ETW:Layer2 Rollup方案的MEV防范技術解析

本周，我們以技術視角，進一步探尋Layer2上Rollup方案的MEV防范問題。

區塊鏈的公平性、透明性與可驗證性是其受到廣泛信任的基礎，然而這樣的特性也給整個生態帶來了不小的麻煩。其中，MEV（礦工可提取價值/最大可提取價值）就是隱藏的黑暗森林。每一筆交易背后都可能有它的身影。在DeFi領域中，MEV通常分為三類：

良性MEV，主要發生在套利交易與清算中。在套利交易中，比如某個用戶發起一筆較大數額的交易，產生了一定的套利空間，此時套利機器人進行套利交易，將價格拉至正常水平，在此過程中，機器人從中獲取了利潤，但用戶利益沒有被損害；在清算業務中，當抵押物價值降低時，如果沒有補足差價或者出售資產，就會觸發清算，清算人可以以低于市場價3%-5%的價格獲取抵押資產。

不良MEV，主要發生在三明治交易與機器人套利中。在三明治交易中，比如某個用戶想要發起一筆1000 A代幣兌換1000 B代幣，機器人監聽到這筆交易后先發起一筆同樣的交易，使得該用戶可能僅兌換得980 B代幣，之后機器人再將980 B代幣兌換為1020 A代幣，賺取差價；在搶先交易中，套利機器人看到可套利交易后以更高的手續費提交，從而搶先交易獲取差價。

以太坊Layer2上總鎖倉量為94.77億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer2上總鎖倉量為94.77億美元，近7日跌4.75%。其中鎖倉量最高的為擴容方案Arbitrum One，約57.49億美元，占比60.66%，其次是Optimism，鎖倉量21.32億美元，占比22.49%。[2023/7/12 10:49:35]

災難性MEV，指對區塊鏈共識造成威脅和損害，在區塊獎勵遠小于MEV獎勵的情況下，礦工很有可能在損害共識的情況下獲取MEV利潤，從而破壞區塊鏈共識。

緩解MEV的方案有很多，上一節我們提到了擁抱MEV與消滅MEV的方案，然而在Layer2方案中，主流的項目是如何解決MEV問題的呢？我們重點介紹Optimism和Arbitrum使用的抗MEV方案。

MEVA（MEV Auction）方案，該方案最早于2020年初由Karl Floersch提出，巧合的是，Karl Floersch也是optimism的CTO。

Solana Mobile與Claynosaurz合作推出聯名NFT系列“Call of Saga”:4月19日消息，據Solana Mobile在社交媒體宣布，該Web3手機制造商已與NFT項目Claynosaurz達成合作并推出聯名NFT系列“Call of Saga”，該系列包含兩個全新Claynosaurz“物種”Spino和Para，以及為Saga手機用戶推出的獨家NFT，其中Spino和Para發行量分別為1000枚，預計Saga創世代幣鑄造完成15天后將能提供給代幣持有者。[2023/4/19 14:12:27]

MEVA的基本思想是將礦工的兩大核心權力進行拆分，即挖礦和定序。礦工（Validator）依然保有原先的挖礦權力，或者說是交易抉擇權力。但是一旦確定了交易，就無法對其進行排序，排序權力由定序器（Sequencer）決定。

從本質上來說，MEVA的觀念是：與其消除MEV，不如拍賣排序交易的權力，讓拍賣中的贏家任意排序交易，獲得最大收益。這種措施從某種程度上能夠降低競價導致的網絡擁堵，但無法避免不良MEV給用戶甚至網絡帶來的損失。

Klaytn將推出去中心化預言機網絡Orakl Network:4月4日消息，韓國區塊鏈平臺Klaytn計劃推出專門為Klaytn設計的去中心化預言機網絡Orakl Network，將根據Klaytn生態系統中DApp的需求優先提供新的數據饋送，且只以KLAY形式收取費用。每次Orakl Network向Klaytn上DApp提供數據時，收取的部分費用將被燒毀。[2023/4/4 13:43:58]

為什么說這種MEVA方案會給用戶帶來損失甚至威脅網絡安全呢？

讓我們思考一個問題，礦工加入網絡進行挖礦的原因是什么？當然是為了收益。那么當收益降低之后，ROI下降，礦工數量也會降低，參與者數量減少，區塊鏈網絡安全性變弱，整個區塊鏈網絡的價值會下跌。所以，不管怎么樣，我們需要假設礦工收益不變。

假設礦工每個區塊能收獲N個幣，其中包括挖礦獎勵、交易費和MEV，同樣假設每個區塊的MEV價值為M個幣。那么為了保持礦工收益不變，我們有如下可選項：

以太坊Layer2總鎖倉量下跌至43.8億美元，7日跌幅1.88%:金色財經報道，12月8日，據L2BEAT數據顯示，當前以太坊Layer2總鎖倉量回升至43.8億美元，7日跌幅1.88%。其中，鎖倉量前五分別為：ArbitrumOne（22.8億美元，7日跌幅2.84%）；Optimism（12.2億美元，7日跌幅2.16%）；dYdX（4.39億美元，7日漲幅4.23%）；Loopring（0.9515億美元，7日跌幅2.15%）；MetisAndromeda（0.8898億美元，7日跌幅6.25%）。[2022/12/10 21:36:25]

