议级别。

Proposer

对于Proposer来说,在所有的验证者中以算法来随机选择一组委员会,又在每个slot中选择一个区块提议者,区块提议者本身具备执行负载的能力,但是由于提议者天然的想要把这部分外包出去,因此容易造成Builder与Proposer之间的垂直合作,而MEV-boost的就希望作为这种方式的中间点,以减少两者的直接沟通带来的垂直合作勾结。由于现在都处于矿池作为验证者池,但是这种矿池和LSD验证者池都具备很强的规模效应,特别是LSD的出现,将原本质押的代币的潜力释放出来,增强的资本效率,并且其背后的DEFI积木的影响,验证者池也就处于一个更加集中化的趋势。

某平台目前占据大约28.7%的市场份额,某交易所、某平台名列第二三。过去未主动实施MEV-BOOST PBS解决方案时,Proposer需要负责Builder的任务,也就是执行负载(Payload),但是大部分Proposer放弃了自己对交易排序执行的能力,因为这在繁重的计算工作会严重脱累验证性能,不如将执行负载外包,让第三方去拍卖区块。

User

最后来讲一下User,用户往往在整个架构设计中处于最弱势的一方,因为用户的交易都被放入Mempool中,会被各种MEVbot从中赚取MEV利润,但是这些利润却不会流向用户。但是不往往是坏处,比如在某DEX中,在链上行情波动较大或者用户的交易量大于DEX的流动性时,MEVbot就会通过套利来减轻滑点以及各平台的价差。因此MEV的存在有正负外部性,需要分开讨论,而这也是其复杂之处。

为了不让用户被MEVbot监测,进而对用户造成损害,有许多节点供应商能够帮助用户将交易放在非公开Mempool中,比如可以通过Builder的来直接与Builder交互。有一个比较新颖的方式是通过OFA(Order Flow Auction