以太坊MEV黑暗森林發展史：從gas戰爭到PBS_MEV

原文作者：pseudotheos?

原文編譯：DeFi之道

Domothy和我合著了這篇文章。PBS仍然是一個活躍的研究領域，但這篇綜合性文章旨在匯總迄今為止的研究進展以及研究方向。

在現有架構中，區塊提議者選擇存儲池中的交易來構建區塊。在以太坊上，這些由驗證者組成，它們同時運行共識客戶端和執行客戶端。從理論上講，區塊構建者會選擇支付最高費用的交易——但這不是一個嚴格的要求。因為一個區塊構建者可以完全控制tx排序和包含，因此區塊構建者可以運行復雜的MEV策略。MEV在任何有活動的地方都是非常普遍的，因此，以太坊是最賺錢的MEV戰場，迄今為止已被提取超過6.75億美元。

一、MEV快速入門

從技術上講，以太坊交易只是一系列字節。因此，創建和發送它所涉及的成本可以忽略不計。一個很好的例子是鏈上套利。當同一資產在交易所之間定價不同時，就會為價值提取創造機會。從這筆交易中賺到的任何錢，然后減去gas費，基本上就是從區塊鏈上的經濟活動中提取的利潤。

但是，這里有一個問題：由于區塊鏈的透明性，任何擁有節點的人都可以識別并提交相同的交易。無論有多少人發送他們的交易，都只會有一個贏家：即提交的交易被確認的人。正如你可能想象的那樣，這極大地有利于決定哪些交易進入下一個區塊，以及以什么順序進行的人，他們可以簡單地利用這些交易！

以太坊獨立研發人員：ProgPoW算法恐不能實現抗ASIC:以太坊獨立研發人員Kikx聲稱以太坊ProgPoW算法不能實現抗ASIC挖礦。根據Kikx的說法，可以修改ProgPoW算法操作的散列函數代碼，以允許特定于應用程序的集成電路參與挖礦。Kikx注意到，64位的“種子”太小了，這使得ASIC可以在不訪問內存的情況下計算散列。因此，ASIC的所有者可以通過三個簡單的步驟來修改代碼，從而在挖礦利潤方面獲得優勢。Kikx在他的GitHub上分享了自己的建議，包括漏洞的本質、代碼易受攻擊的地方以及一個可能執行的現場演示。知名以太坊開發人員Hudson Jameson和James Hancock討論了Kikx的結論，后者認為該漏洞“非常少見”，不會對其他挖礦算法構成威脅。此外，ProgPow開發人員Kristy-Leigh Minehan強調稱，這是一個非常酷的技巧——盡管我們還沒有證實它在實踐中是否有效。（U.Today）[2020/3/6]

此示例說明了所謂的“MEV機會”。鑒于等待確認的待處理交易列表，以及以太坊當前的全局狀態，存在特定的交易順序，可以讓區塊構建者從生態系統中提取最大價值。大多數時候，MEV機會更復雜，需要以正確的順序進行多次交易，但原理是一樣的：區塊構建者具有巨大的優勢。

動態 | 安永使用Zk-SNARKs擴展以太坊 可批量處理20筆交易:據Trustnodes 12月5日消息，安永區塊鏈全球創新主管Paul Brody公開宣布了一個開源代碼庫的新更新，該代碼庫在以太坊公鏈供應鏈中使用了Zk-SNARKs。Brody表示：“我們承諾到2019年底每筆交易的價格低于1美元，我們以較大的優勢鎖定了這一目標。我們的第一個版本的交易批量處理，一次最多可以在零知識的情況下進行20筆交易。在這個版本中完成全部20筆交易可以將gas成本降低到大約0.24美元。這包括批量處理和減少Merkle樹更新的新工具”[2019/12/6]

PoW）的保護時，MEV的概念主要是理論上的。相反，交易很簡單：“這就是我想做的事情，這是我愿意給礦工的錢，讓他們把它納入下一個區塊。”

礦工將簡單地查看待處理交易列表，按最高費用排序，并將盡可能多的交易放入一個區塊中。而交易本身的復雜性無關緊要。這滿足了一些公平的概念：每個礦工將運行相同的代碼，遵循相同的規則，并賺取相同數量的錢。

但簡而言之，這無法持久。金融激勵滋生競爭，提供最多包容性的MEV交易獲勝，因為礦工也受到經濟激勵來選擇最有利可圖的交易。在這些情況下，礦工是獲利最多的人，他們甚至不用玩什么游戲。如果有足夠的競爭，利潤總是趨向于礦工的。

聲音 | ETCLabs CEO：基于以太坊的PoW區塊鏈依然有很多的機會 ETC和ETH可以實現互補:7月25日消息，ETCLabs CEO Terry表示， ETC選擇PoS還是PoW，是基于研究和分析，并不是為了追求潮流。ETC團隊廣泛的研究和市場分析表明，基于以太坊的PoW區塊鏈依然有很多的機會，特別是在ETH轉向2.0以后。ETC和ETH可以實現互補，雙方都可以從中受益。[2019/7/25]

短期：gas戰爭

第一個后果很快就顯現出來了。每筆MEV交易，無論成功與否，仍然包含在鏈上的嘗試。這浪費了大量以太坊本已有限的區塊空間，導致費用高得令人難以置信。

中期：共識的中心化

當礦工意識到他們作為區塊構建者所具備的權力時，一股新的中心化力量出現了。無論出價如何，區塊構建者都可以保證包含他們的MEV交易。

注意：在EIP-1559之后，區塊構建者仍然需要支付基礎費用。

新的策略是讓區塊構建者積極監控鏈，以尋找MEV機會直接利用自己的權力。很容易看出為什么這是一個強大的中心化向量，獨立于共識機制：更頻繁地創建區塊將導致更多的MEV提取。但不幸的是，由于規模經濟的原因，隨著時間的推移，MEV通過加強提取打破了公平的指導理念。

