揭開MEV神祕面紗:照亮黑暗森林

概述

隨着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系統中最危險的一部分,直接影響用戶的鏈上金融活動和體驗。本文旨在分析Ethereum 2.0的區塊生成機制和提議者-構建者分離(PBS)技術,探討其帶來的中心化和信任問題,以及與以太坊價值觀的矛盾。

MEV的影響是雙面的:一方面可以減少DEX價格差異、幫助清算交易;另一方面會損害用戶利益。因此,MEV的解決方案更多是減輕負面影響,而非根除。目前主要有三類措施:拍賣機制改進、共識層改進和應用層改進。這些方案都會對MEV格局產生影響,但部分方案並不能徹底解決用戶遇到的問題。引入隱私池技術來保護用戶交易隱私性是值得探索的方向。

此外,隨着Layer2架構、帳戶抽象等新技術的實施,MEV還將面臨更多技術挑戰和機遇。本文希望探討減緩MEV負面影響的潛在解決方案,全面認識當前MEV方案的利弊,爲未來研究提供思路。

Ethereum 2.0架構

自The Merge以來,以太坊採用POS機制確保網路安全,放棄了算力競爭,轉而採用權益證明。合並後,以太坊分爲執行層和共識層。區塊產出週期也發生變化:

• 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

網路每個Epoch隨機選擇一個委員會,委員會中再隨機選出區塊提議者。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重新選擇。

在這個架構下,Payload指執行負載,即交易的狀態更改,可視爲執行區塊的一部分。區塊提議者負責實施執行負載和提議區塊。

PBS架構

實際上,被選爲區塊提議者的驗證者往往沒有動力去執行Payload,因爲這需要大量計算資源。原本設想通過去中心化委員會選舉來實現交易排序的去中心化,但驗證者傾向於將這部分工作外包,自身只專注於提議區塊。因此提出了PBS構想,將區塊提議和構建分離:

• 節點提議者只負責驗證區塊,不參與構建
• 提議者從區塊構建者處獲取區塊
• 構建者相互競爭構造區塊,向提議人提供最高費用
• 這形成了一個"區塊拍賣"市場

PBS(Proposer Builder Separate)的密封第一拍賣模型流程如下:

1. 用戶通過RPC提交交易到公開Mempool
2. 多個Builder尋找最優交易排序,生成利潤最大化區塊
3. Builder通過MEV-Boost Relayer與Proposer交互:
   • Builder向Relayer提交報價
   • Relayer向Proposer提交多個區塊頭和報價
   • Proposer一般採納報價最高的區塊
4. 所有信息密封,Relayer只提交區塊頭給Proposer,保證抗審查性

Relayer實現MEV-Boost規範,規範Builder與Proposer的交互競標。

PBS下的參與者博弈

PBS架構下的主要參與者包括Builder、Relayer、Proposer和MEV bot(Searcher)。

Builder

Builder負責構建區塊內容。MEV-Boost技術讓Builder在競標中更有優勢,因爲不僅支持Gas費,還支持MEV收益。Builder能直接審查用戶和Searcher交易,這一直受到詬病。特別是美國發布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作用。

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

Searcher

利潤最大化需要Searcher和Builder合作。Searcher往往與特定Builder合作,形成Dark Pool或Private Pool。理論上,如果Builder作惡或審查,Searcher可以選擇其他Builder,這會導致Builder市場份額下降。因此Builder會考慮作惡的隱性成本。

Searcher分爲CEX-DEX套利(鏈下)和DEX、夾層、清算(純鏈上)兩大類。目前Wintermute佔據CEX-DEX套利市場第一。純鏈上MEV呈工作室化趨勢,jaredfromsubway.eth佔37.2%市場份額,擅長三明治攻擊。

由於Searcher與Builder關係緊密,許多Searcher只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。

Relayer

Relayer負責集合競價,向Proposer提交區塊頭和報價。Proposer選擇並籤名區塊頭後,Relayer釋放完整交易內容。Relayer作爲無經濟激勵的第三方獲得極大信任,Builder和Proposer都依賴Relayer。歷史上出現過Ultrasound Relayer漏洞導致Proposer超額提取MEV的事件。

目前運行純MAX Profit的Builder市場份額逐步擴大,人爲控制MEV在自由市場中不可能實現。Relayer面臨無經濟激勵問題,Blocknative已退出該方向研發。以太坊社區正探索將PBS納入協議級別。

