以太坊:以太坊礦工可提取價值（MEV） 為何說這與你密切有關

原文標題：《關于以太坊MEV的一切為何說這與你密切有關》

注：原文作者是來自Paradigm基金的研究員CharlieNoyes，在這篇文章中，他解釋了礦工可提取價值的概念及類型，其表示，MEV問題會損害用戶和區塊鏈網絡。他還提到，相較于比特幣簡潔的設計，以太坊的復雜性和DeFi應用的爆發式增長，使得以太坊面臨的MEV問題較比特幣更為嚴峻，最后，他還總結了一些潛在的解決方案，以緩解MEV問題。

以太坊的核心，是其靈活的智能合約允許開發者探索無許可應用的新領域。建立在以太坊基礎之上的去中心化金融協議的爆炸性增長，得以讓我們瞥見這一創新在未來可能帶來什么。

就像第一次互聯網革命中的編程庫一樣，DeFi的“金錢樂高”，使得開發人員能夠通過組合和混合簡單的基礎塊來構建復雜的系統。而這種復雜性也帶來了新的風險，而其中的一個風險就是礦工可提取價值。

礦工可提取價值是什么？

礦工可提取價值的概念最早是由PhilDaian在《FlashBoys2.0》這篇論文中提出，最近，我和我的同事DanRobinson、GeorgiosKonstantopoulos以及samczsun在《以太坊是一片黑暗森林》以及《逃離黑暗森林》這兩篇文章中都提到了這一概念。

礦工可提取價值已經成為了加密經濟學的一個基本概念，但究竟什么是MEV呢？其對無許可區塊鏈的影響又是什么？

所謂礦工可提取價值，是指礦工通過在其生產的區塊內任意包含、排除或重排序交易等能力所獲得利潤的一種度量。

想象一下，在一筆大宗交易導致價格產生滑點之后，Uniswap上出現了一個1萬美元的套利機會。這個時候，套利機器人就會注意到這個機會，并提交一筆交易來捕捉它，其會向礦工提及一筆包含10美元交易費的套利交易。然后，就可能發生以下兩種情況：

礦工會復制并審查套利者的交易，以便自己抓住這個套利機會；

其他機器人會注意到這個套利機會，并給出更高的交易費報價，開始一場爭奪套利權的競價戰。這種競拍被稱為「優先gas競拍」；

交易員：比特幣的空頭是以太坊:知名交易員和分析師Crypto Cobain認為，長期來看，我確實認為比特幣的空頭就是以太坊。如果以太坊持續上漲超過比特幣的市值，那么這可能會損害領先的加密資產的成功，因為長期的BTC所有者會將其持有的資產交易為ETH。（dailyhodl）[2021/5/2 21:17:12]

這10000美元的潛在利潤就是MEV，如果沒有礦工去捕獲它，并且發生了PGA競爭，那么競拍結算價格和總MEV之間的差額，就是獲勝交易者的利潤。

這個例子給出了關于MEV的高分辨率視圖，但它還無法描繪全景。MEV并不是一種罕見的事物，這些小小的金融游戲會產生連鎖反應，這篇文章將探討這個問題，并解釋為什么MEV可能會傷害以太坊及其用戶。

DeFi成功所帶來的直接結果，是以太坊MEV的已知下限正以指數級的速度增長。以這種速度發展，我們相信MEV會在接下來的一年帶來實際的問題。

MEV的情況

關于以太坊總共有多少MEV，目前是很難判斷出來的。我們目前所知的所有MEV，只是一個下限值。

這是因為MEV可以在用戶與區塊鏈交互的任何時候創建，而智能合約可以實現功能上無限數量的潛在交互。因此，通過暴力計算區塊鏈的總潛在MEV，是不可行的。

但是，我們可以通過將已知已提取的MEV相加，來建立基線。然后，我們可以使用啟發式方法來推斷真實下限可能比我們的基線高出多少，以及未探索到的MEV如何影響區塊鏈的環境。

今天的MEV

以太坊當前的情況是，大多數礦工還沒有自己嘗試捕獲MEV。目前幾乎所有的活動都是由非礦工交易者推動的。然而，一些MEV只能由礦工捕獲，因為他們有權任意排序交易。非礦工交易者可以訪問“簡單”MEV的嚴格較小子集，PGA無法有效地表達“復雜”偏好。

這意味著，我們目前看到的，大多數是PGA類型的MEV。就像上面我們提到的例子一樣，Uniswap套利是實踐中最常見的MEV。

Uniswap V3 版核心和外圍合約已部署到以太坊主要測試網:據官方消息，Uniswap 表示Uniswap V3 版本的核心和偏外圍（periphery）合約現已部署到主要的以太坊測試網，包括 Ropsten、Rinkeby、Kovan 和 Goerli。Uniswap 智能合約代碼由兩個 github 項目組成。一個是 core，一個是 periphery。Uniswap 表示，這些合約地址非最終地址，當對外圍存儲庫進行最終更新時，將會被更改。[2021/4/21 20:42:10]