將M個幣的MEV價值給其他人，讓普通用戶給礦工支付N個幣；

將M個幣的MEV價值仍然留給礦工，讓普通用戶給礦工支付N-M個幣。

第一種方案是拍賣方案，第二種方案是普通方案。對于拍賣方案而言，普通用戶需要承擔不該承擔的MEV損失，來彌補礦工缺失的幣。而這M個幣的收益只是給到了一個非常“富有”的拍賣者。MEVA提案建議一次拍賣一整天的交易排序權，這恰恰給了贏家絕對的壟斷排序權，贏家有巨大的權力能在這樣的時間窗口內任意推遲、重組和審查交易。這樣更加中心化的控制會使得網絡遭受難以預估的損失。

SushiSwap聯合創始人0xMaki：DeFi的新機會和趨勢是用戶遷移到Layer2:金色財經現場報道，由金色財經主辦的“2021共為·創新大會”4月11日在上海舉行，本次大會以“DeFi的創新進階”為主題。SushiSwap聯合創始人0xMaki在會上發表主題演講“暢談DeFi的無限可能性”。0xMaki表示，DeFi市值將超過1000億美元。DeFi的新機會和趨勢是用戶遷移到Layer2，而不用直接和主網交互。未來我們會看到越來越多項目部署在EVM兼容鏈上。盡管Layer2會帶來破碎化的問題，但是未來會出現完全建立在Layer2基礎設施上的Robinwood。DeFi正在建立完全不同于就金融體系的新的金融系統，并且正在快速擴散。[2021/4/11 20:07:20]

FSS(Fair Sequencing Service)是由Chainlink提出的MEV防范方案。簡而言之，FSS讓用戶首先將交易發送至專門的智能合約SCON中。Oracle網絡觀察內存池中的這些交易，按照其到達內存池的時間（或其他特定的順序）進行排序，排序完成后再將其轉發給SCON，如下圖所示。

具體而言，首先如何實現排序的公平性？關于拜占庭容錯共識的研究已經持續了幾十年，但仿佛大家都忽略了“排序公平性”問題。Kelkar等人近期在研究中首次給共識加入了“排序公平性”的維度，大致目標為：如果大部分節點先收到交易T1,再收到交易T2。那么交易T1不能排在T2后面，這種協議被稱為Aequitas。目前該協議運行代價很高。但未來具有非常大的實用價值。FSS在執行交易排序是就支持Aequitas。當然它還可以支持更簡單的方案，例如它可以直接將交易加密，節點只有在排序后才能使用門限簽名來解密。

FSS框架中交易的生命周期是怎樣的呢？首先用戶需要將交易發送到SCON合約的內存池中，之后預言機代替SCON合約來獲取交易池中的數據，并根據交易到達內存池的時間進行排序，最后排好序發送給SCON合約。這種方案的優勢如下：

兼容性較高：用戶無需適配預言機網絡，直接傳輸至區塊鏈節點即可

Gas費低：預言機網絡可以批量打包發送交易給區塊鏈，用戶無需單獨上鏈，Gas費較低

但Arbitrum仍然需要依賴外在的Oracle Network來提供服務,Oracle Network的激勵方案不確定。

EigenNetwork從公平定序器和隱私mempool兩方面，在緩解MEV問題上做了雙重保證。

Eigen Network同樣依賴Layer2 Sequencer來完成定序，但與其他方案不同的是，Eigen Network將Sequencer放在Eigen Node中的EigenTEE中執行，這要求所有的定序器必須按照給定的定序代碼進行定序，定序的過程不允許被任意更改。一旦定序器將批量交易發布到Layer1,交易順序就得到了確認，這就是Eigen Network的公平定序器。

與此同時，Eigen Network支持交易的加密再廣播，保證mempool的隱私性，Sequencer無法直接進行獲取MEV信息。用戶可以根據需要使用合適的解決方案。

EigenNetwork的抗MEV方案從某種程度上來說以最低的代價緩解了MEV，沒有引入存在風險的MEVA方案，也沒有使用復雜的Oracle Network方案，而是將Sequencer天然集成到Eigen Node中，是最簡單且可靠的方式之一。

Eigen Network?是Layer2上第一個端到端的隱私計算網絡。

基于TEE等隱私計算技術與Layer2 計算能力無限擴展，Eigen能解決目前面臨的兩方面問題：1）由區塊鏈天然數據公開性導致的鏈上數據隱私泄漏問題；2）ETH擴展性不足導致的高昂手續費問題。除此之外，Eigen還將改革現有鏈上數據資產流通生產關系，從應用場景到技術棧考慮個體的隱私保護，成為對開發者友好且切實可行的隱私保護基礎設施，為Web2到Web3的轉換貢獻力量。

參考資料：

https://medium.com/offchainlabs/mev-auctions-considered-harmful-fa72f61a40ea

https://ethresear.ch/t/mev-auction-auctioning-transaction-ordering-rights-as-a-solution-to-miner-extractable-value/6788

https://blog.chain.link/chainlink-fair-sequencing-services-enabling-a-provably-fair-defi-ecosystem/

https://link.zhihu.com/?target=https%3A//eprint.iacr.org/2020/269

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