深度剖析MEV:從以太坊2.0到Layer2的進化與挑戰

照亮黑暗森林:揭開MEV神祕面紗

隨着以太坊生態系統的快速發展和鏈上基礎設施的日益完善,MEV(最大可提取價值)一直被視爲以太坊"黑暗森林"中最危險的一部分,直接影響用戶的鏈上交易體驗和收益。本文旨在從以太坊2.0的區塊生成機制和提議者-構建者分離(PBS)技術演進出發,深入分析當前機制帶來的中心化和信任問題,以及與以太坊去中心化理念的矛盾。

MEV的存在是一把雙刃劍,既有正面作用如降低DEX價格差異、協助清算,也有負面影響如損害用戶利益。因此MEV的解決方案更多是在減輕其負面影響,而非徹底消除。在探索減輕MEV負面影響和解決當前基於第三方信任中間件Relayer問題的過程中,主要有三類措施:改進拍賣機制、改進共識層和改進應用層。這些方案都將在不同程度上影響MEV的格局,但部分方案並不能從根本上解決用戶遭受三明治攻擊等問題。因此,引入更多隱私池技術來保護用戶交易的隱私性也很有必要,這些MEV方案值得結合起來嘗試。

此外,作爲無法避免的機制設計副產品,MEV未來還將變得更加復雜。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,我們希望通過本文探索緩解MEV負面影響的潛在解決方案,對當前MEV方案的利弊有一個全面認識,不僅爲用戶照亮"黑暗森林",也爲研究者指明進一步研究MEV的方向。

照亮黑暗森林:揭開MEV神祕面紗

以太坊2.0

自The Merge以來,以太坊採用POS機制保障網路安全,放棄了計算密集型的區塊競爭,轉而採用權益證明。合並後以太坊分爲執行層和共識層。區塊生成也發生變化,每個Epoch爲一個POS週期,每個Epoch分爲32個Slot,每個Slot爲12秒的出塊時間單位。

網路在每個Epoch內隨機選出一個委員會,從中再隨機選出區塊提議者。提議者負責打包排序交易並生成區塊,其他委員會成員監督並投票。委員會每個Epoch後重新選擇,並設有操作時間限制以保證效率。這裏我們規範術語:Payload是執行負載,即交易的狀態變更,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。

照亮黑暗森林:揭開MEV神祕面紗

PBS架構

實際上,當驗證者被選爲區塊提議者時,往往不願執行Payload(排序和執行交易),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,將執行負載納入其中,使交易排序去中心化。但驗證者傾向於將這部分外包,專注於提議區塊。因此產生了PBS構想,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。

這種分離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,我們稱之爲"區塊拍賣"。

簡要介紹PBS(Proposer Builder Separate)密封第一拍賣模型:用戶通過RPC代理提交交易到公開Mempool,多個Builder找到最適合交易進行排序,生成利潤最大化的區塊(利潤=Base費用+Priority費用+MEV)。Builder通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互,Relayer作爲中介。Builder向Relayer提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭和報價,Proposer通常選擇最高報價。Relayer遵循MEV-Boost規範,規範Builder與Proposer的競標交互。整個過程信息密閉,Relayer只向Proposer提交區塊頭,保證Proposer的抗審查性。

照亮黑暗森林:揭開MEV神祕面紗

PBS下各參與者及博弈

主要參與者包括Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)。

Builder

Builder負責構建區塊內容。採用MEV-Boost後,其在競標中更有優勢,因支持Gas費和MEV收益。Builder可直接審查用戶和Searcher交易,這一直備受爭議,特別是美國政府公布OFAC後,大量Builder參與OFAC合規。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影響。

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

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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交易只對特定Builder可見,部分Builder獲得最大化利潤的MEV交易,進而競標區塊空間。理論上,如Builder作惡或審查,Searcher可選擇其他Builder,導致該Builder市場份額降低。因此,考慮到Searcher的制約,Builder往往會權衡作惡的隱性成本。

Searcher分爲CEX-DEX(鏈下)套利和DEX、夾層、清算(純鏈上)兩大類。目前Wintermute佔據CEX-DEX套利交易市場份額第一。

對於純鏈上MEV機會,呈現工作室化趨勢。jaredfromsubway.eth市場份額高達37.2%,擅長對以太坊用戶進行三明治攻擊,曾是鏈上gas消耗最高用戶,日均消耗約1.5%的gas。從2023年2月至2024年6月,該機器人共花費76,916個ETH,約合1.75億美元。

