解码比特币MEV：以太坊黑暗森林外的另一个世界

原作者： 胡杰弗里

原文翻译：TechFlow

本文由以下人士共同撰写： 胡志伟 来自 HashKey Capital， 金明NEO ， 和 张乔治 来自 Flashbots。

介绍

比特币 MEV（矿工可提取价值）的概念早在 2013. 尽管与以太坊的 MEV 相比仍然相对较新，但随着 BRC-20、Ordinals 和 Runes 等元协议的引入，蓬勃发展的比特币生态系统有望在未来带来更多的可编程性、表现力和 MEV 机会。

本报告将分析比特币 MEV 复杂性的增加，并评估其对更广泛生态系统的影响。

为何比特币 MEV 受到越来越多的关注？

在 Ordinals 推出之前，比特币上的 MEV 并未得到广泛认可，也并不重要，人们的关注点主要集中在闪电网络和侧链挖矿攻击上。然而，Taproot 升级为比特币带来了更多的表现力和可编程性，促进了 Ordinals 和 Runes 等元协议的推出，从而使 MEV 问题浮出水面。比特币 10 分钟的出块时间也加剧了这一问题，使缺乏经验的用户更容易受到各种 MEV 攻击，例如在铭文市场竞标时抢占费用。随着区块奖励下降，矿工的盈利能力受到影响，促使矿工专注于最大化交易费用，这或许可以解释 MEV 活动的增加。

下图显示了备受期待的 Ordinals 和 Runes 推出前后费用相对于区块奖励的上涨情况，它们一度占比特币挖矿总收入的 60% 以上。

来源：Dune analytics (@data_always)，截至 2024 年 7 月 22 日，交易费占挖矿奖励的百分比。

到目前为止，我们已经看到越来越多的 BTCFi 应用和开发，将比特币从单纯的数字黄金/支付网络转变为一个快速增长且实用性不断扩大的生态系统。这可能会给比特币带来更多的 MEV 机会。

比特币和以太坊 MEV 之间的差异

关于比特币 MEV 的讨论较少，这可以归因于比特币和以太坊之间完全不同的架构设计。

建筑设计

以太坊在以太坊虚拟机（EVM）上运行，执行智能合约，并通过维护全局状态机实现可编程性。

以太坊采用基于账户的模型，通过管理交易编号的顺序来运行交易。这意味着交易的顺序会影响其结果，使搜索者可以轻松识别 MEV 机会并在用户交易之前或之后直接添加他们的交易。例如，如果 Alice 和 Bob 都向 Uniswap 提交交易以将 1 ETH 兑换为 USDT，则区块中首先执行的交易将获得更多的 USDT。

相比之下，比特币使用的脚本语言不像以太坊那样有状态，而是采用 UTXO 模型。如果只是标准的比特币转账，只有预期的接收者才能花费具有有效签名的比特币，这不会导致其他用户争夺这些资金的使用权。然而，在比特币上，也可以创建可以由多方使用脚本或 SIGHASH 解锁的 UTXO。第一个确认的交易是可以花费 UTXO 的交易。尽管如此，由于每个 UTXO 的解锁条件只与 UTXO 本身有关，而不依赖于其他 UTXO，因此竞争仅限于该 UTXO。

比特币上的山寨币

除了上面提到的设计上的根本差异之外，引入除 BTC 之外的其他有价资产，也为矿工开采价值（MEV）创造了激励。这些场景下产生的 MEV，本质上是协议设计者在尝试使用脚本 + UTXO（比特币独有的数据结构）构建新的资产类别和链上行为时，指定资产所有权和链上行为有效性的顺序。由于事件是基于顺序定义的，因此存在争夺顺序的动机，从而产生 MEV。

如果不考虑其他资产，理性的矿工只会根据交易费打包合法交易，并根据交易规模收取费用。但如果比特币交易不仅限于标准转账，比如铸造新的有价值资产（如符文等），矿工可以采取多种策略，而不仅仅是考虑比特币交易费：1）审查交易，用自己铸造的交易代替；2）向用户索要更高的费用（链上、链下或侧链支付）；3）让多个用户相互竞价，从而引发费用战。