另一種現實生活中出現的MEV類型，是從易受攻擊的智能合約中進行盜竊。Dan等人在《黑暗森林》的文章中描述了一個例子，他們發現了一個智能合約，其存在一個漏洞，導致任何人都可以從中竊取資金。Dan計劃在竊賊還沒來得及偷取這筆資金之前利用漏洞追回資金，然而，一個套利機器人自動識別到了這個機會，并復制了Dan的交易，其給出了更高的交易費用，機器人在Dan之前成功執行了交易，最終奪走了資金。

MEV的明天

當以太坊礦工開始積極探索MEV時，MEV的下一個時代將會到來。然而，直到最近，社區產生的一個共同假設是，礦工是利他主義的，他們會放棄主動奪取MEV收入，并繼續運行默認節點軟件。比特幣礦工根據經驗選擇了不實施「自私挖礦」策略，因此確實有一些先例表明礦工不會去做惡。

但我們認為，這種「礦工利他主義假說」，在過去3個月中已被證明是完全錯誤的。根據觀察，當前確實有一小部分算力已在探索捕獲MEV。我們相信，最近以太坊礦工開始認真考慮MEV，狂熱的非礦工套利者活動突顯出，礦工可以更有效地抓住這些盈利機會。此外，非礦工套利者無法獲得的MEV類型，是一大筆完全未受發掘的礦工收入寶庫。在某種程度上，更令人驚訝的是，礦工們花了這么長時間才參與進來。

大壩可能已經潰決：礦工們將冒險深入邊境，探索更為奇特的MEV和串通形式，以太坊及其用戶可能會面臨著風險。

這篇文章的其余部分，將更詳細地探討未來的前景，首先從我們提到的MEV潛在“風險”的意思。

Pax Treasury在以太坊網絡增發約2400萬枚BUSD:據Whale Alert數據，北京時間10月9日13:19，Pax Treasury在以太坊網絡增發24,063,250枚BUSD，交易哈希為0xf4839908291479bd5a6dc7c19b88e428ba96d78d0be171e4143f4d30d458cb59。[2020/10/9]

MEV可能會傷害用戶

MEV是礦工可以向用戶收取的無形之稅。

在我們上面提到的Uniswap示例中，一筆大宗交易創造了價值1萬美元的利潤機會，隨后套利機器人會將市場價套利至與真實價格持平，這使得Uniswap市場更加有效，同時又不損害原始交易者的利益。這是一個良性MEV交易的例子。

然而，針對同一筆交易，一種不同版本的套利方式是，套利機器人會在執行之前識別用戶的交易，并將其交易“夾在”自己的買賣訂單之間。而最終結果是，MEV對用戶征收了無形的稅收：套利者操縱訂單，人為抬高執行價格，然后機器人立即出售以獲取利益。當然，礦工也可以做到這一點，甚至不需要付出任何代價。這就是所謂的惡性MEV交易。

MEV可能會傷害以太坊

MEV本質上鼓勵共識的不穩定。

想象一下，有兩個礦工，Sam和Dan，他們每找到一個區塊就能得到100美元的報酬。Sam找到了3個區塊，其中第一個區塊包含了10000美元的Uniswap套利機會。

那么現在，Dan就有了選擇：他可以在Sam的3個區塊上挖礦，也可以嘗試重新挖取第一個區塊，以便自己進行Uniswap套利。顯然，10000美元的套利機會遠比100美元的區塊獎勵要更有利可圖，理性會讓Dan戰勝誠實，所以他決定重新挖取第一個區塊。

由于目前的最長鏈是高度為3的鏈，Dan也重新挖取第二和第三區塊。在重組后，Dan擁有了最長鏈，他和Sam可以從第三個區塊繼續挖取區塊。

這被稱為“時間盜賊”攻擊：如果區塊獎勵與MEV相比是足夠小的，那么礦工破壞共識便是合理的。

動態 | 監測：以太坊鏈上近100萬枚USDC被銷毀:Whale Alert監測數據顯示，北京時間18:54，以太坊鏈上1,001,045 USDC被銷毀。[2020/1/13]

我們的例子是在一個雙方的系統中。而在真實的多人游戲世界中，每一個理性礦工都有可能試圖重組第三個區塊，并從根本上停止進程。然而，這可能會破壞礦工的算力投資價值。如果我們看到這種行為，那么它很可能會以更短、更頻繁的重組形式出現，而這種重組不會完全停止區塊鏈進展。

MEV是以太坊獨有的嗎？

不是，理論上，我們在比特幣網絡也可以看到MEV。審查閃電網絡通道或雙花染色幣就屬于MEV。然而，我們的假設是，比特幣本質上要比以太坊這樣的區塊鏈更少受MEV的影響。

