Gate Ventures研究院：深度解析MEV，照亮黑暗森林（上）

随着链上活动的急剧增加以及链上基础设施的演进和丰富，链上 MEV 一直被视为以太坊黑暗森林中最危险的部分，直接导致用户在链上金融活动中收益损失和用户体验下降。本文的目标是基于以太坊 2.0 的区块生成机制和提议者-构建者分离（PBS）的技术演进，分析该机制所带来的内在中心化和信任问题，与以太坊价值观的现实形成鲜明对比。

MEV 链上化的加剧确实是一把双刃剑，有正外部性也有负外部性。正外部性包括降低 DEX 价差、帮助清算交易；负外部性包括损害用户夹层交易。因此，MEV 的解决方案更多的是减少负外部性，但不能根除。在探索降低 MEV 负外部性、解决当前基于第三方信任中间件 Relayer 的问题的机制过程中，主要有三类措施：拍卖机制的改进、共识层的改进、应用层的改进。这三项改进都会对 MEV 的现代版图产生不同程度的影响，但有些解决方案并不能真正解决用户遇到的夹层攻击问题。用户交易仍在公开池中，因此需要引入更多隐私池技术来保护用户交易的可选隐私。这些 MEV 解决方案值得组合尝试。

此外，作为机制设计的必然产物，MEV 在未来将变得更加复杂。我们还在本文中探讨了随着第 2 层架构和 EIP-4337 账户抽象等新交易类型的实现，MEV 可能面临的更多技术挑战和机遇。

最后，我们希望通过本文探索出缓解 MEV 负外部性的潜在解决方案，并全面了解当前 MEV 解决方案的优缺点，不仅为未来的用户照亮黑暗森林，也为行业研究人员进一步研究 MEV 照亮黑暗森林。

以太坊 2.0

自从The Merge以来，以太坊就采用了POS机制，保证了网络的安全性，同时在区块生产方面，放弃了计算密集型的竞争，采用了权益证明。合并之后，以太坊分为执行层和共识层，整个区块的产出也发生了变化，每个Epoch为一个POS周期，每个Epoch又分为32个Slot，每个Slot相当于一个区块时间单位，也就是12秒。

验证者提议框图

全网会在每个Epoch中从验证者中随机选出一个委员会，提议区块的人是从委员会集合中随机选出的，区块提议者需要将交易打包排序后产生一个区块，其他委员会验证者会监督这个过程，然后对区块进行投票，而这个委员会会在每个Epoch之后重新选举。同时会施加一定的操作时限，以保证出块和投票的效率。这里我们为读者规范一下术语，Payload即执行负载，意为交易的状态变化，可以看作是执行区块的一部分，区块提议者会将执行负载（即交易结果的状态变化）和区块提议一起实现。

PBS 架构

事实上，当一个验证者被选为区块提议者时，提议者往往没有动力去执行 Payload，也就是对交易进行排序执行，因为这需要大量的算力来执行状态改变。原本的想法是，如果我们采用去中心化的委员会选举，并且把执行负载也算进去，那么交易排序等就变成了去中心化的事情。然而验证者似乎很自然地想把这部分交给第三方去完成，而 Proposer 则专注于提议区块。因此衍生出了 PBS 的想法，就是将区块提议和构建分开，节点提议者只负责验证区块，不参与区块构建。提议者和构建者的分离促成了一个开放的市场，区块提议者可以从区块构建者那里获得区块。这些构建者相互竞争构建区块，并向提议者提供最高的费用，我们称之为区块拍卖。