铸件

一个直接的例子就是 Runes 或者 BRC 20 等资产的铸造过程，通常会对铸造的资产数量设置一个上限，最先确认的铸造交易才算成功，其他交易则视为无效，因此这种情况下交易的顺序就变得非常重要，通过交易排序带来 MEV 机会。

此外，Ordinals 引入的稀缺比特币（satoshis）概念甚至引发了人们对矿工可能 减半期间触发区块重组 为了争夺高价值的稀缺比特币。

质押

除了铸造之外，像 Babylon 这样的质押协议还对每个质押阶段可以质押的资产数量设置了上限。即使用户超过了上限，他们仍然可以构造比特币并将其转移到质押锁定脚本中，但这将不再被视为质押成功，并且没有资格获得未来的奖励。 换句话说，质押交易的顺序同样重要。

例如，巴比伦主网上线后不久，第一阶段的质押限额就达到了 1,000 BTC，导致约 300 BTC 的溢出需要解除绑定。

在巴比伦主网启动时，费率升至 1,000 sats/vBytes。资料来源：Mempool.space

除了链上铸造/印记资产和质押之外，侧链或 Rollup 链上的某些活动也受到 MEV 的影响。我们将在“比特币上的 MEV 事件”部分提供更多示例。

什么被视为比特币 MEV？

那么，什么算作比特币的 MEV？毕竟， 定义 的 MEV 更改 在不同情况下。

总体来说，比特币上的 MEV 指的是矿工通过操纵区块生成过程来获取最大收益的方式。我们可以粗略地将其分为以下几类：

• 用户需支付额外费用 ：想要加快交易速度的用户通常会通过链下交易加速服务来实现，这些服务通常价格昂贵，因为用户需要支付更高的费用来优先处理他们的交易。交易者还可以通过 RBF（以费用替代）和 CPFP（子交易支付父交易）等机制向矿工支付更高的费用，以优先处理交易并获得更快的确认时间。低费用交易通常面临更长的确认时间，因为以利润为导向的矿工会优先考虑更有利可图的交易进行区块打包。

• 用户和矿工勾结 ：用户与矿工合谋审查和纳入某些特别重要的交易。例如，恶意用户和矿工合谋审查和排除闪电网络上的惩罚交易，以非法获取通道中的资产。其他新系统如 BitVM 及其惩罚交易也面临类似风险。

• 比特币矿工在侧链/L2 上挖矿 ：这包括各种早期 合并挖矿 矿工利用比特币的算力去维护另一个网络的安全。通过联合挖矿，可能导致矿工中心化，因为大矿工可能利用主链上的算力去影响 L2 上的出块、排序等，从而获取过多的 L2 挖矿奖励，潜在影响 L2 网络的安全。

偏向公开市场的竞价方式（如RBF）对整体经济体系起到比较积极的作用，促进了自由市场经济，但当用户向矿池进行带外支付时，无疑对网络的去中心化和抗审查性构成了威胁，也就是人们常说的MEVil。

比特币 MEV 示例

根据以上分类，我们可以看到几种 MEV 的情况。

非标准交易

比特币核心软件仅允许节点处理标准交易，这些交易仅限于 100千伏 规模。然而，矿池仍然将高费用的非标准交易纳入区块中，通常会排除其他低费用交易。

典型案例包括：

• 区块 776, 884：由 Terra 矿池开采，该区块包含大小为 849.93 kvB 的铭文交易。铭文是一只拿着饮料的青蛙的 1 分钟 MP4 视频，为矿工带来了 0.5 BTC 的费用。

• 区块 777、945：包含一个 4000 x 5999 像素的 WEBP 图像，大小为 975.44 kvB，为矿工产生 0.75 BTC 的费用。

• 区块 786,501 的大小为 992.44 kvB，矿工因在比特币杂志封面上雕刻朱利安·阿桑奇的 JPEG 图像而获得了约 0.5 BTC 的费用。

默认情况下，Bitcoin Core 节点只允许转发标准交易。因此，非标准交易必须通过私有内存池直接发送到矿池。私有内存池允许矿池接受非标准交易并优先处理用户交易。虽然这可以加快交易处理速度，但更多交易转移到私有内存池可能会导致矿池的中心化和审查风险增加。显然，一些矿池已经在利用私有内存池的盈利能力。

