详解以太坊合并后带来的MEV新问题

最大提取值/矿工提取值，简称MEV，是一种在区块构建过程中通过优化交易顺序从中获利的手段。通常，无论牛熊矿工和搜索者（researcher）能从MEV活动中攫取利润。MEV来源市场于信息的不对称。为了缓解信息不对称和减少MEV的负外部性，行业出现了许多创新，其中包括Flashbots。

迄今为止，超过 6.5 亿美元的 MEV 是通过 Flashbots 提取的，而且这个数字还在增长。然而，下图显示，MEV 仍然是矿工的游戏，因为他们攫取的利润占MEV 总量的三分之二。

对于当前的以太坊生态来说，MEV 存在许多问题。随着即将到来的升级，这些问题将延续甚至带来新问题。本文中，我将探讨合并前后以太坊的 MEV 问题（为简单起见，我将合并后与后 Splurge 同义）并寻求解决这些问题的潜在解决方案。在深入研究之前，让我们先回顾一下当前如何提取 MEV。

MEV是如何提取的？

如前所述，MEV 目前主要由矿工和搜索者（来自 flashbots）进行提取。这两者在有关工作设计上有不同，我稍后将深入探讨；但两者都从内存池（mempool）中寻找 MEV 机会。他们在正确的位置中插入交易以提取预期的 MEV 。以下是一些流行的 MEV 策略：套利、清算、抢先交易、三明治攻击和反向交易。它们对以太坊的可用性有不同程度的影响。有些甚至可能构成生存风险，这将在后面讨论。

1.1简要说明MEV如何为Flashbots工作

Flashbots 有三个主要组件：搜索者、中继器和矿工。搜索者所扮演的角色是出于套利、清算、抢先交易、隐私、MEV 保护等原因提交交易的人。中继器是矿工和搜索者之间的中间件，它验证从搜索者那里收到的捆绑交易并将推送给 Flashbots 矿工。中继器至关重要，因为它们在处理交易包（例如合并包）方面提供了灵活性，并防止了对矿工的 DOS攻击。矿工运行的mev-geth是一个特定于 flashbots 的拍卖机制，它使用第一价格对于区块进行秘密竞投。参与flashbots 的矿工参与是需经过许可的，并且主要由受信任的实体运营。

1.2 非flashbots矿工进行MEV工作的简要说明

另一方面，普通矿工可以访问内存池中的交易，该交易汇总了等待处理的未提交交易。有些人也可能直接接受来自用户的私人交易，而不通过内存池；这相当普遍——超过 85% MEV 是使用发送给矿工的私人交易提取的，其中 50% 来自 flahsbots。矿工按照gas费顺序对这些交易进行排序，并在 MEV 机会出现时插入他们自己的交易。

当前的 MEV 格局存在哪些问题？

由于 PGA 和矿工的控制，MEV尤其是一些恶意的MEV，可能会侵蚀网络的可用性。所引发的问题包括：高gas费、交易失败和网络拥塞。

如前所述，MEV 策略中有些可能是良性的，例如套利和清算；但其他可能是恶意的（尽管并非总是如此），例如三明治攻击和抢先交易。恶意的 MEV 策略会给用户带来额外的成本使市场失效，甚至可能在矿工争夺 MEV 时导致网络拥塞。因此，网络的可用性将受到影响。用户也会碰到更高的滑点、不断出价Gas费用高企以及交易延迟处理等问题。

除了网络可用性之外，一些 MEV策略可能会给网络带来生存风险。Time-bandit 攻击会导致链分叉以重新排序第 N 个块（前一个块）中的交易。当跨区块的 MEV 的经济激励超过N+1 区块的区块奖励时，矿工会执行Time-bandit 攻击。通常拥有整个网络哈希率 10% 以上的顶级矿工会通过分叉来尝试提取跨区块MEV,这将导致区块链的严重不稳定。由于这些攻击只能由大型矿工进行，例如 F2Pool（算力的 23.94%）和 Ethermine（算力的 12.57%）等（理论上需要 10+% 的算力才有机会成功），这显示了与算力集中、导致单个实体对整个网络控制所带来的中心化风险。