由於Searcher與Builder關係密切,許多Searcher將訂單流發送給前三名Builder。雖然理論上可廣播給所有Builder,但小Builder可能拆分訂單流,導致MEV策略失效,造成虧損風險。綁定Builder也有助於維持生態影響力。

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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不知區塊交易細節。一旦Proposer選擇並籤名區塊頭,Relayer會釋放完整交易內容給Proposer。Relayer作爲無經濟激勵的第三方,獲得極大信任。Builder依賴Proposer報價,Proposer依賴Relayer報價和區塊內容。歷史上曾發生Ultrasound Relayer漏洞,導致Proposer提取超2000萬美元MEV。雖可修補漏洞,但Relayer本身仍可選擇惡意行爲竊取MEV。

目前運行純MAX Profit的Builder市場佔有率自Merge後逐步擴大,表明自由市場中難以通過Builder人爲控制MEV。

Relayer面臨無經濟激勵問題。Blocknative已退出Relayer方向研發。目前Relayer依賴Flashbots提出的MEV-Boost規範構建。以太坊依賴第三方提供PBS並非長久之計,社區正探索將PBS納入協議級別。

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Proposer

對Proposer而言,在所有驗證者中隨機選擇委員會,再在每個slot選擇區塊提議者。提議者本具備執行負載能力,但傾向外包,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勾結。目前由礦池作爲驗證者池,但礦池和LSD驗證者池具強規模效應。特別是LSD出現,釋放質押代幣潛力,增強資本效率。背後DEFI積木影響下,驗證者池呈集中化趨勢。

Lido目前佔28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi分列二三。過去未主動實施MEV-BOOST PBS方案時,Proposer需負責Builder任務(執行負載),但多數Proposer放棄交易排序執行能力,因繁重計算會嚴重影響驗證性能,不如將執行負載外包,讓第三方拍賣區塊。

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User

用戶在整體架構中最爲弱勢,交易被放入Mempool,各種MEVbot從中賺取利潤,但這些利潤不會流向用戶。然而並非全是壞處,如在DEX中,鏈上行情波動大或用戶交易量超DEX流動性時,MEVbot通過套利減輕滑點和平台間價差。因此MEV存在正負外部性,需分開討論,這也是其復雜之處。

爲避免用戶被MEVbot監測造成損害,許多RPC節點供應商可幫助用戶將交易放入非公開Mempool,如通過Builder的RPC直接與Builder交互。一種新穎方式是通過OFA(Order Flow Auction)訂單流拍賣爲用戶補償MEV利潤。OFA RPC運營商與Searcher合作,將用戶訂單拍賣給Searcher,Searcher獲得最大化MEV,將訂單流納入區塊,再返還部分利潤給用戶。

目前使用私人訂單流的用戶比例仍低,約10%。主要原因是用戶教育成本高,多數用戶難以正確理解MEV知識和應對措施,操作復雜。優化用戶體驗需用戶更多被動參與,而非主動接受。

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總結

當前PBS架構下,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也呈集中化,MEV產業鏈各環節都變得集中化,引入多方信任問題。Searcher信任Builder,Builder和Proposer信任Relayer。MEV集中化與信任化發展,與以太坊去中心化去信任願景明顯違背。以太坊社區正討論三個提案以減輕集中化:

  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替代當前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。

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MEV現狀

目前鏈上主要MEV包括套利、三明治攻擊、清算等。套利利潤最大,近30天MEV bots可統計獲利260萬美元。實際上單筆交易平均利潤約0.8美元,依靠大量交易,近30天以太坊鏈上三明治攻擊利潤約88萬美元。

MEV有正負外部效應。正面包括套利減小DEX間價差,協助DEFI協議清算抵押品等。負面主要是對用戶的夾層交易,使用戶損失部分利潤。當前鏈上費用機制下,雖以太坊實施Gas費平滑,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費飆升,影響用戶經濟和體驗。

不僅PBS和POS架構帶來MEV和中心化問題,以太坊向Layer2遷移過程中也衍生Layer2間跨鏈MEV問題。

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Layer2架構設計的

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HashRatePhilosophervip
· 08-05 12:54
黑暗森林早被薅秃了啊
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RugResistantvip
· 08-04 14:36
老实说,bruh mev 仍然是个安全噩梦
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熊市种菜人vip
· 08-03 18:24
菜地被mev薅完了 白种了
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社恐质押者vip
· 08-03 18:23
谁说MEV不能全消的?
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SelfSovereignStevevip
· 08-03 18:13
玩了好几年巨鲸还能薅?
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