例如，Marathon Digital 推出了“Slipstream”，这是一项直接交易提交服务，允许客户提交复杂和非标准的交易。

侧链/L2 上的 MEV 事件

Stacks 侧链使用独特的共识机制——转移证明 (PoX)，该机制允许比特币矿工挖掘 Stacks 区块并在比特币区块链上结算交易，同时获得 STX 奖励。

过去，Stacks 采用了简单的矿工选举机制，其中计算能力高的比特币矿工更有可能开采 Stacks 区块，审查其他矿工承诺的交易，并垄断所有奖励。如果更多矿工采用这种策略，未来的 Stackers 可能会面临 回报减少 .

对生态系统的影响：

• 通过排除其他诚实矿工的承诺，最终传递给 Stacker 的奖励将会减少。

• 如果大型矿工继续滥用他们的计算能力并排除诚实矿工的承诺，则可能会导致集中化风险，从而让少数矿工垄断所有 Stacks 奖励。

然而，这个问题将在 Nakamoto 对 Stacks 的升级中得到解决，这将使这一策略无利可图。升级将从简单的矿工选举变为抽签算法，并采用假定总承诺结转 (ATC-C) 技术来降低 MEV 挖矿的盈利能力。矿工需要在最后 10 个区块中持续参与才能获得抽签资格。在最后 10 个区块中至少有 5 个区块未能挖矿的矿工将失去获得 Stacks 奖励的资格。有了 ATC-C，矿工赢得 Stacks 区块的概率现在等于矿工的 BTC 支出与最后 10 个区块的中位数总 BTC 承诺之比。这降低了矿工通过排除其他矿工的区块承诺获得不成比例利益的可能性。

另类资产交易竞标

与 Ordinals 和 Runes 等另类资产相关的 MEV 可分为前面提到的两种类型：

• 矿池提取额外价值 ：采矿池可以通过在区块和交易中包含比特币序数或稀有聪等资产来提取额外的价值。

• 收取费用的交易 ：交易者可以竞标将这些另类资产相关的交易纳入区块。

对于矿池来说，Runes 的初步成功带来了额外的利润来源。例如，在减半事件期间，备受期待的 Runes 的推出导致网络交易量和费用创下新高，许多用户争相将他们的交易纳入历史性的比特币减半区块。减半后，交易费用上涨至 1,500 sats/vByte 以上（减半前不到 100 sats/vByte）。ViaBTC 抓住了这一激增的机会，在 Runes 推出的同时开采了减半区块，获得了 40.75 BTC 的利润，其中 37.6 BTC 来自与 Runes 相关的交易费。随着区块奖励减半，Runes 交易费已成为矿工的盈利来源。

来源：Mempool.space

来源：Mempool.space

对于交易者来说，使用 Runes 和 Ordinals 的比特币交易使用 SIGHASH_SINGLE|SIGHASH_ANYONECANPAY 作为部分签名交易 (PSBT)，这允许只有一个签名输入对应一个输出。结合内存池的透明度，这使许多买家能够发现潜在的有利可图的交易。因此，交易者经常使用 RBF 和 CPFP，从而引发竞争性费用战，使矿工能够从这种需求中获取 MEV。例如，当卖家列出他们的资产进行出售时，买家可以在有竞争对手的情况下竞标并使用 RBF 来提高他们的交易费用，希望他们的交易得到确认。

交易者之间竞争的一个典型例子是交易ID为2ffed299689951801a68b5791f261225b24c8249586ba65a738ec403ba811f0d的交易。卖方上架其资产后，使用RBF多次替换该交易，费率分别为238、280、298和355 sat/vB。

