MEV與Flashbots：與眾不同的DeFi故事_MEV

原文作者：0x Fishy  原文編譯：Kxp，BlockBeats

MEV 是區塊鏈設計的副產品，是 DeFi 的獨有產物。本質上，MEV 只是一種利潤最大化的行為，即操作區塊鏈的驗證者試圖在驗證交易的任務上最大化他們的利潤。盡管我們可以認為 MEV 能通過提高資本效率來提供益處，但 MEV 會顯著影響使用去中心化應用的用戶體驗，包括更高的 Gas 費，滑點，以及驗證者勾結和中心化風險。本文首先將從理論概念的角度來審視 MEV，以及它對生態系統造成的系統性風險。接下來，我將以 Flashbots 為案例研究，探討 DeFi 社區是如何試圖解決 MEV 所有這些負面外部性問題的，并解釋為什么 MEV 的故事是一個具有代表性的 DeFi 故事：它揭示了許多關于構建真正去中心化金融系統的基本問題、挑戰、原則和權衡。

MEV 是區塊鏈技術的特征而不是缺陷。在給定的區塊鏈網絡中，驗證者（或傳統 PoW 模型中的礦工）負責決定哪些數據被放入鏈中。具體來說，他們可以控制數據的錄入和移除，以及這些數據在鏈上的排序。正如理性經濟主體一樣，驗證者會安排交易，以最大程度地獲得交易費用的利潤。

MEV 這一概念最初由智能合約研究員 Phil Dainan 在一篇名為《Flash Boys 2.0 》的重要論文中進行了詳細闡述。在這篇論文中，研究人員強調稱，目前利用大量機器人和套利代理商「預測并利用」普通用戶 DEX 交易的操作屢見不鮮，類似于傳統金融中高頻交易者積極優化交易延遲。僅在撰寫本文的最近 24 小時內，這些實體已通過 MEV 操作實現了 2578 個 ETH，約合 490 萬美元的收益。

雖然 MEV 是一個通用的概括詞，包括許多不同的套利方法和場景，但有幾個關鍵特征構成了 DeFi 中許多 MEV 機會的基礎。首先，大部分 MEV 是通過「優先 Gas 拍賣」（PGA)）這一過程實現的，其中用戶可以支付更高的交易（Gas）費用，以便優先運行他們的交易。由于許多套利機器人依賴于其交易的優先運行以獲得利潤，因此這些機器人將參與 Gas 競價戰，按順序提高價格，使其交易由驗證者運行，進而導致高網絡擁堵并超過普通用戶的出價費用，除非他們也支付高昂的交易費用。

另一方面，驗證者是這種實踐的主要受益者之一。事實上，權力的多寡與利潤的高低直接相關：因為驗證者（至少在理論上）擁有確定要運行哪些交易的權力，所以他們可以根據交易的費用來決定優先處理哪些交易，從而獲得「排序優化」收益。實際上，由于驗證者負責 MEV 搜索、打包和執行流水線等太多工作，因此大部分「排序優化」被外包給了專門的搜索者、構建者和中繼，這些中間實體可以被想象為驗證者的「秘書」，他們通過簡化 MEV 過程而獲得一部分利潤。具體而言，搜索者將發現 MEV 機會，構建者將這些機會打包成完整的「區塊」，而中繼將發送這些完整的「區塊」給驗證者或實際的區塊構建者。因此，當前 MEV 生態系統的總覽如下：

BNB Chain驗證者和項目正討論將MEV集成到BSC網絡中:6月16日消息，BNB Chain在推特上表示，BNB Chain驗證者和項目正在討論將MEV集成到BSC網絡中，一些驗證者以各種格式試行MEV。社區編寫了一套相關的指導方針，有待討論，正在收集反饋。

根據該指導方針，”BSC MEV執行原則“提出并闡明了一套原則和指南，用于在BNB Smart Chain（BSC）網絡中進行最大可提取價值（MEV）操作，旨在確保此類操作不會損害用戶體驗或操縱用戶以獲取價值，處理交易優先級等具體做法強調用戶與BNB生態系統之間公平與效率之間所需的平衡。[2023/6/16 21:42:05]

MEV 生態系統，來源：https://chain.link/education-hub/maximal-extractable-value-mev

正如我們之前暗示的那樣，雖然啟用 MEV 的套利可能會帶來一些好處，包括更高的資本效率和確保價格在不同交易所之間保持一致，但對終端用戶有巨大的外部性，如導致更高的交易費用、執行速度變慢和更高的滑點（例如三明治攻擊）。但是，這并不是 MEV 對區塊鏈的最大風險——如果驗證者相互勾結，MEV 操作實際上可能會破壞區塊鏈共識層的安全保障。