PBS 流程图

我们先简单介绍一下整个PBS（Proposer Builder Seperate）密封式首次拍卖模型。当用户通过RPC代理提交交易时，RPC相当于运行一个节点，将交易提交到公共的Mempool中。多个建造者找到最合适的交易，并进行排序，生成一个收益最大的区块（收益最大指交易费Base+Priority+MEV）。然后多个建造者通过MEV-Boost Relayer与Proposer进行交互。Relayer是多个建造者与Proposer交互的桥梁。建造者向Relayer提交出价，Relayer向Proposer提交多个区块头和对应的出价，Proposer一般会采用出价最高的那个区块。其中，Relayer会实现MEVBboost规范，这是Flashbot提出的一个关于如何规范建造者和提议者之间交互竞价的技术规范。在这个过程中，所有的信息都是封闭的，Relayer 只会向 Proposer 提交区块头，因此 Proposer 具有抗审查性。

PBS 旗下各种参与者和游戏

其主要参与者有Builder、Relayer、Proposer、MEVbot（Searcher）。

建造者

其中，Builder 主要负责构建区块的内容，使用 MEV-Boost 技术之后，由于不仅支持 Gas Fees，还支持 MEV 收益，在竞标中处于更有利的地位。Builder 可以直接审核用户与搜索者之间的交易，这一点一直被诟病，尤其是在美国政府公布 OFAC 之后，大量 Builder 参与了 OFAC Compliant。相比于一开始，虽然最近审核区块的比例有所减少，但可以看出在区块构建过程中，Builder 对交易的直接审核有着直接的作用。

OFAC 合规区块比率，来源： MEV手表

建筑商市场份额，来源： MEV手表

从目前Builder的市场份额来看，纯粹的、未经审查的Build如beaverbuild.org正在逐渐扩大其市场份额，一切都以盈利为目的。

搜索者

MEV 收入与 Gas 费用收入的比率，来源： 加速

本质上，实现利润最大化的工作需要搜索者和建造者的共同努力。搜索者往往会和特定的建造者合作，从而形成一个暗池（Dark Pool）或私人池（Private Pool），在这个池子里搜索者的交易只会展示给特定的建造者，而部分建造者会获得利润最大化的 MEV 交易，然后竞标区块空间。理论上，如果建造者作恶或审查，那么搜索者可以选择其他建造者，这将导致建造者的市场份额逐渐下降。因此，在搜索者的控制下，建造者往往会考虑作恶的隐性成本。上图是 MEV 和每日 Gas 的收益，可以看出，在市场波动较大时，搜索者贡献的 MEV 收益甚至可以是每日 Gas 收益的两倍。

对于搜索者来说，分为CEX-DEX（链下）套利和DEX、夹层、清算（纯链上）两大类。

搜索者市场份额，来源： 搜索器构建器

目前，Wintermute在CEX-DEX套利交易中占据最大的市场份额。

搜索者市场份额，来源： 搜索器构建器

对于纯链上 MEV 机会，有逐渐形成工作室的趋势，其中 jaredfromsubway.eth 拥有惊人的 37.2% 市场份额。它擅长对以太坊链上用户进行夹层攻击，一度成为链上 gas 消耗最高的用户，一整天消耗了约 1.5% 的 gas。从 2023 年 2 月到 2024 年 6 月，该机器人共花费了 76,916 ETH，按照这些交易执行时的价值计算，相当于约 $1.75 亿。由于 Searcher 与 Builder 紧密相关，因此在实践中，许多 Searcher 会将其订单流发送给排名前三的 Builder。实际上，所有 Builder 都可以广播，但一些小的 Builder 可能会分拆 Searchers 的订单流，导致 Searchers MEV 策略失败，从而产生损失的风险。此外，绑定 Builder 还可以保持其在生态系统中的影响力。

中继者

继电器市场份额，来源： 加速

Relayer 负责集体竞价，然后作为中转站将区块头和拍卖区块的价格提交给 Proposer。此时 Proposer 并不知道区块内的交易细节。一旦 Proposer 选定并签署区块头，Relayer 就会将所有交易内容发布给 Proposer。我们会发现，Relayer 作为没有经济激励的第三方，获得了极大的信任。Builder 依赖 Poposer 进行报价，Proposer 依赖 Relayer 的报价和区块内容。历史上也发生过类似的问题。超声波 Relayer 存在潜在漏洞，导致 Proposer 提取了超过 $2000 万的 MEV。虽然这些漏洞可以修补，但 Relayer 本身仍然可以选择恶意行事，窃取 MEV。