来源：Mempool.space

另一个例子是 Magic Eden 平台上 OrdiBots 的铸造过程。多个用户成为交易池抢先交易攻击的受害者。OrdiBots 使用 PSBT 在 Magic Eden 上铸造铭文。PSBT 的存在和比特币 10 分钟的区块生成间隔使得任何潜在买家都可以通过引入不同的地址、签名并支付更高的费用来竞争同一笔交易。这导致一些白名单用户由于抢先交易机器人的干扰而无法铸造。（该团队后来为此道歉，并承诺通过定制的 OrdiBots 补偿受影响的用户。）

但并不是所有与 MEV 相关的技术或事件都会对用户造成伤害。在某些情况下，MEV 技术也能保护用户资产免受损失。例如，在没有 RBF 的情况下，错误的交易 无法保存 ，未确认的交易可能会长期处于未确认状态，从而产生机会成本。此外，运行 RBF 有助于比特币网络的安全性。由于未来区块补贴相对于交易费预计会减少，交易费将在激励矿工继续参与比特币网络方面发挥至关重要的作用。比特币开发者 Peter Todd 也积极倡导 RBF 的好处 并建议矿工运行完整的 RBF。

支持比特币 MEV 的关键技术组件

那么，比特币上支撑这些 MEV 机会的关键技术组件或方法是什么？通常涉及的技术领域包括 mempools、RBF（替换费）、CPFP（子交易支付母交易）、矿池加速服务和矿池协议。

内存池

与以太坊等典型区块链网络类似，比特币也拥有交易池结构，用于存储已被 P2P 节点接收但尚未被纳入区块的交易。内存池的透明性和去中心化特性创造了有利于 MEV 机会的环境，使得所有交易都能够传播给矿工。

不过与以太坊的 gas 机制不同，比特币的手续费只和交易大小有关。因此，比特币的交易池可以看作是一个更直接的区块空间拍卖市场，在里面可以看到哪些用户在竞标下一个区块，以及他们的出价。

由于不同的节点从 P2P 传播中接收不同的交易，因此每个节点都有不同的内存池。此外，每个节点都可以主动定制自己的转发策略（内存池策略），定义自己想要接收和中继哪些交易。矿池还可以根据自己的偏好选择将哪些交易纳入区块（尽管从经济角度来看，他们会优先考虑费用高的交易）。例如，比特币 结 节点会过滤掉任何 Ordinals 交易，而 Marathon Mining 则会在区块浏览器中创建像素风格的标识。

区块 836361 （像素颜色显示费率），来源：mempool.space

因此，用户可能会考虑将交易直接发送给特定的矿工或矿池，以加快交易的纳入速度，但这种方法可能会影响比特币社区高度重视的两个关键特性：隐私和抗审查。

通过 P2P 节点传播的交易，而不是直接发送给矿工或矿池（例如通过 RPC 端点），有助于混淆交易的来源，使矿工和矿池更难以根据已识别的信息审查交易。

除了使用交易加速服务外，用户还可以选择通过 RBF 和 CPFP 来加速交易。

RBF 和 CPFP

更换付款 （径向基函数） 子交易支付给父交易 （CPFP） 是用户常用的提高交易优先级的方法。

RBF（替代付款） 允许交易池中未确认的交易被另一笔与其冲突的交易（也引用至少一个相同的输入）替换，但支付更高的费率和总体更高的费用。与前面讨论的交易池策略类似，RBF 可以以多种方式实现。最常见的实现是 opt-in RBF，由 BIP 125 ，其中只有特别标记的交易才能被替换。另一种方法是完全 RBF，其中无论交易是否被标记都可以被替换。

CPFP（子交易支付父交易） 使用不同的方法来加速交易确认。与 RBF 取代卡在内存池中的交易不同，接收者可以通过发送子交易、使用待处理交易的 UTXO 并支付更高的费率来加速待处理的父交易。这可能会激励矿工在下一个区块中将这些交易一起打包。因此，有时您可能会看到尽管某个时候费率较高，但区块中包含的费用非常低的交易；这些交易很可能使用了 CPFP（因为后续交易支付了费用）。

