国盛区块链｜掘金黑暗森林：以太坊 MEV 的昨天、今天和明天
摘要
在以太坊系列报告中，我们陆续研究了以太坊新共识 POS、Layer2 生态、跨链等内容，本篇聚焦于以太坊生态中的“黑暗森林”——MEV（Maximal Extractable Value，最大可提取价值，POW 时代指 Miner Extractable Value），探讨它的商业模式、竞争格局和前景。
投资建议：建议关注 Coinbase（COIN）：1）在以太坊验证者赛道，排名第二；2）以太坊生态的繁荣对其而言意义重大，以太坊交易收入是其重要收入来源。 风险提示：区块链技术发展不及预期，区块链监管趋严。 |
1. MEV 很重要
MEV（Maximal Extractable Value，最大可提取价值），是指通过在区块内插入、排除和对交易重新排序，从区块生产中提取的价值。在以太坊合并前，由于这部分收益广泛地被矿工占有，它指的是矿工可提取价值（Miner Extractable Value）。
1.1 规模近 7 亿美元，仅次于 Opensea
所有链上交易用户均可能受到MEV“攻击”。根据Flashbots的统计，截至2月5日，已有6.9亿美元MEV被提取。
参考 Foresightnews 的观点，如果将 MEV 总体视作一个项目，则截至 2 月 5 日，其总收入（6.9 亿美元）仅次于以太坊（89 亿美元）、Filecoin（16 亿美元）、Axie Infinity（13 亿美元）和 Opensea（9 亿美元）。
1.2 验证者（Validator）第三大收入来源，占 10%+
在质押收益和交易小费之外，MEV 是以太坊验证者的重要收入来源。根据 ultrasound.money 的统计，截至 2 月 7 日，MEV 是以太坊验证者第三大收入来源，占 13%，仅次于出块奖励（占 57%）和交易小费（占 30%）。
1.3 以太坊第四大经济活动，占 2%，仅次于 DeFi、NFT、L2
以太坊基本费（Base Fee）由网络拥堵情况决定，会被系统“燃烧”，以其为观测维度，可以观察到以太坊链上经济活动的活跃度。根据 ultrasound.money 的统计，截至 2 月 7 日的 1 天内，MEV 是以太坊链上第四大 Gas 费基本费（Base Fee）消耗大户，共消耗了 59ETH，占 2%，仅次于 DeFi（1020ETH，37%）、NFT（486ETH，18%）、L2（2%）。
2. 特定条件下，MEV 必然存在
这部分将从 MEV 在区块链世界存在的前提、常见应用场景和其“狙击”方案尚不成熟等角度讨论 MEV 存在的必然性。
2.1 MEV 在区块链世界存在的前提
根据 Blocknative 的梳理，现实生活中的多种现象展现出 MEV“通过改变交易排序获利”的特点：
二手交易软件中 / 演唱会外的黄牛：了解到你有购买某物品的需求和出价，给出比你高的价格，先于你购得物品，再以更高价转售于你；
搜索引擎竞价排名：搜索引擎广告主通过出比竞争对手更高的价格，希望在用户搜索结果页面获得更靠前的排序，从而获得更好的销售额；
航空 / 航海管制：不同航空公司 / 海运公司和机场 / 海港签订合作协议，好让自己的航班 / 货船相较于竞争对手，能优先使用航线 / 海港，尤其是在拥堵时段；
……
MEV在区块链世界存在，根植于类似前提。
2.1.1 前提一：内存池（Mempool）中交易公开可见
“黑暗森林法则”出自科幻作家刘慈欣的小说《三体 2：黑暗森林》，它指的是“宇宙是座黑暗森林，每个文明都是带枪猎人，某个文明一旦被发现，就必然遭到其他文明的打击”。在这层意义上，我们认为黑暗森林法则也适用于区块链——只要人们的交易订单被其他人看到，就一定会被利用。
众所周知，区块链的链上交易公开透明、难以篡改，而如下图所示，交易在上链前，在各节点自己的 mempool（内存池）内也公开可见。
2.1.2 前提二：交易结果在一定概率上可以预测
这里指的是，用户在 mempool（内存池）看到交易后，在一定程度上可以判断交易的影响，例如，用户看到某加密货币的大额买单，可能认为该资产的价格将出现上行，反之则反，当然，这一判断还需要“该资产的流通盘相对较小”等前提。
2.1.3 前提三：交易上链竞价规则清晰：价高者得
以第二大区块链以太坊为例，区块链交易的规则是“Gas 费更高者可先行上链”。Gas 可以理解为，用户为了完成交易，向系统和矿工支付的服务费。原因是以太坊为区块规定了 Gas 的上限，则矿工为了使自己得到的 Gas 费最大化，会优先让 Gas 费出价更高的交易上链。
这一规则不同于部分交易场所主要基于订单发出请求的时间的成交原则，如“先到先得（FCFS）”，也跟交易本身的金额没有直接关系，但有时用户可能愿意为了大额交易支付更多 Gas 费，以免交易成交缓慢、成交前标的资产价格发生大幅波动。
2.2 MEV 第一大应用场景：套利
根据 Flashbots 统计，截至 2 月 5 日，在历史上的 3268564 笔 MEV 交易中，99% 为套利交易，仅 1% 为清算交易。其中，MEV 在清算中的应用主要指的是，当抵押借款人的抵押物价值下降，不同于传统金融市场，只能由交易平台自身清算用户抵押物，区块链世界，由于链上交易公开，任何用户都可以“替”抵押借款人出售抵押物来偿还债权人，并获得一大笔清算费用，于是 POW 时代的矿工和 POS 时代验证者（Validator）通过自己组建区块的权力，优先让自己的清算交易置于区块中、成交，来获利；本报告重点介绍套利交易。
