一、什么是MEV
虽然以太坊和大多数其他区块链规定了交易的正确性,但它们没有关于交易排序的严格规则。也就是说,矿工可以根据交易费的高低来对交易进行排序。
大多数时候,当我们发送 ETH 或 BTC 时,交易顺序并不是特别重要。但越来越多地是,在以太坊等智能合约平台上的交易不再是从用户 A 发送到用户 B 的简单价值转移,而是一些具有潜在价值的复杂金融交易,比如,套利、清算等。在这些情况下,只有一个帐户可以获得这些非常有利可图的交易,因此交易顺序非常重要。
这就是「矿工可提取价值」(MEV,Miner Extractable Value) :通过在单个区块内对交易进行排序而获得的价值,即正常的交易费用和区块奖励之外的这部分就是矿工可提取价值。MEV是重要的,因为它直接影响了当今区块链的可用性和安全性。
试图捕获这些 MEV 机会的机器人往往愿意支付比普通用户高得多的交易费用, 这会推高以太坊网络整体的 Gas 价格,造成链上拥堵。MEV 还使得协议的体验有着不可预测和不确定性。
传统上,以太坊网络一直由简单的「最优Gas费竞价」(PGA,即Priority Gas Auction) 机制主导,这意味着出价最高的机器人就能够捕获 MEV 价值。
(资料来源:MEV 危机的反转:如何与 MEV 共生和进化?)
从数据上看,MEV绝大部分是被矿工拿走了,其次是套利者,最惨的是用户。
二、MEV可能造成的问题
使用工作量证明(PoW)共识机制的系统;这意味着保护网络的矿工之间的网络共识依赖于原始的哈希率。这也意味着交易只有概率最终性(probabilistic finality); 一个交易已被包含进一个区块中的时间越长,该交易被推翻的可能性就越小。
在 PoW 系统中,两个矿工可能同时挖出有效区块,并尝试将这些区块广播到网络。最终发生的事情是网络留下了两个有效区块,但在下一次挖矿竞赛开始之前,只能将一个添加到主链上。这意味其中一个区块必须变得「过时」,或者说被丢弃。这一解决方案不是很好,原因有两个。首先,生产出过时区块的矿工白白浪费了他们的资源!其次,这使得网络容易出现中心化风险,因为矿工急于确保他们有足够的哈希率,以避免生产过时的区块。
在比特币网络上,10 分钟的区块生产时间和不到一分钟的传播时间使得过时区块产生的概率相当低。然而,在以太坊上,区块生产时间要短得多——大约 12 到 13 秒——产生过时区块的可能性要高得多。
除了出块时间以外,以太坊链上活动的复杂性也是诱因:(1)MEV 在给定区块链上累积的速率,通常与其应用层行为的复杂性成正比;(2)像以太坊这样灵活的协议,无法限制这种复杂性,并且随着时间的推移,其固有地会倾向于更大的复杂性;(3)如果不改变以太坊的用户体验,就无法轻松缓解 MEV 激励。(来源:Paradigm:全面解读以太坊矿工可提取价值「MEV」)
以太坊通过使用 GHOST (Greedy Heaviest-Observed Sub-Tree,又称幽灵协议)协议的改进版本来解决这个问题。GHOST 协议是在 2013 年设计而成,其基本前提很简单:矿工接受的「最长」链是具有最高累积 PoW 挖矿难度的链,其中包括与当前区块同宗同祖的过时区块。这样的区块被称为「叔块」。以太坊采用了 GHOST 协议的一个变体,使用相同的筛选原则,选择难度最长的链,但在难度计算中不包括叔块。它会分配一些区块奖励给叔块,让这些区块中的交易可以访问,但其中不包括主链中的那些交易。采用新的「最长」链、并忽略过时区块的过程称为链重组。
存在两种主要方式,可以激励网络用户去利用叔块和重组引发的情况来牟利。
第一个已经在实践中发生,且威胁性要小得多,它被称为“叔叔强盗”:由于包含在叔块中的交易不会改变以太坊状态,但对其他人仍然可见并且是有效交易,精明的 MEV 搜索者可以查看进入叔块的 Flashbots 捆绑包,并发布一个新的捆绑包,其中包含原始捆绑包中的一些交易,还包括他们自己的一些交易,来此来捕捉主链上的套利机会。
第二类“时间强盗”,则更让人担忧。时间强盗是一种理论攻击,当来自 MEV 的奖励开始超过区块奖励时就会发生。时间强盗攻击的前提是,可以获取大量以太坊哈希率的矿工可以通过重挖以前的区块、捕获这些区块中的所有 MEV,并对以太坊链进行重组等一系列操作,使以太坊的时钟倒转。最简单的方法是租下以太坊 51% 的哈希率;通过这些操作,攻击者将回头俘获一定数量的区块,获取现在和过去这些区块中的所有 MEV 利润,利用这笔利润来填补攻击成本。MEV 利润在矿工经济回报中的占比越来越大,时间强盗攻击和重组的威胁随之越来越大。这也意味着理论上应该可以通过贿赂矿工来进行链重组。下面是一个例子:
有两个矿工,Sam 和 Dan,他们每找到一个区块就能得到 100 美元的报酬。Sam 找到了 3 个区块,其中第一个区块包含了 10000 美元的 Uniswap 套利机会。那么现在,Dan 就有了选择:他可以在 Sam 的 3 个区块上挖矿,也可以尝试重新挖取第一个区块,以便自己进行 Uniswap 套利。显然,10000 美元的套利机会远比 100 美元的区块奖励要更有利可图,理性会让 Dan 战胜诚实,所以他决定重新挖取第一个区块。由于目前的最长链是高度为 3 的链, Dan 也重新挖取第二和第三区块(并捕获这些区块中的任何 MEV)。在重组后,Dan 拥有了最长链,他和 Sam 可以从第三个区块继续挖取区块。(来源:Paradigm:全面解读以太坊矿工可提取价值「MEV」)
一条链不断的重组和贪婪的矿工而暴露的不利公关影响,很可能对该链代币在市场上的价格产生不利影响,甚至可能损害建立在该链之上或通过 beta 建立在其它链上的其它资产。从长远来看,这些只会伤害矿工和生态系统。
(来源:一文读懂以太坊「重组」,不再担忧甚至会爱上 MEV)
三、MEV的公链治理思路
理想的解决方案将只是减少或阻止以太坊上的 MEV,或者在不增加通货膨胀的情况下增加矿工的安全激励。下面是一些针对MEV治理的思路:
1.其他安全激励措施:除区块奖励(例如 EIP-1559 燃烧的 BASEFEE 或状态租金)之外,稳定的矿工收入流是协议安全的附加因素,这有助于抵消 MEV。
2. 如何使破坏稳定的共识(例如时间盗贼攻击)更困难或更昂贵,而不是避免根源的 MEV:
(1)分离包含和排序:矿工(或验证者)只能负责交易包含,而将决定交易排序的权利拿出来单独竞拍。理论上,这将隔离重组激励。然而,这保证了用户将始终承受拍卖所带来的 MEV 提取水平,这可能相当于多区块时间盗贼攻击。例如,Optimism 的研究员在以太坊研究论坛提出过一个增加对区块空间交易排序权的竞拍方案(MEVA)。提议将未确认交易池交易排序和打包两个工序分离,交由不同群体负责。矿工仍然通过工作量证明竞争打包区块权,而另一拨参与方通过抵押资产参与对交易排序权的竞拍。(来源:HashKey 曹一新:分析以太坊 MEV 市场机制设计现状及趋势)Flashbot也有类似的设计。(来源:Flashbots 是否真的缓解了 MEV 带来的问题)
(2)最终性(Finality):中本聪工作量证明机制只有概率最终性。而基于 BFT 的算法具有很强的最终性保证,这意味着时间盗贼攻击更为困难,因为即使是一个最终确定的区块,也需要更大的合谋来重组。然而,有了足够的 MEV,重组的动机仍然可以克服合谋的困难。此外,参与者仍然有权按他们作为提议者的区块随意排序交易,因此仅凭最终性无法解决抢先交易问题。
(3)权益证明(PoS):基于 PoS 的区块链,可以大幅罚没试图重组的验证者,从而使时间盗贼攻击的成本大大增加,尤其是当与最终性相结合时。然而,有了足够的 MEV,进行重组的动力仍然可能会大于大幅罚没的惩罚。
(来源:Paradigm:全面解读以太坊矿工可提取价值「MEV」)
四、DeFi针对MEV的治理方案
除了针对公链的设计方案之外,基于以太坊上的DeFi在面对MEV时也给出了2种思路:
1.拥抱MEV。让MEC在套利者和矿工之间更合理的分配。比如Flashbot、ArcherDAO。
2.隐藏MEV。让MEV留存在用户和套利者之间。隐藏MEV有多种方式:
(1)交易不直接进入公共交易池中,而是直接将交易私下发送给矿工进行打包。
诸如1inch等选择集成隐私交易中继服务(Taichi Network)。该项服务其实由星火矿池提供。
部分矿池直接提供相关服务。比如火星矿池,当交易发送方直接把交易发送到星火矿池后,交易会进入矿池的交易队列,这个队列是不对外广播的。因此在公开网络中是见不到这个交易的,也就不存在第三方发现该笔交易存在套利空间后,发出更高额的交易费抢跑该笔交易的可能性。不过,这种方式并不能完全规避MEV,如果矿池在交易数据打包上链后成为叔块,仍然有可能会出现MEV问题。目前全网最高的交易成功上链率在97%左右。目前大多数使用这项服务的用户,要么是专业的套利机构,要么是白帽、安全公司。(来源:如何安全穿行于以太坊黑暗森林?星火矿池许昕谈隐私交易)
用户不用担心交易失败,但需要相信矿工不会私自抢跑用户的交易。
(2)套利者将交易留在公共交易池中,但对交易内容设置为“私有”。这样虽然可查看交易,但没法查看到具体内容。该技术由Submarine Sends首创。
(3)白名单地址:即协议不允许随意地址获取MEV机会,而是限制一组已知的参与者访问,非白名单地址将被禁止这些交易。不过,白名单地址在捕捉MEV后,将会与被抢跑或清算的用户共享MEV。当前这么做的协议有KeeperDAO和BProtocol等。
(4)请求报价(RQF)DEX:这一模式在设计时就不存在MEV。在RQF中,用户会收到专门针对其地址创建的订单,其他用户看不到该交易用户来执行该交易。
(资料来源:MEV 危机的反转:如何与 MEV 共生和进化?)