這一安全問題是源于激勵機制的不協調——在所有這些利潤豐厚的 MEV 機會中，礦工可以通過優化交易費用而不用仰仗恒定的區塊獎勵津貼來獲得更多收益。正如 Dainan 所寫，這意味著：

「因此，礦工可以分叉高費用區塊，保留一些費用來吸引其他礦工在分叉上構建。在極端情況下，從協議偏離的激勵可能導致經濟上理性的礦工的策略破壞，降低區塊確認所提供的安全性。」

這被稱為「價格戰」攻擊，是 MEV 破壞區塊鏈基本安全保障的幾種方法之一。其他已知攻擊包括「時間竊賊攻擊」，其中驗證者不是從當前區塊中竊取利潤豐厚的交易，而是串通起來通過重寫過去歷史來竊取和利用過去區塊中的 MEV 機會。此外，MEV 提取甚至不需要在鏈上進行，因為所有這些都可以通過場外交易完成，例如大型交易者和驗證者之間的交易。

因此，正如我們所看到的，這其中有很多利害關系（原文此處為「at stake」，意在雙關「質押」）。

某MEV機器人在Meme幣交易中執行三明治攻擊獲利超140萬美元:4月20日消息，據 NFT 數據和研究平臺 Sealaunch 監測，名叫 jaredfromsubway.eth 的 MEV 機器人在近日對 WOJAK 和 PEPE 等 Meme 幣的買賣雙方執行三明治攻擊中獲利超 140 萬美元。

此外，Sealaunch 表示在 4 月 18 日至 19 日的 24 小時內，MEV 機器人花費了以太坊 Gas 費的 7%。[2023/4/20 14:16:06]

考慮到未受到限制的 MEV 可能造成的嚴重后果，已經有幾個項目和團隊致力于減輕這種實踐的負面外部性。該領域最重要的團隊之一是 Flashbots，這是一個專門致力于重新調整 MEV 激勵的項目，既能夠獎勵誠實驗證者，同時又能夠減輕對普通用戶的最壞影響。

為此，Flashbots 試圖采取三個不同的步驟：（1 ）揭示 MEV「黑暗森林」，（2 ）民主化 MEV 提取，以及（3 ）將利益重新分配回生態系統。為了實現第一個目標，Flashbots 有一個專門的產品叫做 MEV-inspect，旨在「揭示」MEV 的「黑暗森林」，以量化 MEV 所引起的負面外部性，并呈現問題的規模。

「民主化 MEV 提取」和「重新分配利益」的另外兩個目標，則更為復雜，涵蓋了整套產品，隨著問題范圍和重點的變化逐步演變。從某種程度上說，我們可以認為 Flashbots 在過去兩年的產品開發歷史本身就是 Ethereum 成長和發展的一個縮影。

Flashbots 發布的第一個主要產品系列是 MEV-Geth 客戶端，或者說是 Ethereum Golang 實現的改進版本，能夠更好地防止 MEV 操縱，通過將其路由到一個私有交易池。在這個新客戶端的基礎上，建立了一個 MEV 拍賣市場，使用「一價封存競標」方法（也稱為「盲競標」），每個參與者只允許提交一個價格，而且競拍參與者都不知道其他參與者出價的價格。通過這種設計，Flashbots 緩解了之前討論過的導致網絡擁堵的「價格競標」戰爭。

創建 MEV-Geth 和 MEV 市場的指導原則是通過一種稱為「出塊者-構建者分離」的激勵重新協調過程，擴散驗證者構建區塊的權力和責任。使用 MEV 拍賣的驗證者不需要進行 MEV 搜索和交易打包的復雜過程，而是可以簡單地查看 MEV 市場，找到可以給他們帶來最高 MEV 的交易，然后提交反映他們實際偏好的單個出價。此外，為了防止驗證者包括自己的交易并從用戶交易的前置交易中獲利，實際交易細節（買入訂單、賣出訂單、清算等）直到構建區塊完成后才會公開。

安全團隊：某MEV機器人被利用，損失約187.75WETH:10月14日消息，BlockSec監測顯示，MEV機器人（0x00000.....be0d72）被利用，損失約為187.75WETH。其中攻擊者用Flashloan借了1WETH并發送給機器人，隨后機器人將WETH換成USDC并發送到攻擊者的合約，攻擊者將USDC換成WETH并提現。[2022/10/14 14:27:39]

