解读以太坊的无形税收:MEV

原文标题:《MEV:以太坊的无形税收》

通过利用其在区块内排序交易的自由裁量权,矿工可以从以太坊上去中心化的应用程序用户中获取价值,这大大降低了用户体验,并威胁到网络的稳定性。

MEV,以太坊用户的无形税

MEV 是“Miner Extractable Value”或“Maximal Extractable Value”的缩写。它指的是通过重新排序、插入或审查正在产生的区块内的交易,从以太坊用户身上获取价值而获得的利润。它通常会影响DeFi用户与自动造市商和其他应用程序的交互。

有趣的是,以太坊中的MEV问题是在2014年首次被发现的,那一年以太坊还没有推出,是由一名化名为Pmcgoohan的分析师和资深算法交易者发现的。

对2008年发生的事情和全球金融危机的爆发感到震惊,当Pmcgoohan第一次听说以太坊和可编程区块链的想法时,他开始着迷于区块链有前景的分布式和公平市场。但当他看到以太坊创世之前的草稿文件时,他惊讶地发现了一个关键缺陷。Pcgoohan认识到,矿工完全控制了交易的包含和订购过程,这意味着他们可以利用这种力量在协议上线时就毫无怀疑的从用户那里获取价值。

尽管一些人立即意识到以太坊设计的不足之处,Pmcgoohan走在了时代的前面,他的警告在很大程度上被置于耳。直到2019年,一组研究人员发表了一篇名为Flash Boys 2.0的论文,强调了这个问题。在论文中,“MEV”一词首次被创造出来,用来描述Pmcgoohan多年前提到的问题。

随后,Georgios Konstantopoulos和Dan Robinson的《Ethereum is a Dark Forest》和Samczsun的《Escaping the Dark Forest》文章分别于2020年8月和9月发表,巩固了MEV作为加密经济学的基本概念,并强调了它作为以太坊研究社区今天面临的最具挑战性和最紧迫问题之一的重要性。

这些文本揭示了MEV不仅仅是一个理论问题,而是一个已经在很大程度上发生的真实现象,涉及到对以太坊用户的后果。

为什么发生MEV?

在以太坊中,矿工负责选择并将交易聚合到区块中。至关重要的是,他们拥有完全自主权来决定将哪些交易从内存池(一个待处理交易等待确认的链下空间)包含在他们挖掘的区块中。

当矿工、验证者和排序器为了利润进行优化时,他们倾向于根据最高的gas价格或交易费用来选择和订购交易。然而,该协议并不要求交易按照费用进行排序。矿工可以利用他们的自由裁量权重新安排交易,从用户那里获取额外的利润。这种“不规则”的收入流就是MEV。

尽管MEV最常与矿工联系在一起,但它既不是工作量证明问题,也不是以太坊独有的问题。此外,“矿工可获取价值”是一个有点误导性的术语。实际上,今天的大多数MEV提取来自所谓的“搜索者”——通常是套利交易者和机器人运营者——积极地寻找和识别链上的MEV机会,并以不同的方式捕获它们,而矿工只能从这些交易者的交易费用中间接获利。MEV存在于所有支持智能合约的区块链上,有一方负责交易排序,包括以太坊2.0等基于权益证明的系统中的验证器和Optimistic Rollup的提供商。

了解MEV游戏

理解MEV游戏的最好方法是通过关键参与者的视角来看待它,包括矿工、搜索者、用户、去中心化应用程序和协议开发人员。

矿工或区块生产者负责对交易进行排序,并决定哪些交易以何种顺序包含在区块中。矿工可以通过两种方式从MEV游戏中获利:首先,通过所谓的优先gas拍卖(PGA),将稀缺的区块空间出售给非矿工的MEV矿工,以换取高昂的交易费用,并通过重新排序、包括或审查交易直接获取MEV,以从链上清算或套利机会中获利。

MEV还涉及终端用户,如在链上贷款或在去中心化交易所交易的人。在这个游戏中,用户是被剥削最多的一方,因为他们释放的一些价值可以被矿工和非矿工MEV挖掘者捕获。

去中心化的应用程序和协议开发人员扮演着辅助角色。前者通过设计和激励机制创造MEV机会,而后者则建立游戏的基本规则,如给予区块生产者排序交易的权力,这使得 MEV 成为可能。

