照亮黑暗森林:揭開MEV神祕面紗

隨着鏈上活動的劇增以及鏈上基礎設施的演進和豐富,鏈上MEV一直以來都被視爲以太坊暗森林中最爲危險的一部分,這直接對用戶的鏈上金融活動造成了利潤損失和用戶體驗的降級。本文《照亮黑暗森林》的目標就是從Ethereum 2.0的區塊生成機制以及提議者-構建者分離(PBS)的技術演進爲基礎,來着重分析了該套機制帶來的天然中心化和信任化問題與以太坊的價值觀有着截然相反的現實情況。

鏈上MEV的加劇確實是雙刃劍,有其正負外部性,正向包括減少DEX價格差異、幫助清算交易;負向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,而無法做到根除。在我們減輕MEV的負外部性和解決當前基於第三方信任中間件Relayer的問題的機制探索過程中,主要分爲三類措施:拍賣機制的改進、共識層改進、應用層改進。這三種改進都將不同程度的對MEV的現代格局產生影響,但是有部分解決方案並不能實質解決用戶遇到的三明治攻擊的問題,用戶交易仍然處於public pool,因此需要引入更多的隱私池技術來保護用戶交易的可選隱私性,這些MEV方案值得去結合起來嘗試。

除此之外,MEV作爲無法避免的機制設計副產品,其未來還會更進一步的復雜,我們也在文中探索了在Layer2架構、EIP-4337帳戶抽象等新交易類型的實施下,可能出現的更多MEV的技術挑戰和機會。

最後,我們希望以此文章,探索減緩MEV負外部性問題的潛在解決方案,並且對當前的MEV方案的利弊作出一個全方位的認知,不僅僅是爲了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的黑暗森林。

Ethereum 2.0

自從The Merge以後,以太坊採用了POS機制來確保網路的安全性,同時在區塊的產出方面,放棄了計算密集型的競爭,轉而採用權益證明。合並後,以太坊被劃分成執行層以及共識層。而整個區塊的產出也發生了變化,每一個Epoch爲一個POS週期,每個Epoch中又被劃分成32個Slot,每個Slot相當於一個出塊的時間單位,爲12秒。

驗證者提議區塊圖示

整個網路會在每次Epoch內,隨機從驗證者中挑選一個委員會,提議區塊的人是在委員會集合中隨機選出,該區塊提議者需要將交易打包並且排序執行最後產出一個區塊,其它委員會驗證者會監督這個過程,然後爲該區塊投票。並且這個委員會會在每個Epoch之後重新選擇。同時還被施加一定的操作時間限制,以保證區塊生成和投票的效率。在這裏,我們爲讀者規範術語,Payload是執行負載,意味着交易的狀態更改,可以視爲執行區塊的一部分。區塊提議者將實施執行負載(Execution Payload也就是實施交易結果的狀態更改)和區塊提議。

PBS架構

事實上,當驗證者被選中成爲區塊提議者時,往往提議者沒有動力去執行Payload,也就是將交易排序並且執行,因爲這個事情需要大量的計算能力執行狀態更改。原本思考的是,如果我們通過去中心化的委員會選舉,如果把執行負載納入其中,那麼交易排序等就成爲了去中心化的事情。但是驗證者似乎天然的想要把這一部分交給第三方去完成,而自己Proposer專注於提議區塊的事情。因此衍生出了PBS的構想,就是將區塊提議和構建被分離節點提議者僅負責驗證區塊,不參與區塊構建。提議者和構建者之間的分離促進了一個開放市場,在這個市場中,區塊提議者可以從區塊構建者那裏獲取區塊。這些構建者相互競爭來構造區塊,並向提議人提供最高費用,我們稱之爲"區塊拍賣"。

PBS流程圖示

我們簡要的介紹一下整個PBS(Proposer Builder Seperate)密封第一拍賣模型。當用戶通過RPC代理提交交易,RPC相當於運行了一個節點,將交易提交到公開的Mempool中,多個Builder找到最適合的交易進行排序以生成一個利潤最大化的區塊(利潤最大化指交易手續費Base+Priority+MEV),然後多個Builder通過某交易平台Relayer與Proposer進行交互,Relayer是多個Builder與Proposer交互的橋梁,Builder向Relayer提交報價,Relayer向Proposer提交多個區塊頭以及對應的報價,Proposer一般採納報價最高的區塊。其中Relayer會實現規範,這個是如何規範Builder與Proposer交互競標的一種技術規範。在這個過程中,所有信息都是密閉的,Relayer只會提交區塊頭給Proposer,因此Proposer具有抗審查性。