那么為什么驗證者要使用這種算法，放棄上述有利可圖的 MEV 機會呢？這是因為這個 Flashbots 算法僅從市場中挑選 MEV 交易對于驗證者來說更容易、更便宜。隨著越來越多的高質量 MEV 交易通過市場而不是直接在鏈上進行，驗證者通過堅持使用 Flashbots 可以獲得更高的收益。結果非常令人印象深刻：就在 MEV-Geth 發布不久之后，超過 90 ％的 Ethereum 驗證者開始使用這個項目，從而顯示了激勵重新協調在解決潛在問題方面的重要性和有效性。隨著 Ethereum 生態系統的發展，并在 2022 年 9 月從工作量證明模型（PoW）轉向權益證明模型（PoS），這種 Ethereum 底層共識結構的變化讓我們有必要對「出塊者-構建者分離」的概念進行更新。

PoS 比 PoW 更高效的主要原因是，在 PoW 中，每個節點都要從頭開始構建和出塊；而在 PoS 中，只有少數驗證者擔任主要區塊的出塊者，向區塊鏈附加數據。雖然這對環境和計算效率很有好處，但由于 MEV 收益極具吸引力，這可能會帶來額外的中心化風險，特別是如果驗證者（「出塊者」）與市場賣方的關鍵「構建者」串通。即使是運行私有交易池的 Flashbots 也可能會受此蠱惑，不過我們把信任寄托在單一實體（如 Flashbots）身上這件事本身就與去中心化的精神相背離。

MEV Boost 系統圖，來源：https://github.com/flashbots/mev-boost 

因此，Flashbots 發布了 MEV-boost，這是一款軟件，它去中心化了這個 MEV 市場的「供應方」。MEV-boost 不僅包含 Flashbots 私有交易池中的交易（實際上是壟斷），還允許運行此軟件的任何構建者向所有參與的驗證者提交交易。對于驗證者來說，隨著更多的構建者參與構建所有這些不同的區塊，他們可以獲得更多的收入，并且公平化驗證者的競爭環境，從而建立一個更強大、安全的生態系統。與 MEV-Geth 一樣，這種新穎的設計重新調整了多方的激勵，以避免中心化風險，并取得了巨大成功，網絡采用率超過 85% ，其中 Flashbots 只中繼了 34% 的交易。

MEV機器人通過對穩定幣進行套利交易賺取47.6萬美元:3月25日消息，Flashbots產品負責人Robert Miller發推稱，兩個MEV機器人通過對穩定幣進行套利交易賺取476000美元。MEV代表最大可提取價值，通過重新排序和審查區塊來提取價值。

第一個機器人的目標是2400萬美元的穩定幣互換。它利用大量穩定幣交易帶來的套利機會，在以太坊和相關穩定幣之間進行交易。Etherscan數據顯示，該機器人通過將以太坊兌換為USDC，然后兌換為USDT，賺取275 ETH差價（832000美元），再將大部分套利所得支付給了區塊生產商Ethermine，最終獲得10 ETH（30000美元）的凈利潤。第二個機器人利用相似的套利過程獲利164 ETH（492000美元），向F2Pool支付16.44 ETH（49000美元），最終賺取大約147 ETH（446000美元）的利潤。（The Block）[2022/3/25 14:16:59]

迄今為止，緩解所有中心化風險、使去中心化金融免受 MEV 最有害影響的探索仍未結束。在實施出塊者-構建者分離的過程中，Flashbots 的解決方案是將驗證者的關鍵權力和責任分散，或者說重新定向給「構建者」，將這些「構建者」作為獨立于驗證者的實體，為驗證者做交易的挑選和選擇。事實證明，這其中雖然存在著巨大的規模經濟，但反過來又導致了構建者角色中存在的中心化風險。

那么，這些規模經濟對于構建者角色意味著什么呢？回想之前我們提到的，搜索者、構建者和中繼都扮演著不同的角色，搜索者搜索 MEV 機會，然后將這些機會發送給構建者，構建者將完整區塊發送給中繼。這意味著搜索者必須選擇發送結果的對象。為了最大化自己的回報，他們將選擇最高質量的構建者，這些構建者將經常得到驗證者的選擇。隨著更多高質量的交易流向頂級構建者，這就產生了一種中心化效應——頂級構建者將始終從搜索者那里獲得最高的 MEV 交易，從而鞏固了他們的地位。

構建者中心化效應，來源：https://simbro.medium.com/mev-driven-centralization-in-ethereum-ec 829 a 214 f 18  

