不为人知的以太坊黑暗森林MEV

通过利用他们的自由裁量权对区块内的交易进行排序，矿工可以从以太坊上的去中心化应用程序用户那里获取价值，从而大大降低用户体验并威胁到网络的稳定性。

MEV对以太坊用户的无形税收

MEV是“Miner Extractable Value”或“Maximal Extractable Value”的缩写。它指的是通过重新排序、插入或审查正在生成的区块内的交易，从以太坊用户那里提取价值来获得利润。它通常会影响DeFi用户与自动化做市商和其他应用程序的交互。

有趣的是，以太坊中的MEV问题是在2014年首次被发现，那一年以太坊还没有推出，是由一名化名为Pmcgoohan的分析师和资深算法交易员发现的。

对2008年发生的事情和全球金融危机的爆发感到震惊，当Pmcgoohan第一次听说以太坊和可编程区块链的想法时，他迷上了分布式和公平市场。用他自己的话来说，这“让他大吃一惊”，他“对此非常兴奋”，但当他查看以太坊创世之前的草稿文件时，他惊讶地发现了一个严重的缺陷。Pcgoohan认识到，矿工可以完全控制交易包含和订购过程，这意味着他们可以利用这种权力从协议上线时毫无戒心的用户那里提取价值。

虽然有些人立即意识到以太坊设计的不足，但遗憾的是，Pmcgoohan超前于他的时代，他的警告基本上被置若罔闻。直到 2019年，一组研究人员发表了一篇名为Flash Boys 2.0的论文，强调了这个问题，其中首次创造了“MEV”一词来描述 Pmcgoohan多年前提到的问题。

随后，Georgios Konstantopoulos和Dan Robinson的《Ethereum is a Dark Forest》和Samczsun的《Escaping the Dark Forest》文章分别于2020年8月和9月发表，巩固了MEV作为加密经济学中的一个基本概念的重要性，并强调了其作为以太坊研究界今天面临的最具挑战性和紧迫的问题。

这些文本表明，MEV不仅仅是一个理论问题，而是一种已经大规模发生的真实现象，对以太坊用户产生了令人担忧的后果。

为什么会发生MEV？

在以太坊中，矿工负责选择交易并将其聚合到区块中。至关重要的是，他们拥有完全自主权来决定将哪些交易从内存池（一个待处理交易等待确认的链下空间）包含在他们挖掘的区块中。

随着矿工、验证器和排序器为了利润进行优化时，他们倾向于按最高的Gas价格或交易费用来选择和订购交易。但是，该协议不要求根据费用对交易进行排序。矿工可以利用他们的自由裁量权重新排序交易，以从用户那里获取额外的利润。这种“不规则”的收入流就是MEV。

尽管MEV最常与矿工联系在一起，但它既不是工作量证明也不是以太坊独有的问题。此外，“矿工可提取价值”是一个有点误导的术语。实际上，今天大部分MEV提取来自所谓的“搜索者”——通常是套利交易者和机器人操作者——积极寻找和识别链上 MEV机会并以不同方式捕捉它们，而矿工只是间接地从这些交易者的交易中获利。MEV存在于所有支持智能合约的区块链上，其中一方负责交易排序，包括基于权益证明的系统（如 以太坊2.0）中的验证器和 Optimistic Rollup 上的Rollup提供商。

了解MEV游戏

理解MEV游戏的最佳方式是通过关键参与者的视角来看待它，包括矿工、搜索者、用户、去中心化应用程序和协议开发者。

矿工或区块生产者负责对交易进行排序，并决定将哪些交易包含在区块中以及以什么顺序包含在内。矿工可以通过两种方式从 MEV游戏中获利：第一，通过所谓的优先gas拍卖 (PGA) 将稀缺的区块空间出售给非矿工MEV提取者以换取高昂的交易费用，以及通过重新排序直接捕获MEV，包括审查交易以从链上清算或套利机会中获利。

MEV还涉及最终用户，例如获得链上借贷或在去中心化交易所交易的人。在这个游戏中，用户是最受剥削的一方，因为他们释放了一些可以被矿工和非矿工MEV提取器捕获的价值。

去中心化的应用程序和协议开发者起到辅助作用。前者通过他们的设计和他们产生的激励创造了MEV机会，而后者则建立了游戏的基本规则，例如赋予区块生产者排序交易的权力，这使得MEV 成为可能。