最后,MEV游戏的核心是搜索者或DeFi交易者和机器人操作员,他们试图识别MEV机会,并以不同的方式捕捉它们。搜索者参与MEV游戏的两种主要方式是通过在链上PGA中出很高的gas价格,使他们的交易被矿工战略性地放置在区块内的特定位置,以及通过使用新型MEV提取工具(如Flashbots)向链下矿工表达交易排序偏好。

搜索者的典型MEV提取过程

搜索者通过使用机器人和自动化工具监控以太坊区块链来开始他们的MEV之旅,寻找潜在的利润提取机会。

当他们发现一个机会时,搜索者分析交易背后的逻辑,概念化攻击向量,并创建一个捆绑包——一个或多个交易按提供的顺序分组和执行——设计用于实现挖掘时的MEV提取目标。搜索者的交易包可以参考其他用户在内存池中的待处理交易,并针对特定的区块进行包含。

一旦创建了捆绑包,搜索者通常会使用Flashbots的MEV-Geth等链下网络将其发送给矿工。这使得他们可以避开公共交易池,并直接向矿工快速且无风险地表达他们的交易排序偏好(当他们的交易被拒绝时,他们节省了gas费用)。

由于搜索者提交的捆绑包数量巨大,区块空间有限,矿工通过Flashbots auction拍卖区块空间——一种链下一级价格密封竞价拍卖,搜索者可以私下直接与矿工沟通他们的竞价和颗粒交易顺序,而无需为失败的竞价支付费用——只包括他们区块中利润最高的交易。

当矿工在其区块中包含搜索者的捆绑包或交易时,MEV提取过程就完成了。搜索者的交易在链上得到确认,如果MEV策略设计良好,搜索者将从以太坊上的其他交易者那里提取一些价值。

最常见的攻击

Front-Running

提前运行是指在知道未决交易之前首先在执行队列中获取交易。在以太坊中,搜索者运行专门的抢先运行机器人,扫描网络,在去中心化的交易所中寻找大订单,并提交具有更高gas费用的竞争性交易,在受害者交易之前挖掘这些交易。

三明治攻击

三明治攻击是抢先交易的一种变体,即掠夺性的交易者放置两笔交易,一笔在受害者交易之前,另一笔在受害者交易之后。搜索者通常使用三明治攻击,通过操纵资产价格,从去中心化交易所的交易者那里提取MEV。例如,交易者可以识别受害者将要购买的代币,并进行交易以推高价格,然后在受害者的购买指令进一步提高价格后直接出售代币。

Back-Running

回滚是让交易排在第二行或紧跟在已知的未决目标交易之后的做法。搜索者通常使用反向运行的机器人来监控内存池,以获取新的代币对列表或在去中心化交易所(如Uniswap)上创建的流动性池。当机器人发现一个新的代币对上交易所时,它可以在初始流动性之后立即下交易订单,并购买尽可能多的代币,只留下少量的代币供其他交易者稍后购买。然后,在其他交易者购买代币后,机器人可以等待价格上涨,并以更高的价格出售,以获得利润。

清算

清算人是专门通过去中心化链上协议(如Compound、Maker、Aave和dYdX)对过度抵押贷款进行清算,提取MEV的搜索者。清算人运行专门的机器人来监控网络中提供清算机会的交易,并采取先行或后行交易作为第一个清算贷款的人。清算人通过在借款人能够偿还债务之前清算他们的贷款,从毫无戒心的借款人那里提取MEV,然后通过出售借款人的抵押品获利。

Time-Bandit攻击

Time-bandit 攻击是一种新颖的攻击类型,只有矿工才能执行这种攻击,其可以回溯性地重组区块,以捕获之前开采的区块中的MEV机会。当MEV与区块奖励相比较足够高时,对于矿工来说,打破旧区块获取MEV的共识是合理的。例如,假设一个具有重要开采能力的矿工在3个区块深度的100区块发现了一个20,000美元的套利机会。他们可能会决定重新开采第100块,以及第101和102块,以抓住套利机会,拥有比最初开采该区块的矿工更长的链条,而不是开采最新的一块以获得更小的区块奖励。

MEV有多糟糕?