以太坊社區成員：解決網絡集群的地理風險需要完全消除驗證者提取MEV的能力:金色財經報道，以太坊社區成員在ethresear.ch中發表關于《PoS 會導致驗證者的地理聚集嗎？》文章，Mister-Meeseeks表示，PoS 過渡的一個被低估的方面是，重新定位驗證器節點比挖掘操作要容易得多。因此，我們希望區塊驗證器比當前的區塊礦工在地理上更具移動性。這意味著，如果某個地理位置甚至有一點優勢，我們預計會有不成比例的驗證器聚集在那里。這顯然不利于網絡的彈性、安全性和去中心化。

特別是我的實際擔憂與 MEV 套利有關。大部分集中式交易所價格發現發生在東京。FTX、Binance 和 Huobi 匹配引擎都在一個數據中心內運行。

對于從事 MEV 的驗證者來說，與這些交易所共處一地是一個主要優勢。為訂單活動提供低延遲數據意味著能夠對分散的交易所進行套利。相比之下，在日本以外運行驗證器會增加數百毫秒的延遲。以 12 秒的區塊時間，將您的驗證器放在東京每年價值數千萬美元，以實現 10 億美元的 CeX/DeX 套利策略。

特別是，東京作為網絡集群的地理位置尤其具有高風險。它極易發生地震和海嘯。如果 90% 以上的驗證者同時下線，網絡會發生什么？為了解決這個問題，我認為協議必須要么 1）完全消除驗證者提取 MEV 的能力。或者 2) 通過一些比 MEV 提取更重要的獎勵計劃來明確激勵地理多樣性。[2021/8/14 1:54:10]

這種構建者中心化效應在實踐中得到了證實。在撰寫本文的最近 24 小時內，排名前 5 的構建者提出了約 90 ％的總 MEV-Boost 區塊。隨著這種中心化程度的提高，這些寡頭公司可能開始利用他們的主導地位來操縱交易，包括勾結和審查某些交易，這都可能危及底層區塊鏈的安全性。這就是 Flashbots 最新項目的目標：價值表達的單一統一拍賣，旨在將區塊構建過程從任何單個區塊鏈中分離，并將其外包到一個獨立的網絡中，從而實現區塊構建者角色的去中心化。

SUAVE 和 L1 區塊鏈棧，來源: https://writings.flashbots.net/the-future-of-mev-is-suave/

SUAVE 實際上是一個獨立且專用的區塊排序鏈，主要負責交易內存池和構建者職責相關問題，而諸如 Ethereum 之類的原生鏈的驗證者將負責出塊和證明角色。正如我們所看到的，SUAVE 是「出塊者-構建者分離」原則的自然延伸，其中，我們將出塊者和構建者放在兩個完全獨立的鏈上，以使它們都足夠去中心化且彼此分離。此外，SUAVE 的愿景是，它將作為許多不同鏈的共同排序層，這樣，無論你是 Ethereum、Arbitrum、Polygon 還是任何其他 EVM 鏈上的驗證者，都可以使用 SUAVE 來找到最佳的 MEV 機會。這不僅適用于你所在的原生鏈，還適用于跨鏈交易的跨域 MEV，因此我們不能只關注原生鏈的交易內存池。

SUAVE 跨鏈情況，來源: https://writings.flashbots.net/the-future-of-mev-is-suave/

盡管 SUAVE 擁有最終有利于所有參與方的宏偉目標，并讓 Ethereum 生態系統更加去中心化，但自 2022 年 11 月成立以來的六個月中，仍有幾個核心設計問題需要解決。例如，其中一個核心問題是是否將 SUAVE 建立為單獨的 L1 鏈（類似于 Chainlink），或使用 Rollup 解決方案，或使用「借用」Ethereum 驗證者的再抵押服務，例如 Eigenlayer。這些解決方案在實現便捷性、驗證者保留、安全性和靈活性方面都有其獨特的權衡，我們不會在此詳細討論。

另一個核心問題是 SUAVE 是否會發行自己的 Token。盡管 SUAVE 論壇目前否認它將推出自己的 Token，我們仍然有幾個疑問，即 Flashbots 是否會堅持這一點。特別是考慮到從長遠來看，作為一家私人公司，推出 SUAVE Token 似乎具有很重要的經濟意義。此外，人們可以提出一個合理的論點，即 Flashbots 之所以認為它可以在熊市中籌集到 10 億美元的獨角獸估值，是因其對未來 SUAVE Token 發行進行了暗示。

那么，是什么讓 Flashbots 選擇不推出 SUAVE Token 呢？事實證明，推出 Token 會帶來幾個令人頭疼的設計決策。例如，這個 Token 是否對某些交易有用，或者僅僅是「另一個僅供治理的 Token」？如果這個 Token 有用處，它的用途會是什么樣子？使用 Flashbots 的不同利益相關者（例如，不同的鏈、最終用戶、Flashbots 上的構建者等）如何被激勵使用和信任這個新 Token，而不是使用更為成熟的 Token，如 ETH，甚至是 L2 Token，如 ARB？在任何情況下，他們都將面臨一個復雜且費神的激勵協調過程；因此，對于 Flashbots 團隊來說，現在避開推出 Token 完全是有道理的。