市场份额趋势图，来源： 加速

上图是 Relayer 的市场份额，我们可以发现，纯 MAX Profit 运营的 Builder 的市场份额从 Merge 之后逐渐扩大，因此在自由市场中，不可能通过 Builder 来人为控制 MEV。

同时，Relayer 也面临一个问题，那就是没有经济激励。因此 Blocknative 也退出了 Relayer 的研发。Relayer 目前依赖 Flashbots 提出的 MEVBoost 规范来构建。以太坊依赖第三方提供 PBS，并不是长久之计。因此以太坊社区也在探索在协议层面纳入 PBS。

提议者

对于 Proposer 来说，通过算法从所有验证者中随机选择一个委员会，在每个 slot 中选择一个区块提议者。区块提议者本身具备执行负载的能力，但是由于提议者天然想要将这一部分外包，因此很容易引起 Builder 和 Proposer 之间的垂直合作。MEV-boost 的 Relayer 希望成为此方法的中间点，以减少两者直接沟通而导致的垂直合作勾结。由于现在矿池作为验证者池，这个矿池和 LSD 验证者池都有很强的规模效应，尤其是 LSD 的出现，释放了原本质押的代币的潜力，提升了资金效率，加上背后 DEFI 构建区块的影响力，验证者池也处于更加中心化的趋势。

验证器市场份额，来源： 加速

目前 Lido 占据约 28.7% 的市场份额，Coinbase 和 Ether.fi 位列第二、第三。过去 MEV-BOOST PBS 方案还未积极落地时，Proposer 负责 Builders 的任务，也就是执行负载（Payload），但大部分 Proposer 放弃了对交易进行排序和执行的能力，因为这会在繁重的计算工作下严重降低验证性能，因此不如将执行负载外包，让第三方拍卖区块。

用户

最后说说用户。用户往往是整个架构设计中最薄弱的一方，因为用户的交易被放在 Mempool 中，各种 MEVbot 会从中赚取 MEV 的利润，但这些利润并不会流向用户。不过这并不总是一个劣势，比如在 DEX 中，当链上市场波动较大或者用户交易量大于 DEX 的流动性时，MEVbot 就会利用套利来减少滑点，减少各个平台的价差。所以 MEV 的存在有正外部性也有负外部性，需要分开来讨论，这也是它的复杂性。

用户交易图

为了避免用户被 MEVbot 监视，对用户造成损害，目前有很多 RPC 节点提供商可以帮助用户将交易放在私有的 Mempool 中，比如通过 Builders RPC 直接和 Builder 交互。一种比较新颖的方式是通过 OFA（Order Flow Auction）订单流拍卖，补偿用户 MEV 的利润。OFA RPC 运营者与搜索者建立合作关系，通过将用户的订单拍卖给搜索者，搜索者可以获得最大的 MEV，从而将整个订单流纳入区块，然后搜索者将这些利润返还给用户。

运行私人订单流交易的用户百分比，来源： 内存池

目前私募流用户使用占比仍较低，约为10%。主要原因是教育用户成本较高，很多用户无法得到很好的MEV知识和应对措施教育，且操作复杂。如果要优化用户体验，用户更容易被动接受，而非主动接受。

总结

在目前的 PBS 架构下，我们看到，自 MEV-BOOST 规范推出以来，这种以利润最大化为目的的密封拍卖机制，导致 Builders 和 Searchers 逐渐被引导到合作和信任的方向。Searchers 和 Builders 双方的利益捆绑在一起之后，这种中心化的趋势也非常明显。在 POS 下，会导致 Validators 的中心化。整个 MEV 产业链在各个环节都变得非常中心化，也引入了多方信任的问题。Searchers 信任 Builders，Builders 和 Proposers 信任 Relayers。MEV 中心化和信任化的发展，与以太坊去中心化和去信任化的终极愿景明显冲突。以太坊社区目前正在讨论三种缓解这种中心化的方案：