動態 | 以太坊未確認交易12487筆:Etherscan.io數據顯示，當前以太坊未確認交易數為12193筆，與昨日相比未確認筆數略有下降，網絡擁堵程度略微得到緩解。[2019/3/21]

分叉，從而導致更長的結算時間。

值得慶幸的是，最后一個問題從未在基礎層上實現。然而，依靠少數杰出的行為者善意地反對強大的經濟激勵，并不是以太坊所追求的彈性水平。在足夠長的時間范圍內，如果完全不加以控制，MEV將對以太坊構成生存威脅。

1、強制按費用排序區塊

結果：

(1)回到gas戰爭;

(2)由于缺乏存儲池共識，驗證者可以忽略不方便的交易；

3、加密存儲池

結果：

減少有的MEV；

需要增加驗證者的誠實假設；

增加延遲；增加復雜性；

增加抗審查性；

驗證者自我包含的MEV不受影響

研究者們正在探索更多潛在的解決方案，包括密碼學方法和加密經濟學方法。“解決MEV”作為一個整體是不可能的。任何障礙都會導致更深奧的MEV提取，從而加劇中心化。令人驚訝的是，下一個最好的事情是接受MEV是不可避免的，并且無論我們喜歡與否，它都將永遠是一個中心化的向量。

動態 | 以太坊開發者提議在2月底進行君士坦丁堡升級:據coindesk消息，以太坊核心開發人員在周五早上的核心開發者電話會議期間提議在2月26日到2月28日之間的某個時間段進行硬分叉，具體分叉的區塊還有待確定。據悉，本次電話會議的參與者包括以太坊創建者Vitalik Buterin以及其他開發者。[2019/1/19]

四、區塊構建市場

解決方案是通過將提出區塊的過程與構建它的過程分開，因此命名為Proposer-BuilderSeparation。“區塊提議者”的想法已經存在于以太坊的PoS設計中。每12秒，就會選出一個驗證者作為區塊提議者。區塊的構建方式無關緊要。驗證者的預期工作是將其提議給網絡的其余部分，而其他每個驗證者的工作是驗證它以確保它不會違反任何規則。

PBS的總體思路是，區塊構建者將競爭并向負責提議區塊的任何驗證者提交競標。這個驗證者唯一需要做的就是提議出價最高的區塊。

使用PBS，高度對抗的MEV戰場被小心地隔離到區塊構建發生的地方。此外，拍賣系統允許所有驗證者輕松地從區塊構建者發現的MEV機會中受益，無論規模如何。

放棄并將整個事情變成一場大型拍賣，而不真正嘗試修復MEV本身，這似乎不是我們想要看到的。然而，MEV實在是太有利可圖了，不能將其視為一些罕見的邊緣案例。如果我們不直接在協議中規定這樣的拍賣，它仍然會以某種形式存在，除了它將是帶外的、不透明的并且受制于前面提到的中心化力量。如果不加以控制，很容易看出私人區塊構建拍賣會是什么樣子，以及它們可能對區塊鏈的去中心化和可信中立性造成的所有損害。

有了PBS，我們反而受益于這種不可避免的經濟現實——我們可以圍繞這樣的市場應該是什么樣子來設計規則，并消除我們不喜歡的部分。我們可以使其公平、透明且易于每個驗證者訪問。

理想的區塊構建市場

理想的市場應該是什么樣的？

1、中立

區塊提議者不應該有動機偏愛某些區塊構建者；

區塊構建者應該沒有動機偏愛某些區塊提議者；

2、最小的區塊提議者開銷

低硬件要求允許市場上有更多的區塊提議者；

3、捆綁安全

區塊提議者不應該能夠攔截已構建的區塊，并用MEV交易代替他們自己的交易；

4、共識的簡單性

由區塊構建市場構建的區塊，不需要對共識層進行重大更改。

現有的區塊構建市場

在協議中直接實現PBS會很復雜，這需要一些時間。與此同時，為了實現相同的目標，出現了一些協議外的解決方案，但它們有一些細微的權衡。雖然沒有正式寫入協議，但協議外的實現允許更高程度的實驗，并為最終實現提供了一個極好的測試平臺。Flashbots創建了一個區塊構建市場，其中包含了全捆綁或無捆綁以及有條件付款。

他們的工具包括：

1、MEV-Geth

不利于客戶端多樣性

僅在合并前工作

2、MEV-Boost

與客戶端無關，解決了先前實現的問題

驗證者不能操作區塊

但協議外市場仍然有一些缺點：

中繼者仍然需要信任

審查問題

DelphiDigital

1、區塊構建者中心化

區塊構建者中心化比區塊提議者中心化危害小，但仍然不理想。因此，我們正在進行研究以最終創建一個去中心化的區塊構建者網絡，希望它可以勝過集中的實體。

3、高MEV差異

即使收益通過PBS民主化，區塊提議者的運氣仍然是匯集質押ETH的激勵因素。一個實體擁有的驗證器越多，其就越有可能提出區塊并獲得MEV獎勵。在核心協議中實施MEV平滑，使我們能夠達到理想的公平場景，其中Staking質押獎勵與質押的數量成正比，因為MEV獎勵將被匯總并平均支付給驗證者。此外，如果以最佳方式實施協議內MEV平滑，將減少規避協議內PBS設計的動機。

六、結論

在過去的幾年中，MEV和協議研究發生了很多事情，而且我們對它的了解越多，這個主題就越廣泛。盡管我們仍有懸而未決的問題，但我們正在通往去中心化、高彈性、中立的全球網絡的道路上。如果你想更深入地了解，Domothy在此處整理了一份供進一步閱讀的清單。

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