原因在于兩者的復雜度和“狀態”性。

MEV在給定區塊鏈上累積的速率，通常與其應用層行為的復雜性成正比。

像以太坊這樣靈活的協議，無法限制這種復雜性，并且隨著時間的推移，其固有地會傾向于更大的復雜性。

如果不改變以太坊的用戶體驗，就無法輕松緩解MEV激勵。

這就是為什么我們會說，以太坊的復雜性可能是一個詛咒。

MEV跟隨復雜性

從某種純粹的理論意義上講，即使比特幣也無法約束其潛在的MEV風險敞口。然而，比特幣的設計很好地阻止了意外的高MEV用例，在實踐中，它們很少被看到。未來這種情況似乎不會改變，因此我們并不認為MEV會成為比特幣更大的問題。

相比之下，我們可以觀察到，以太坊上的MEV在呈指數增長，這主要是由于DeFi應用的大量價值流動帶來的。那些看起來如此有前途的金融原語，你也可以將它們視為以太坊的寄生蟲：它們轉動著一張無窮無盡的MEV網絡，而該網絡每天都在變大，越來越復雜。

以太坊無法約束復雜性

如果閃電網絡在比特幣上創造了無法維持的MEV，我們可通過相對簡單的方式從比特幣有限的規則集中刪除創建支付通道所需的操作碼。

動態 | 以太坊用戶將獲得頂級互聯網域名:據coindesk報道，今日，以太坊名稱服務（ENS）宣布與Minds + Machines Group（MMX）達成新合作伙伴關系，將使以太坊用戶能夠將其地址附加到頂級互聯網域名上，從而更容易記住與他們的資產，錢包和服務相關的標識符。以太坊用戶將可在MMX的.luxe域名中注冊地址，該域名是“讓您輕松轉換”的縮寫，這為用戶提供更加友好的方式來訪問區塊鏈的資產和服務，例如dapps和智能合約。\u2028[2018/8/4]

另一方面，如果我們發現某些應用模式對以太坊構成了類似的風險，則不可能在EVM上排除所有這些行為的可能實現。各個實現可以分叉，但是如果沒有許可合約部署或嚴格限制EVM，我們將無法阻止一般行為。無論是哪種情況，以太坊都將無法啟用“無許可的智能合約”。

MEV問題很難解決

最后，大家很自然地會問，以太坊是否可以建立一種機制來抵消協議中的MEV。簡而言之，至少在不改變以太坊開發者或用戶體驗的情況下，這是做不到的。

任何試圖阻止礦工獲取收入來源的嘗試，都可能激勵建立協議外市場。例如，如果僅允許所有交易支付固定費率，我們會看到礦工與交易者串通，接受帶外交易優先權的支付。同樣，如果所有交易費用都被燒掉等方式，礦工們將簡單地單獨收取費用。

這就是為什么我們說MEV不容易被抵消。當然，現在是存在一些潛在的緩解措施，但它們需要對以太坊應用的架構和用戶與之交互的方式，進行結構性更改。

結論

如果比特幣的激勵安全性失敗，至少在區塊獎勵變為~0之前，很難想象任何無許可的區塊鏈可以避免類似的命運。比特幣的簡潔性不僅美觀大方，而且還最大限度地減少了其協議外的激勵面。

相比之下，我們會更擔心以太坊，以太坊的應用層復雜性和MEV，正在繼續呈指數級增長。MEV收入的已知下限，可能會大于該年度內ETH礦工安全激勵措施的價值。

大規模、高效的MEV提取，可能使以太坊用戶的“稅收”難以維持。以太坊可能會變得擁擠不堪，并且所有應用的成本都會變得更高。平臺用戶體驗將受到損害，這可能會阻礙以太坊的網絡效應和勢頭。

當然，主要的未知數，在于以太坊礦工是否會開始最大程度地大規模利用MEV。礦工可以最大效率地提取所有類型的MEV，因此成本和用戶體驗問題可能是災難性的。

“時間盜賊”也有可能出現，盡管礦工們不太可能因為大規模重組而損害他們對以太坊的長期利益。但在簡化版攻擊中，礦工們可以故意放棄或重組一小部分有利可圖的區塊，而這仍然是有害的。

無論如何，是時候該認真考慮，一旦局勢出現了惡化，我們應該采取什么樣的措施了。

緩解MEV問題

理想的解決方案將只是減少以太坊上的MEV，或者在不增加通貨膨脹的情況下增加礦工的安全激勵。在以太坊的情況下，無許可的應用統一共享平臺安全性，因此，我們的選擇是有限的：

更好的應用設計：每個應用都可以自行設計，以最小化它所創建的MEV數量。這可能會是一個競爭優勢，因為用戶將獲得更低的成本和更好的用戶體驗。但是，該協議不能強制應用這樣做，并且可以避免多少MEV是有限制的。