根据Flashbots的数据,该数据只测量了提取的总MEV的下线,并只跟踪了8个DeFi协议,自2021年1月1日以来,从以太坊网络用户那里提取了超过6.89亿美元。

除了扩展和攻击,MEV也是以太坊和类似的智能合约区块链目前面临的最大问题之一。Pmcgoohan认为MEV拍卖会扼杀以太坊网络。尽管Pmcgoohan持悲观观点,但MEV提取的负面影响是多方面的。最大的一个原因是MEV代表着矿工和搜索者从用户那里收取的一种无形税收。通过MEV提取的每一美元对用户来说都是损失一美元。有些人甚至将其描述为盗窃。

MEV还会导致网络拥堵,并给gas费带来上行压力。其中涉及的博弈论产生了一个循环依赖的自我强化循环:套利和清算机会创造了MEV机会,MEV提取机器人通过gas价格竞标战来竞争机会,费用估算使用这些机器人夸大的gas价格作为参考,导致用户为交易支付过高的价格。

MEV还在协议层面上破坏了以太坊的稳定,因为它质疑交易的终结性和不变性。如果MEV大于区块回报,矿工就会有动机破坏共识。如果矿工可以为盈利而重新安排之前区块的交易,那么区块链作为安全、可预测和无需许可的分类账的整个前提就会瓦解。

MEV侵蚀了以太坊的可用性、中立性、透明性、去中心化和安全性。它创造了一种环境,在这种环境中,更擅长提取 MEV 的矿工以牺牲诚实矿工为代价而增长,有效地将以太坊安全的核心激励结构向错误的方向倾斜。

以太坊最近推出了EIP-1559,并计划转向权益证明,但这两个更新都不会解决MEV问题。事实上,一些MEV研究人员担心升级可能会加剧问题。

虽然EIP-1559的主要目的是提高交易费用的可预测性,但升级也具有费用销毁功能,这将对矿工的盈利能力产生负面影响,进而可能导致矿工增加MEV提取,以补偿奖励减少。为了响应EIP-1559,Ethermine——一个约占以太坊算力的20%的矿池——已经引入了一个MEV提取程序,在矿池中的所有矿工之间重新分配通过MEV提取的利润。

关于权益证明,MEV提取在以太坊2.0上的工作方式与目前在以太坊上的工作方式几乎相同,除了它将由验证者而不是矿工完成。Flashbots的MEV研究员Alex Obadia和Taarush Vemulapalli相信在验证者奖励中引入 MEV 可能是一种“中心化力量”,担心“MEV 可以通过比拥有最多 32 个ETH的实体更快地丰富实体来扩大以太坊 2.0 中的寡头垄断动态。”

MEV是不可避免的吗?

一些人得出结论,MEV是不可避免的。在这个话题上有两种观点。第一种学派认为MEV是不可避免的,因此加密社区应该努力缓解,抑制负面外部性。另一学派认为MEV问题是可以解决的,因此社区应该集中力量去努力预防。

该领域领先的研发机构Flashbots就属于第一个阵营。它专注于构建MEV- geth这样的工具,“使MEV收入的获取大众化,并为MEV带来透明度。”在这方面,MEV- geth实际上是一种为矿工和MEV提取者提供前沿即服务(FaaS)的产品。

第一种学派的支持者认为,考虑到MEV的必然性,FaaS是完全有益的,因为它消除了负面的外部因素,如高交易费用和网络拥堵,同时弥补了以太坊的EIP-1559费用燃烧更新带来的收入损失。因此,它间接地为以太坊的安全提供资金,因为矿工以更高的哈希能力竞争MEV。

另一方面,一些人认为FaaS是盗窃。康奈尔大学(Cornell University)的研究人员一直在提倡一种替代解决方案,而计算机科学教授爱德华·费尔滕(Edward Felten)则声称,MEV拍卖增加了中心化,加剧了以太坊用户的问题。Pmcgoohan 也认同第二个阵营,认为MEV是可以避免的。Pmcgoohan对Flashbots的方法提出了批评,他认为,如果社区“在内存池按时间排序的问题上形成共识,MEV是可以解决的。”

在第二个阵营,研究人员已经通过设计公平排序交易的协议,在最小化或消除MEV方面取得了进展。目前的应用级解决方案包括ChainLink 的 Fair Sequencing Service、Offchain Labs 的 Aritrum 和 Automata Network 的 Conveyor。虽然所有这些协议都以不同的方式解决MEV问题,但它们依赖于DeFi应用程序在具体情况的基础上实现它们。最终的协议级灵丹妙药还没有找到,更不用说实现了。

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