盡管現在很難說 SUAVE 最終會采取什么形式，以及這個全新的排序鏈是否會成功實現其目標，并以真正緩解 MEV 負面外部性的方式協調激勵，但我相信，MEV 和 Flashbots 代表了在設計真正去中心化的金融系統時需要做出各種權衡、問題和原則的典型形象。

首先，正如前面所提到的，MEV 是區塊鏈設計的特性，而不是缺陷。這些套利機會和驗證者的利潤激勵源于區塊鏈的即時可訪問性，并保證了 DeFi 的資本效率。MEV 的負面傷害，包括擁堵、Gas 戰和最終用戶的滑點，僅僅是這個過程的副產品和負外部性。

根據定義，負外部性不會影響從事負面行為的實體。在這種情況下，對終端用戶造成網絡擁堵和滑點并不會損害從事這種盈利行為的驗證者或套利機器人。通過傳統經濟學我們已經廣泛認識到，純市場化系統無法很好地解決所有這些外部性。在傳統市場中，政府或其他監管機構會介入以糾正市場波動并最小化負外部性的影響（例如煙草和酒精稅）。

另一方面，DeFi 本質上是無需信任的，并反對任何形式的政府執法。它最接近于「執法機構」的情況大概是通過在代碼中編碼規則和法規（例如通過智能合約）來實現確定性和透明性。因此，就像 Flashbots 的故事所展示的那樣，減少 MEV 這種現象的負面外部性始終依賴于復雜的激勵重新設計和調整。畢竟，就像華爾街的量化交易員一樣，DeFi 套利機器人并不以其高道德標準和善意聞名。

利用激勵重新設計來減少 MEV 的負面外部性不僅僅是 Flashbots 固有的方法。除了 Flashbots 之外，還有許多其他團隊試圖重新調整激勵，以開發協議來減少 MEV 的影響。例如，Chainlink 的公平排序服務（FSS）利用其去中心化預言機網絡將「交易排序」過程外包給驗證者，實現了類似于 SUAVE 網絡所追求的目標。另一個例子是 CoW 協議（曾用名為 Gnosis chain）的「意愿巧合」（CoW）機制，它根據意愿是否相互補充（例如我想要 1500 USDC 換 1 ETH，而你想要 1 ETH 換 1500 USDC），自動將交易拼合在一起，并使用求解器算法來確保每個人都以最優價格交易。

但是，激勵重構尤其是在不信任任何單方的去中心化環境中，可能是一個令人抓狂的難題，因為你基本上是在試圖抵消規模經濟。以 Flashbots 的構建者中心化現象為例，那些已經「證明了自己的價值」的構建者更有可能得到搜索者的「信任」，進而獲得更多高質量的交易，并鞏固他們作為市場領導者的地位。要通過激勵重新協調來識別、解決和實施一個去中心化的替代方案，基本上就像是在玩「打地鼠」的游戲——你永遠不知道新引入的激勵系統可能包含哪些中心化漏洞和隱含的規模經濟效應，所有這些只有在事后才能知曉。

此外，在一個復雜的系統（如區塊鏈）中，有許多不同的利益相關者和代理人，幾乎不可能避免外部性，因為幾乎肯定會存在其中一個利益相關者的行為影響到另一個利益相關者行為的情況。正如 Dainan 在「Flash Boys v2.0 」中展示的那樣，這些外部性中的許多都可能構成真正的威脅，從而破壞整個系統的穩定性。因此，任何去中心化的系統——即使是那些具有良好設計的博弈理論原則——都將始終具有內在的復雜性、精細性和脆弱性，其中任何一個未預見到的漏洞就可能威脅到其存在。

與容易遭到破壞的中心化系統相比（可以創建必要的對策），去中心化系統不包含任何明顯的「單點故障」——但這恰恰是讓去中心化系統有時比中心化系統更致命的原因所在——每個節點都有可能成為一個「單點故障」，如果系統設計中存在漏洞的話。

最終，MEV 和 Flashbots 的故事告訴我們，維護去中心化系統的健康狀態總是需要持續且艱難的努力——就如同參與一場「打地鼠」游戲。在一個去中心化的系統中，信任的擴散需要責任和警惕的擴散，特別是在有如此多經濟激勵的情況下：無論好壞，MEV 都將繼續存在下去。

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