• 关于Builder和Searcher捆绑的中心化：Flashbot提出的SUAVE技术，可以使交易更加透明，降低Searchers对Builders的信任门槛，从而鼓励Searchers向所有Builders发送订单流。

• 信任中继者：使用 Enshrined PBS 替代当前的 PBS 解决方案，消除竞标过程中对中继者的依赖。

• 关于Validator中心化：使用去中心化的AVS，比如SSV等，Lido已经与其合作。

参与者集中度趋势

MEV 状态

2024 年 6 月 1 日至 7 月 1 日的 MEV 类型及利润，来源： 特征值

目前MEV链上的主要操作是套利、夹心攻击、爆仓等，其中套利获利最大，过去30天MEV机器人可以统计出总共获利260万美元。

2024年6月1日至7月1日三明治攻击交易的利润分配。来源： 特征值

实际上一笔交易的平均利润是$0.8，依靠大量的交易，近30天以太坊链上的三明治攻击利润大概是$88万。

MEV 有正负两种外部效应，正外部效应包括减少因套利而产生的 DEX 间价差、帮助 DEFI 协议清算抵押物等，均为正效应。负效应主要来自于用户的夹层交易，会导致用户损失部分收益。在现行的链上手续费机制中，虽然以太坊对 Gas Fee 实现了平滑机制，但当链上出现较多套利交易机会时，MEV 机器人和用户会一起上链交易，导致链上 Gas Fee 出现短期暴涨，进而给用户造成经济和体验损失。

不仅仅是因为PBS、POS架构带来的MEV、中心化问题，在以太坊迁移到Layer 2架构的过程中，也出现了Layer 2之间跨链MEV的问题。

第 2 层架构设计的潜在 MEV 复杂性

目前大量以太坊交易放在 Layer 2 上，而以太坊主要目标还是聚焦世界结算层，因此未来大规模链上套利活动将转向更为复杂、技术要求更高的多链跨链 MEV。

在跨链MEV方面，目前集中研究较少，但针对MEV的潜力已经提出了一些应对措施。在Layer 2方面，主要的改进是改进排序器，因为排序器负责对交易进行排序和运行。跨链桥是不同Layer 2之间跨链的必备产品，Searcher其实可以帮助减缓Layer 2之间流动性碎片化的问题，虽然目前作用依然不大。主要原因是跨链桥的体验和安全性还有待提高，并且不同跨链桥的最终性也不同，导致定制策略时需要考虑到这一点，使得跨Layer 2的跨链门槛更高。

EIP-4337 的潜在 MEV

新的架构不仅会增加 MEV 的复杂性，而且 EIP-4337 引入的账户抽象和新交易类型也将显著改变 MEV 格局。

ERC-4337 工作流程

在 ERC-4337 中，将引入一种新的交易类型 User Operation，并进入 Mempool。Bundler 的角色会在 Mempool 中寻找该类型的交易，然后将其打包成普通交易。一旦用户交易进入公共池，就会被 Searcher 监听到。Bundler 类似于 Builder，可以和 Searcher 配合，对 User Operation 进行重新排序，从而获得 MEV。同时，不同链上 User Operation 的规范可能不同，这将进一步提高跨链 MEV 的技术门槛。

待续。

参考

MEVM、SUAVE Centauri 及其他： https://writings.flashbots.net/mevm-suave-centauri-and-beyond

区块链、MEV 和背包问题：入门： https://arxiv.org/html/2403.19077v1

《MEV 生态系统从以太坊 1.0 演进》

Blockchain Capital 的 MEV 未来

FRP-18：通过 Flashbots 实现内存池完全隐私的加密方法

《行刑券》： https://ethresear.ch/t/execution-tickets/17944

有效载荷及时性委员会 (PTC) – ePBS 设计： https://ethresear.ch/t/payload-timeliness-committee-ptc-an-epbs-design/16054

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