其他安全激勵措施：除區塊獎勵之外，穩定的礦工收入流是協議安全的附加因素，這有助于抵消MEV。

除此以外，大多數研究都集中在如何使破壞穩定的共識更困難或更昂貴，而不是避免根源的MEV：

分離包含和排序：礦工只能負責交易包含，而將決定交易排序的權利拿出來單獨競拍。理論上，這將隔離重組激勵。然而，這保證了用戶將始終承受拍賣所帶來的MEV提取水平，這可能相當于多區塊時間盜賊攻擊。

最終性：中本聰工作量證明機制只有概率最終性。而基于BFT的算法具有很強的最終性保證，這意味著時間盜賊攻擊更為困難，因為即使是一個最終確定的區塊，也需要更大的合謀來重組。然而，有了足夠的MEV，重組的動機仍然可以克服合謀的困難。此外，參與者仍然有權按他們作為提議者的區塊隨意排序交易，因此僅憑最終性無法解決搶先交易問題。

權益證明：基于PoS的區塊鏈，可以大幅罰沒試圖重組的驗證者，從而使時間盜賊攻擊的成本大大增加，尤其是當與最終性相結合時。然而，有了足夠的MEV，進行重組的動力仍然可能會大于大幅罰沒的懲罰。

所有這些方法，都會對以太坊的生態系統產生重大影響，其中很多會涉及對核心協議的修改，甚至需要數年的時間才能實施。那些只能在應用層完成的操作，仍然可能需要開發人員重新架構，并將大多數生態遷移到其他環境。

希望接下來的一年，能讓MEV和以太坊的發展道路更加清晰。目前，很多Paradigm的投資組合公司正在研究緩解MEV問題的方案，如果你對這件事感興趣，那你可以關注下它們。

Rollup

Rollup已成為以太坊的主要L2擴容解決方案，目前已經存在了幾種不同風格的Rollup，但總的來說，Rollup使得聚合器可以脫鏈執行應用，僅向以太坊主網發布顯示欺詐所需最低限度的信息。這允許低延遲和高吞吐量，而不放棄基礎鏈的安全保證。

除了作為一種擴容解決方案，Rollup還可以實現交易排序和執行分離。VitalikButerin最近提出，以太坊可主要成為處理所有事務執行的rollup數據可用性層，將MEV捕獲集中到rollup序列器中。

這將與以太坊目前的設計大相徑庭，并且需要權衡取舍。例如，跨rollup和rollup-主鏈的互操作性破壞了同步性，并且可能需要在實踐中進行不同的假設。我們的投資組合公司正在研究兩種不同的rollup類型：

StarkWare

StarkWare正在開發ZK-Rollup，它主動地包含帶具有區塊有效可驗證的正確性證明，而不是樂觀地假設有效性并確保在有挑戰的情況下提供欺詐證明。

雖然不是為執行和排序分離所設想的最初風格的rollup，但是ZKRU可以實現這一點。這個證明引擎還可以用于對排序實施附加約束。

Optimism

Optimism正在研究另一種主要的rollup—OptimisticRollup(ORU),其會發布檢查欺詐所需的最小數據，但樂觀地假設正確性，直到發生質疑挑戰。這將導致相對較長的最終性窗口，但允許其rollup使用與以太坊L1EVM相同的執行環境。

Optimism也是MEVA和ETH1.5的最初提出者。

Flashbots

Flashbots是一個研發組織，其成立的目的是從以太坊開始，緩解MEV帶來的負面外部性和存在的風險。他們建立了量化MEV并消除生態系統中信息不對稱的工具。他們現在正在實施一種稱為MEV-Geth的無許可MEV提取概念證明，這是一種用于傳遞交易順序偏好的密封競價區塊空間拍賣機制。

Flashbots的目標，是確保MEV的激勵措施不會變得不透明和不民主。希望他們的基礎架構，將使應用開發人員能夠更好地了解如何最大程度地減少其MEV問題，并釋放一些壓力，否則這些壓力會累積成真正有害的外部因素。

Cosmos

Cosmos是一種無許可、可互操作應用的替代模型。盡管Cosmos與以太坊上的MEV沒有直接關系，但這種架構，可以在不采用以太坊的統一安全范式的情況下，切實地實現類似復雜性的應用生態系統。

可以想象，Cosmos區塊鏈將在很大程度上特定于應用，并且默認情況下不會彼此共享安全性，這可能使它們避免共享平臺上有害的外部性。如果以太坊朝著ETH1.5的方向發展，它看起來將非常類似于Cosmos。

最后，非常感謝我的的同事ArjunBalaji、DanRobinson、GeorgiosKonstantopoulos和MattHuang，然后還有Hasu，他們的討論和反饋為本文提供了幫助。

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