Proposer

Proposer從驗證者中隨機選出。Proposer傾向於外包執行負載,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。目前礦池和LSD驗證者池具有規模效應,驗證者池呈集中化趨勢。

Lido佔28.7%市場份額,Coinbase、Ether.fi緊隨其後。大部分Proposer放棄了交易排序執行能力,將執行負載外包給第三方拍賣。

User

用戶在此架構中最爲弱勢,交易被放入公開Mempool,容易被MEV bot套利。但MEV也有正面作用,如在DEX中減輕滑點和價差。爲避免被監測,一些RPC供應商提供非公開Mempool服務。

OFA(Order Flow Auction)是一種新穎方式,通過與Searcher合作拍賣用戶訂單流,將部分MEV利潤返還給用戶。目前使用私人訂單流的用戶比例約10%,主要受限於教育成本和操作復雜度。

總結

PBS架構下,MEV-BOOST引入後,利潤最大化的密封競標拍賣機制導致Builder與Searcher趨向合作與信任,呈現明顯集中化趨勢。POS下Validator也趨於集中化。整個MEV產業鏈各環節都變得集中化,且引入多方信任問題,與以太坊去中心化和去信任化願景相悖。

以太坊社區正在討論三個提案以減輕集中化:

1. SUAVE技術:提高交易透明度,降低Searcher對Builder信任門檻
2. Enshrined PBS:將PBS納入協議層,消除對Relayer依賴
3. 去中心化AVS:如SSV,Lido已與其合作

MEV現狀

目前鏈上主要MEV類型是套利、三明治攻擊和清算。近30天內:

• 套利利潤最大,MEV bots獲得260萬美元利潤
• 三明治攻擊平均每筆利潤0.8美元,總利潤約88萬美元

MEV的正面作用包括減小DEX價差、幫助清算;負面影響主要是用戶損失。短期內MEV活動增多會導致Gas費飆升,影響用戶體驗。

隨着以太坊向Layer2遷移,跨鏈MEV問題也隨之產生。

Layer2架構下的MEV復雜性

未來大規模鏈上套利活動將轉向更復雜的多鏈跨鏈MEV。目前研究較少,主要針對排序器改進。跨鏈橋是必備產品,Searcher可幫助減緩Layer2間碎片流動性,但跨鏈橋體驗和安全性有待改進。

EIP-4337的潛在MEV

EIP-4337引入帳戶抽象和新交易類型,將影響MEV格局:

• 新增User Operation交易類型進入Mempool
• Bundler角色類似Builder,打包User Operation成正常交易
• Bundler可與Searcher合作重排User Operation獲取MEV
• 不同鏈上User Operation規格可能不同,增加跨鏈MEV技術門檻

MEV減緩探索方向

過去以太坊生態依賴Flashbots實現PBS。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Relayer。

當前無法徹底解決MEV問題,更多是減輕其負面影響。主要探索方向包括:協議級別、應用級別和拍賣機制改進。

SUAVE

SUAVE(Single Unifying Auction for Value Expression)由Flashbots提出,旨在改善MEV負面影響。其核心是構建新區塊鏈SUAVE,內置MEVM虛擬機支持EVM智能合約。主要特點:

• 支持開發基於EVM的MEV智能合約
• 降低創建MEV應用門檻,促進機制間競爭
• 將中心化基礎設施編程爲去中心化智能合約
• 作爲去中心化排序器和意圖識別機提交給鏈上Proposer
• 使用以太坊作爲結算層
• 支持用戶意圖交易,由SUAVE解析並最大化MEV透明度

SUAVE適合實施應用稅等機制,Paradigm是該項目顧問和投資方。

OFA

OFA(Order Flow Auction)是對拍賣機制的改進:

1. 訂單發起人將訂單發送給OFA,OFA選擇性披露部分信息
2. Bidders出價並提出支付價格,獲得對應訂單流MEV權限
3. 私人訂單流僅Bidders可見,引入市場競爭提高透明度

目前多個基於OFA的項目在研發中,核心組件實施細節有所不同。

私人交易池加密

私人交易池加密旨在解決對Searcher的保密問題。主要加密方法包括:

1. 多方計算(MPC):多方使用MPC隱藏交易細節
2. 可驗證延遲函數(VDF):需要時間T計算,快速驗證正確性
3. 閾值加密(TSS):多方共同參與加密解密,無需單一完整密鑰
4. 零知識證明(ZKP):不公布具體