PBS下各類參與者以及博弈

其主要參與者有Builder、Relayer、Proposer、搜索器(Searcher)。

Builder

其中Builder主要是負責構建區塊內容的,使用了相關技術以後,其在競標中處於更加有利的地位,因爲不僅僅支持Gas Fees,並且還支持MEV收益。Builder能夠直接審查用戶和搜索器的交易,這一直以來也是被詬病的一點,特別是當美國政府公布OFAC後,大量Builder參與了OFAC Compliant,相比於剛開始,雖然審查區塊的比列在近期有所下降,但是我們能看到,在區塊構建過程中,Builder存在對交易的直接審查方面有直接作用。

OFAC 合規區塊比例,圖源:MEV Watch

Builder市場份額,圖源:MEV Watch

當前Builder的市場份額來看,某些純粹的無需審查的Build正在逐步擴大其市場份額,一切都是以利潤爲導向。

搜索器

MEV收益與Gas Fees收益比例,圖源:mevboost

本質上,利潤最大化的工作是需要搜索器與Builder共同努力的,搜索器往往會與特定的Builder合作,這樣就會形成一個Dark Pool或者Private Pool,在這裏面搜索器的交易只會對特定Builder顯示,一些Builder就會獲得最大化利潤的MEV交易,進而競標區塊空間。從理論上來說,如果Builder作惡或者審查,那麼搜索器可以選擇其它的Builder,這樣就會導致Builder的市場份額逐步降低,因此受制於搜索器,Builder往往會考量作惡的隱性成本。上圖是,MEV和每日Gas的收益情況,能夠看見搜索器貢獻的MEV收益在行情波動明顯的情況下,甚至能當日Gas收益的兩倍之多。

對於搜索器,分爲CEX-DEX(鏈下)套利以及DEX、夾層、清算兩大類別(純鏈上)。

搜索器市場份額,圖源:Searcherbuilder

目前某公司佔據CEX --- DEX套利交易的市場份額第一。

搜索器市場份額,圖源:Searcherbuilder

對於純鏈上MEV機會,有逐步形成工作室化的趨勢,其中某地址市場份額佔據了驚人的37.2%,其擅長對以太坊鏈上用戶進行三明治攻擊,一度成爲鏈上gas消耗最高的用戶,大約消耗gas佔據一整天的1.5%。從 2023 年 2 月到 2024 年 6 月,該機器人共計花費了 76,916 個 ETH,根據執行這些交易時的價值計算,相當於約 1.75 億美元。由於搜索器與Builder之間聯繫緊密,因此在實踐中,許多搜索器都會把自己的訂單流發送給前三名的Builder,實際上本來是可以廣播所有Builder的,但是有些小的Builder可能會拆分搜索器的訂單流,導致搜索器的MEV策略失效,進而造成虧損的風險。並且,綁定Builder也能爲其在生態內維持影響力。

Relayer

Relay市場份額,圖源:mevboost

Relayer負責集合競價,然後作爲中轉站對Proposer提交區塊頭以及競拍區塊的價格,此時Proposer並不知道區塊中的交易細節。一旦Proposer選擇並且爲區塊頭籤名以後,Relayer會釋放全部的交易內容給Proposer。我們會發現,Relayer在其中作爲沒有經濟激勵的第三方,獲得了極大的信任,Builder依賴於Poposer進行報價,而Proposer依賴於Relayer的報價和區塊內容。歷史上也發生過類似的問題,某Relayer存在一個潛在的漏洞,導致Proposer提取了超過2000萬美元的MEV。雖然這些漏洞可以修補,但Relayer本身仍然可以選擇惡意行事並竊取MEV。

市場分額趨勢圖,圖源:mevboost

上圖是Relayer的市場份額的情況,我們會發現運行單純的MAX Profit的Builder的市場佔有率自從Merge以後就逐步擴大,因此在自由市場中,想通過Builder人爲控制MEV,是不可能的。

同時Relayer也面臨一個問題,就是沒有經濟激勵。因此某公司也退出了Relayer方向的研發。Relayer目前都是依賴於提出的規範來構建,以太坊依賴第三方提供PBS,始終不是一個長久之計,因此目前以太坊社區也在探索將PBS納入協議級別。

Proposer

對於Proposer來說,在所有的驗證者中以算法來隨機選擇一組委員會,又在每個slot中選擇一個區塊提議者,區塊提議者本身具備執行負載的能力,但是由於提議者天然的想要把這部分外包出去,因此容易造成Builder與Proposer之間的垂直合作,而相關的Relayer就希望作爲這種方式的中間點,以減少兩者的直接溝通帶來的垂直合作勾結。由於現在都處於礦池作爲驗證者池,但是這種礦池和LSD驗證者池都具備很強的規模效應,特別是LSD的出現,將原本質押的代幣的潛力釋放出來,增強的資本效率,並且其背後的DEFI積木的影響,驗證者池也就處於一個更加集中化的趨勢。

驗證者市場份額,圖源:mevboost

某項目目前佔據大約28.7%的市場份額,其他交易所名列第二三。過去未主動實