最后，MEV游戏的核心是搜索者或DeFi交易员和机器人操作员，他们试图识别MEV机会，并以不同的方式捕捉它们。搜索者参与 MEV游戏的两种主要方式是通过在链上PGA中出价过高的gas价格，让矿工将他们的交易战略性地放置在区块内的特定位置，以及通过使用新颖的MEV提取在链下向矿工表达交易排序偏好Flashbots等工具。

搜索者典型的MEV提取过程

搜索者通过使用机器人和自动化工具监控以太坊区块链来开始他们的MEV之旅，寻找潜在的利润提取机会。

当他们发现机会时，搜索者会分析交易背后的逻辑，将攻击向量概念化，并创建一个捆绑包——一个或多个交易按提供的顺序分组和执行——旨在在挖掘时实现其MEV提取目标。搜索者的交易包可以参考内存池中其他用户的待处理交易，并针对特定块进行包含。

创建捆绑包后，搜索者通常会使用Flashbots的MEV-Geth等链下网络将其发送给矿工。这使他们能够避开公共交易池，并直接向矿工表达他们的交易排序偏好，快速且无风险（当他们的交易被拒绝时，他们可以节省Gas费）。

由于搜索者总体提交了大量捆绑包并且区块空间有限，矿工通过 Flashbots Auction拍卖他们的区块空间—— 一种链下第一价格密封投标拍卖，搜索者可以私下直接传达他们的出价和粒度交易订单偏好给矿工而不为失败的出价支付费用——并且只包括他们区块中最有利可图的交易。

当矿工在他们的区块中包含搜索者的捆绑包或交易时，MEV提取过程就完成了。搜索者的交易在链上得到确认，如果MEV策略设计良好，搜索者将从以太坊上的其他交易者那里提取一定数量的价值。

最常见的攻击

领跑

提前运行涉及在已知未知交易之前在执行队列中首先获得交易。在以太坊中，搜索者运行专门的前端运行机器人，扫描网络以获取去中心化交易所的大订单，并提交具有更高gas费用的竞争交易，以便在受害者交易之前对其进行挖掘。

三明治攻击

三明治攻击是抢先交易的一种变体，即掠夺性交易者通过这种方式进行两笔交易，一笔在未决的受害者交易之前，另一笔在紧随其后。搜索者通常使用三明治攻击通过操纵资产的价格从去中心化交易所中毫无戒心的交易者那里提取MEV。例如，交易者可以识别受害者将要购买的代币并进行交易以推高价格，然后在受害者的购买订单进一步提高价格后直接卖出代币。

回滚

回滚是一种将交易排在第二位或紧接在已知未决目标交易之后进行排序的做法。搜索者通常使用反向运行的机器人来监控内存池以获取新的代币对列表或在Uniswap等去中心化交易所创建的流动性池。当机器人发现新的代币对列表时，它可以在初始流动性后立即下交易订单并购买尽可能多的代币，只留下少量供其他交易者稍后购买。然后，在其他交易者购买代币并以更高的价格出售以获取利润后，机器人可以等待价格上涨。

清算

清算人是专门通过清算去中心化链上协议（如Compound、Maker、Aave和dYdX）上的超额抵押贷款来进行清算，提取MEV的搜索者。清算人运行专门的机器人来监控网络中出现清算机会的交易，并采取先行或后行交易作为第一个清算借贷的人。清算人通过在偿还债务之前清算贷款来从毫无戒心的借款人那里提取MEV，然后通过出售借款人的抵押品获利。

Time-Bandit攻击

Time-bandit攻击是一种新颖的攻击类型，只有矿工才能执行这种攻击，回溯性地重组区块，以捕获之前开采的区块中的MEV机会。当MEV与区块奖励相比足够高时，矿工破坏共识以在旧区块中捕获MEV可能是合理的。例如，假设一个拥有强大挖矿能力的矿工在三个区块深的区块100中发现了20,000美元的套利机会。他们可能决定重新挖掘第100区块以及第101和102区块，以捕捉套利机会，并拥有比最初开采该块的矿工更长的链，而不是挖掘最新的区块以获得更小的区块奖励.