使用 CPFP 确认具有低费用父交易的交易（7.01 sat/VB），来源：mempool.space

RBF 和 CPFP 之间的关键区别在于，RBF 允许发送者用具有更高费率的交易替换待处理交易，而 CPFP 允许接收者通过发送具有更高费率的子交易来加速待处理交易。CPFP 对于需要退出闪电网络的交易也很有用（例如，锚定 输出 ）从费用上来说，RBF相对更划算，因为它不需要额外的区块空间。

外部付费及矿池加速服务

除了RBF（替代支付）和CPFP（子交易支付父交易）等方式外，用户还可以选择使用 外部费用支付 加快交易速度。例如，许多采矿池提供免费和付费 交易加速服务 通过提交自己的txID来加速交易的打包。如果是付费服务，用户需要支付服务费来支持矿池。由于这种服务需要通过比特币网络以外的系统（例如通过网站、信用卡支付等）支付费用，所以被称为外部费用支付。

虽然外部费用支付为无法使用 RBF 或 CPFP 的交易提供了补救措施，但长期广泛使用可能会对比特币的抗审查性产生影响。

矿池协议

在前面的讨论中，我们将矿池和矿工视为一个整体，但实际上，两者之间需要分工合作。矿池聚合矿工的算力进行挖矿，并根据算力的贡献分配奖励。这个合作过程需要一定的协议进行协调。

在常见的矿池协议中，比如 Stratum v1，矿池只需要给矿工提供一个区块模板（包括区块头和 coinbase 交易信息），矿工根据这个模板进行哈希计算。还有一些工具，比如 地层工作 ，可以可视化来自各个矿池的 Stratum 信息。

在这个过程中，矿工无法选择要打包哪些交易，而是由矿池选择交易并构建模板，将任务分配给矿工。

因此，在 Stratum v1 协议中，我们可以粗略地将角色映射到以太坊生态系统中，如下所示：

• 矿工 ：承担部分提议者的责任（执行哈希计算）。

• 采矿池 ：既充当建造者，使用矿工计算的哈希值，又充当区块的提议者。

未来将会怎样？

目前，人们正在开发几种有前景的解决方案来减轻 MEV（矿工可提取价值）对比特币的负面影响。

新协议

在一些新的矿池协议中，例如 Stratum v2 和 辫子池 矿工可以自主选择打包的交易。Stratum v2 已被部分矿池（如 DEMAND）和挖矿固件（如 Braiins）采用，允许个体矿工构建自己的区块模板。这提高了数据传输的安全性、去中心化和效率，同时降低了比特币的交易审查和 MEV 风险。

因此按照这个趋势发展，未来矿池和矿工的角色可能不会像以太坊的PBS（Proposer/Builder Separation）模型那样演变。

此外，Bitcoin Core中与交易池相关的新设计可能会带来变化，主要包括备受关注的v3交易中继策略和集群内存池的增强。不过， 影响 关于闪电网络通道出口实现等方面的新设计仍在进行中 讨论 .

减少挖矿奖励的影响

挖矿奖励的降低是一个重要的挑战，随着未来区块奖励进一步降低，可能会对网络产生多重影响。

比特币开发人员很早就认识到并讨论了一些问题，例如 费用狙击 ，矿池可能会故意重新开采之前的区块以获取费用。比特币核心已经实施了一些措施来打击费用狙击，但目前的方法仍需改进。

除了原生交易费，另类资产未来也可能成为持续的收入来源。因此，一些项目正在尝试构建基础设施，以更有效地识别涉及另类资产的有价值交易。例如， 钢筋 正在开发一个替代公共记忆池，以便更好地识别与有价值的替代资产相关的交易。

然而，正如“外部费用支付”部分所讨论的，这些链下比特币经济激励对比特币自我调节的激励兼容系统的影响仍有待验证。

无论如何，比特币上的 MEV 与以太坊有相似之处，但也因架构和设计理念不同而有所不同。比特币的实用性不断提高、区块补贴奖励的逐渐减少以及不断发展的 BTCFi 生态系统将使 MEV 相关因素受到更多关注。

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本文来源于网络：解码比特币MEV：以太坊黑暗森林外的另一个世界

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