矿工对交易订单的控制也导致了另一个大问题：交易审查。这个概念很简单：区块中不会包含受害者交易。审查制度起初似乎无害，但在某些情况下可能对 dApp 造成灾难性影响。假设一个算法稳定币需要通过出售大量国库资产来进行重新锚定，但如果矿工发起攻击以审查出售的资产会发生什么？这种审查制度会导致挂钩的目标资产的死亡螺旋。虽然这些攻击可能不会对网络构成生存方面的威胁，但可能会导致链上生态的大规模萎缩。

我上面提到的所有问题不仅限于以太坊主网。除了隐私类Rollup（在提交区块链前交易已经被加密），其他Rollup只要具备交易可公开查看的排序器，也将受到此类恶意 MEV策略的影响。由于适当的排序是网络稳定性的关键组成部分，对于Rollup更是如此，许多人提出并讨论了一些可能的解决方案。这仍然是一个积极研究的领域，但我将介绍一些似乎已经引起关注的建议。

2.1Optimism 的 MEV 拍卖，又名 MEVA

MEVA 是 Optimism 首席技术官 Karl Floersch 提出的一种解决方案，旨在减少投标造成的网络拥塞。MEVA 允许赢得拍卖的人管理当天的排序。这是减少投标活动的一个相当简单而直接的办法，但它也有明显的缺点。由于 MEV 是由中标者收获，其他排序器本应获得的挖矿收益将由用户补上，这会导致用户的成本更高。此外，MEVA 会鼓励排序网络的中心化，因为较小的排序器试图与更大的合作，从而形成较为中心化的共识。

2.2 Chainlink 的公平排序服务，又名 FSS

FSS 试图通过在内存池和中继合约 SCON 之间插入一个预言机网络来解决排序公平性。预言机网络将从内存池中获取交易，并按照交易进入内存池的顺序对它们进行排序。这一系列交易随后将被发送回内存池，然后发送到中继合约以提交到网络。这将是一种更可靠的机制来提供排序公平性，并且与现有的共识架构具有高度的兼容性。但是，这也会引入预言机串通的风险，并可能增加用户成本，因为对预言机提供者的激励可能会产生额外费用。

2.3 阈值加密

一些项目尝试使用阈值加密，其中私钥分布在矿工之间，并且需要超过一定阈值数量的矿工才能解密。这允许在达成共识之前对交易进行加密。该解决方案为交易提供了强大的隐私性，并有可能消除大量的 MEV。但是，它也引入了复杂的验证程序，需要大量的矿工，这方法可能行不通。

2.4 交易顺序随机化

交易顺序的随机化是缓解 MEV 的另一种方法。矿工将首先挑选一批将被提交的交易。然后，基于当前和前一个区块的哈希值，矿工将收到一个随机排列，按批处理的排序将基于排列执行。因为需要提交多个交易束才有机率提取预期的 MEV；这种机制可以减少 MEV，也可能增加执行 MEV 的成本。在这种情况下，随着交易成本的增加，MEV概率将增加。

2.5 对当前解决方案和问题的一些思考

目前提出的解决方案通过各种方式来最小化 MEV。然而，我认为有选择地最小化 MEV 是至关重要的。例如，如果实施了随机化或阈值加密，那么动机良好的MEV（例如套利和清算）无法被执行，因为在经济上是不可行的。因此，MEV 不可全有或全无，而应在在设计上选择性减小MEV带来的影响。

合并后以太坊PBS和MEV 问题

最后，是时候谈谈合并后以太坊的 MEV 问题了。这就是我最初开始考虑写这篇文章的确切原因；以太坊的合并后共识存在问题。在深入探讨之前，让我详细说明一下以太坊升级与MEV有关的问题；Proposer Builder Separation。