MEV有多糟糕？

根据Flashbots的数据，该数据仅衡量提取的MEV总量的下限，仅跟踪8个DeFi协议，自2021年1月1日以来，从毫无戒心的以太坊网络用户那里提取了超过6.89亿美元。

除了扩展和攻击之外，MEV是以太坊和类似的智能合约区块链目前面临的最大问题之一。Pmcgoohan认为MEV拍卖会扼杀以太坊网络。虽然Pmcgoohan持悲观的观点，但MEV提取的负面影响是多方面的。最大的一个是MEV代表了一种无形的税收，矿工和搜索者从用户那里收取。通过MEV提取的每一美元都是用户损失的一美元。有些人甚至将其描述为盗窃。

MEV还会导致网络拥堵,并对gas价格施加上行压力。所涉及的博弈论产生了一个循环依赖的自我强化循环：套利和清算机会创造MEV机会，MEV提取机器人通过gas价格竞标战竞争机会，费用估算器使用这些机器人膨胀的gas价格作为参考，导致用户为交易支付过高的费用。

MEV还在协议层面破坏了以太坊的稳定，因为它使交易的最终性和不变性受到质疑。如果MEV大于区块奖励，矿工就会被激励破坏共识。如果矿工可以重新排序先前区块中的交易以获取利润，那么区块链作为安全、可预测和无需许可的分类账的整个前提就会崩溃。

鉴于美国参议院最近关于是否应将矿工和验证者定义为经纪人的辩论，如果这些情况变得司空见惯，那么捍卫矿工在区块链上仅作为“被动和中立的交易处理者”的角色将变得越来越困难。

MEV侵蚀了当今以太坊的可用性、中立性、透明度、去中心化和安全性。它创造了一个环境，在这种环境中，更擅长提取MEV的矿工以牺牲诚实矿工为代价而增长，从而有效地将以太坊安全的核心激励结构向错误的方向倾斜。

最近以太坊推出了EIP-1559，并计划转向权益证明，但两个更新都无法解决MEV。事实上，一些MEV研究人员担心升级可能会加剧问题。

虽然EIP-1559主要旨在提高交易费用的可预测性，但升级还具有费用销毁功能，这会对矿工的盈利能力产生负面影响，这反过来可能会导致矿工增加MEV提取以补偿奖励减少。作为对EIP-1559的回应，Ethermine——一个约占以太坊算力的20%的矿池已经引入了MEV提取程序，以在流动性池中的所有矿工之间重新分配通过MEV提取的利润。

关于转向权益证明，MEV提取在以太坊2.0上的工作方式与目前在以太坊上的工作方式几乎相同，除了它将由验证者而不是矿工完成。Flashbots MEV研究人员Alex Obadia和Taarush Vemulapalli认为，在验证者奖励中引入MEV可能是一种“中心化力量”，并担心“MEV 可以通过比拥有最多32枚ETH代币的实体更快地丰富实体来扩大以太坊2.0中的寡头垄断动态。较少的（富人变富的动态）。”

MEV是不可避免的吗？

一些人得出结论，MEV是不可避免的。关于这个话题，有两种思想流派。第一学派认为MEV是不可避免的，因此加密社区应努力缓解症状并抑制负面外部性。另一种学派认为MEV问题是可以解决的，因此社区应该集中精力防止它。

该领域领先的研发机构Flashbots属于第一阵营。它专注于构建诸如MEV-Geth之类的工具，这些工具“使 MEV 收入的获取民主化并为MEV带来透明度”。在这方面，MEV-Geth实际上是一种为矿工和MEV提取器提供前端运行即服务(FaaS)的产品。

第一派的支持者认为，鉴于MEV的必然性，FaaS是净受益的，因为它消除了高交易费用和网络拥塞等负面外部因素，同时弥补了以太坊EIP-1559费用销毁更新带来的收入损失。因此，它间接地为以太坊的安全提供资金，因为矿工争夺具有更高哈希能力的MEV。

另一方面，有些人认为FaaS是盗窃行为。Cornell University的研究人员长期以来一直倡导替代解决方案，而计算机科学教授 Edward Felten则声称MEV拍卖会增加中心化并加剧以太坊用户的问题。Pmcgoohan也认同第二个阵营，认为可以避免MEV。在批评Flashbots的方法时，Pmcgoohan建议如果社区建立“对内存池按可发现时间排序交易的共识视图”，MEV就可以解决。

在第二个阵营中，研究人员已经通过设计公平排序交易的协议，在最小化或消除MEV方面取得进展。当前的应用级解决方案包括ChainLink的Fair Sequencing Service、Offchain Labs的Aritrum和Automata Network的Conveyor。虽然所有这些协议都以不同的方式解决MEV问题，但它们依赖于DeFi应用程序在逐案的基础上实现它们。最终的协议级灵丹妙药尚未找到，更不用说实施了。