深入体验以太坊黑暗森林：DeFi 套利机器人是如何掠夺用户的？

之前看过几篇关于以太坊黑暗森林的文章，对其中的黑暗、扭曲深感震撼。于是花了几天时间写了自己的机器人，深入体验了其间的险恶。

概述

什么是以太坊的黑暗森林？它是指以太坊上鲜为人知、却广泛存在的一种不公平的、暗黑的机制 --Mempool 的打包机制的特权使用。一般而言，矿工按照交易给予的矿工费（GasPrice）高低来进行排序打包。这些交易的排序先后对于单个转账交易并无影响，然后涉及到 DeFi 交易，情况就不一样了。

在 DeFi 中，交易被打包的顺序深刻影响着其经济利益。例如，在 Uniswap 中，同样两个针对某交易对的买单，先被执行的交易将获得更多代币。如果你总是在一笔买单前买入同样的代币，然后又紧随其后卖出，则将「毫无风险」地获利。这也被称为提前交易（Front-Running）。

细节

为什么提前交易可以获利？以 Uniswap 为例，其价格模型是 x * y = 常量。例如初始 x = 100，y = 100，那么常量 = 10000。那么当：

用户 A 用 10 个 x 买入 y。此时 x = 110，y = 90.9，用户 A 获得 9.1 y。（x * y 依然等于常量 10000）

用户 B 用 10 个 x 买入 y。此时 x = 120，y = 83.33，用户 B 获得 7.57 y。（x * y 依然等于常量 10000）

用户 A 卖出所有 y。此时 x = 108.18，y = 92.43，用户 A 获得 11.82 x。（x * y 依然等于常量 10000）

以上例子可以看出，用户 A 通过提前交易，发出两个交易，一前一后包裹用户 B 交易，则可以「毫无风险」地获利。这里打上双引号是因为需要假设没有其他同样策略的用户 A 出现。在真实的市场环境中，用户 B 是一个真实的用户，而用户 A 则是一个机器人。

以 Uniswap 为例，当前市场上充斥着大量的提前交易机器人。这些机器人时刻监控着出现在以太坊 mempool 中的用户交易。如果用户是大额买入某币，那么它们立刻发出两笔交易，一笔是抢在用户之前（比用户交易 GasPrice 更高）买入该币，另一笔在用户之后（可以采用和用户 GasPrice 稍低或相同）卖出该币。

这种提前交易机器人，不同于两个 DEX 间进行搬砖套利的机器人，它们是伤害用户利益的。在上面的列子中，用户 B 本可以获得 9.1 y，因为机器人 A 的存在，却只获得了 7.57 y，从而白白损失了 1.53 y。

例子

这种机器人就如同站在公路上，光天化日进行打劫的强盗。下面我们来看一个例子：

用户在区块 11331736 上买入 100 ETH 的 YFL （用户 GasPrice 700GWei）：

https://cn.etherscan.com/tx/0x4b7e5c9e25d0e4b0a0f87b68bde10b7b988bc6d7f83f7dd1fa1dd1b044a931c8

在它前后出现了好几对打劫该用户的机器人，举出其中具有代表性的两对来讲解。机器人 A 以超高的矿工费（23,835 Gwei）抢在用户（及其它机器人）之前买入 95 ETH：

https://cn.etherscan.com/tx/0x97ab6f31785068a84c47a39e55b2ee391ee6cac2f4c82dbb0ab34f0c5b71c5b9

随后，机器人 A 以和用户同样的 GasPrice （700Gwei）在用户交易后卖出，获得 99.24 ETH，去除矿工费，该笔打劫，让机器人 A 获利 2 ETH 以上：

https://cn.etherscan.com/tx/0x9e5d8a1a179867a4dbca23bd5c7fa6c8db6dd0817165ec3c3474493d69bf6a5c

在该用户交易身后，还出现了 DEX 间搬砖套利的机器人 B。它从 Balancer 中买入 YFL，并且在 Uniswap 中卖出 YFL，获利 1 ETH 左右：

https://cn.etherscan.com/tx/0x81528f2b5d0cbb217c73e1f60bbd8edda6536a8efc85cd0a9466496d4aa999c0

机器人 B 虽然获利，但并未对用户造成利益损失。但是机器人 A 则不然，机器人 A 所花费的巨额矿工费，以及其盈利部分，共计 4.2 ETH，都将由用户买单。该例子中用户，在什么都没有干的情况下，已经损失 4.2 ETH！

这个例子并非个例，而是几乎每个以太坊区块都能找的、普遍存在的例子。当前，以太坊的 DeFi 用户正在遭受严重的利益损害，而绝大部分人浑然不知！

深入

从技术上实现机器人 A 或 B 均不难。那么以太坊岂不成为一个强盗肆意打劫之地？有没有什么可以制约机器人的手段？

答案是：有， 其它机器人。机器人之间也有不同的策略，也分不同的级别。如果你去认真分析现在的以太坊交易，不但普通用户遭受机器人的打劫，较弱的机器人也会受到较强的机器人的打劫。

另外一个制约机器人的点是用户交易失败。所谓交易失败，是指用户的交易执行时，因为超过用户设置的滑点（slippage），而导致交易无法完成的情况。在上面的例子中，如果用户交易失败，那么机器人将无利可图，不但如此，它们还要损失掉矿工费，和交易手续费。

而非常讽刺是，让机器人最为害怕的用户交易失败，却是由机器人自己造成的（过多的机器人抢在用户前买入某币，导致用户买入时价格相差过大）。当你在浏览器中看到某个交易有这样的报错，它大多是因为机器人的打劫：

https://cn.etherscan.com/tx/0xbc236137de0d6a9f82c04039b1c534b9d76789a8a4bda0f3546c87f9e509f016

普通用户害怕机器人，小机器人害怕大机器人。然而大机器人并不是终结。这里食物链的顶端不是别人，正式大家熟悉的：矿工。

矿工

交易的排序决定了利润的分配，而对交易排序有决定权的则是矿工。矿工加入到这场收割的游戏彻底改变机器人的格局。

在遵循 GasPrice 高低排序的规则下，矿工可以对同样 GasPrice 的交易任意调配顺序。矿工也可以在不广播交易的情况下，直接将某个交易打包进区块。在这个游戏中，普通用户是闭眼玩家，套利机器人是睁眼玩家，而矿工则是上帝视角。

拥有上帝视角的矿工一旦加入游戏，其结果可想而知。矿工的机器人将驱逐非矿工机器人。而这些矿工将成为以太坊上最大的黑暗势力，利用它们的权力，对用户进行肆意地收割！

解决

以太坊的打包机制是问题的根源，只要有顺序关系的应用都将都将遭受到这类攻击。要想彻底解决这类问题，必须从以太坊打包机制、交易隐私保护方面下手，从目前的发展来看，短期而言，并非易事。

另外一种方案是将这类应用迁移至 Layer2。很多 Layer2 的方案拥有更快的打包速度，可以有效地降低机器人劫持的可能性。

结语

公开的抢劫、利己的排序、作恶的矿工，正在让以太坊沦为一场权力的游戏。这跟区块链，公平、开放、平等的理念已经背道而驰！

未来以太坊的发展，如果不能有效遏制矿工的权力，监督矿工的行为，那么它是否也会成为腐朽的产物，被人们所抛弃？水亦载舟，水亦覆舟。如果以太坊的 DeFi 不能成为一个公平的游戏，它又能走多远呢！