3.1 什么是 PBS？为什么以太坊需要它？

PBS 是指将传统矿工分成两个不同的派别，提议者和建设者。建设者将负责创建区块（有序交易将成为 N+1 块的有效载荷），提议者将负责在不知道块内容的情况下对块进行竞标（出价高的区块被提交）。这种预先确认隐私的区块将提供保护，以防止矿工窃取 MEV，这从本质上否定了矿工对区块排序任务的权限（我之前提到的问题之一是矿工控制权过多）。这也可以减少交易审查，因为提议者更难与建设者协调以阻止受害者交易。有关其背后理论的更多详细信息，请查看 Vitalik 的提案。

对提议者和建设者的经济激励也将是使 PBS 可行的关键设计。提议者将同时获得燃料费和提议者费用，这是建设者MEV的一定百分比，而建设者将拥有大部分 MEV 利润。有了这样的激励计划，提议者将在现有 APY 基础上增加 5% ；理论上，除了ETH 的质押奖励，建设者可以在不窃取 MEV 的情况下竞争 MEV分成比例。

3.2 那么问题是什么？

开发者网络主要存在中心化风险。随着 PBS 的引入，大多数矿工转为持有质押ETH（Lido 和 Rocketpool ） 的提议者。而只有一部分能够很好地执行 MEV 的玩家会成为建设者，因着区块优化的奖励。此外，MEV本质上是一种竞争格局，与单纯的矿工相比，合并后的进入门槛更高。据报道，2022 年第一季度，以太坊验证者数量约为 34 万，其中一些进行了 MEV。至于flashbots数据，搜索者数量约为 56k，但其每月活跃搜索者仅为 9k。鉴于只有一部分矿工真正具备 MEV 能力（知道如何做 MEV 并做好它是一项具有挑战性的任务，而不是只运行一堆 GPU）。一些 flashbots 搜索者会成为建设者。以太坊很有可能合并后的提议者将明显多于建设着，这会给共识网络带来中心化风险。

此外，建设者之间将竞争以最好地优化区块。极有可能少数经验丰富的 MEV 搜索者/矿工（这里有点夸张）将占主导地位，他们的区块更有可能被提交，因为他们有能力支付更高的提议费用。这种无人看管的中心化风险可能导致共识安全不稳定，这将侵蚀网络的去中心化、无许可和中立性。

3.3 有什么解决方案吗？

目前，据我所知，少数玩家正在尝试为这些问题创建解决方案：Flashbots、Blocknative 和 BloXroute（不是 100% 肯定）。尽管这些解决方案如何以及是否可以协调工作仍然不确定，但是我们仍能期待潜在的解决方法。

一种方法是为潜在的建设者参与着提供 MEV SaaS。他们最大的挑战是不知道进行 MEV 并从中产生可持续的收入的策略（收入减少、激励减少、建设者减少）。高门槛可能会阻止很多有兴趣参与的人。因此，SaaS 解决方案可以显着降低非搜索者（也就是像我这样好奇的人）进入这个 MEV 领域的门槛，扫清共识网络建设者的障碍并拉平学习曲线。

另一种方法将来自基础设施中间件。Flashbots 最近开始测试 MEV-boost 的新功能。这本质上是 MEV-geth 的 PoS 版本，验证者/提议者可以开始运行 MEV-boost 以接受来自建设者和 Flashbot 的块。这将提高产量，同时通过更多搜索者参与以及竞争来进一步支持网络的去中心化。

总结

MEV 曾经是一个自由不受约束之地，搜索者和矿工之间竞争激烈。然而，竞争已经达到了开始侵蚀网络性能和可用性的程度。在某个时候，人们开始称它为黑暗森林，因为每个人都躲在黑暗中，对于从不知情的用户/交易者手进行价值掠夺。黑暗森林仍然充满了恶意的 MEV（尽管也有良性MEV）。许多人提出了解决方案，但大多数人仍在努力选择性地最小化 MEV 的负外部性。随着 PBS 的引入，我们遇到另一个主要问题，即开发者网络的中心化。尽管 PBS 旨在减轻交易审查和矿工中心化，但开发者的中心化很可能会威胁到以太坊的未来。我相信这是一个需要立即解决的问题，以便为以太坊建立一个健康和去中心化的未来。