抢跑（Front Running）：复制他人订单，抢先交易。
例如：
用户甲看到用户乙在某交易所低价购入某加密货币的订单；
用户甲看到该币在其他交易所价格较高；
用户甲给出比用户乙更高的 Gas 费，先行买入该币。
用户甲在其他交易所抛售该币种，实现获利。
跟跑（Back Running）：消除历史交易的影响，填平价差。
例如，如下方左图所示，
用户甲看到用户乙将在去中心交易所 C 大量抛售某加密货币的订单；
用户甲预计该币价格将下跌，然而此时去中心交易所 D 中该币价格尚未变动；
用户甲给出比其他用户更高的 Gas 费，紧随用户乙提交买入该币的订单。
用户甲在去中心交易所 D 抛售该币，实现获利。
“三明治”（Sanwiching）：先抢跑，再跟跑。
例如，如下方右图所示
用户甲看到用户乙低价购入某加密货币的订单；
用户甲看到该币在其他交易所价格较高；
用户甲给出比用户乙更高的 Gas 费，先行买入该币；
用户甲给出比其他用户更高的 Gas 费，紧随用户乙的买入订单抛售，实现获利。
2.3 MEV“狙击”方案各异，尚不成熟
一种观点是“MEV 是好的”，比如套利能促进价格发现，帮助各大去中心交易所（DEX）更新资产价格，与市场价格保持贴合，也有很多观点认为“MEV 是恶性的”，原因是它推高了用户的交易成本，使链上空间拥堵阻塞、浪费链上空间，应当在共识层或应用层消灭它。基于第二种观点和 MEV 在区块链世界存在的若干前提，部分项目推出了对 MEV 的狙击方案：
通过加密，使交易在被进入内存池（Mempool）和纳入区块前保持不公开可见状态：Shutter Network、Cosmos IBC、Submarine Sends（将交易提交到隐藏地址）；
集中流动性池，以缩小滑点、缩小 MEV 空间：例如 UniswapV3；
改变“Gas 高者得”的交易上链规则，改为按“时间”先后对交易排序：ZeroMEV、以太坊二层网络（Layer2）Rollup；
防止套利者获利：Kattana（不允许抢跑者出售代币）。
我们认为，从 MEV 存在的原因考虑，MEV 难以避免，在 MEV 盛行的当下，与其狙击它，不如利用它。
3. MEV 的过去：Flashbots 链下竞标，终结矿工“暗箱”
长期以来，MEV 挖掘和区块生产被有特殊权限的暗池、大交易商和矿工把持，直到研发项目 Flashbots 推出 MEV-geth 和 MEV-Relay。在这一阶段中，Flashbots 服务的 MEV 的挖掘流程是：
MEV 搜寻者（Searcher）在链下向中继（Relay）发送包含自己交易排序偏好的交易包“Bundle”；
中继（Relay）则向安装了 MEV-geth 客户端的矿工转发有效的 Bundle；
矿工将对自己而言最有利可图的 Bundle 置于区块顶端；
失败交易不上链。
这一流程使 MEV搜寻者（Searcher）可以在链下公开竞价，使 MEV挖掘规则透明化、公开化，使其走出了矿工自行提取的“暗箱操作”阶段，但同时还是使 MEV的利润大大转向了矿工，因此获得了 MEV 搜寻者（Searcher）和矿工双方的广泛支持。
上述流程的主要问题是：
开放性不足，只有部分矿池有权参与：虽然所有 MEV 搜寻者（Searcher）都可以未经许可地提交 Bundle，但矿工能看到所有 Bundle 的明文，所以 Flashbots 只允许部分矿池参与；
兼容性不足：作为以太坊客户端 geth 的分叉，MEV-geth 只能跟一个以太坊客户端兼容；
竞拍在中心化的基础设施上开展。
4. MEV 的现在：产业链竞争格局
4.1 “制霸”MEV 挖掘，90% 区块由 MEV-Boost 构建
根据 mev-boost.pics 的统计，2022 年 9 月以太坊合并以来，按以太坊区块生产的最小单位 Slot（时隙）看，截至 2 月 5 日，91% 的 Slot（时隙）由 MEV-Boost 构建。
4.1.1 MEV-Boost 和 PBS 的含义
POS时代，Flashbots推出了MEV-Boost，它是一个中心化接口，它让验证者（Validator）多了一种获得高收入区块排序的方式，验证者（Validator）可以自行去内存池（Mempool）为交易排序、将其打包，也可以选择MEV-Boost“推送”来的经过区块构建者（Builder）排序过的。数据显示，大部分时间，通过MEV-Boost，验证者（Validator）收入可以大幅增加，因此，大部分验证者（Validator）选择了接入MEV-Boost，而不是自己排序。
MEV-Boost对接多个中继（relayers）而不限于Flashbots，它创建了区块构建者（Builder）这一新角色，并将它和区块出块者（Proposer）分离，这就是PBS（Proposer/Builder Separation）。
MEV-Boost的运作流程是：
MEV“搜寻者（Searcher）”竞相向“区块构建者（Builder）”提供包含自己交易排序偏好的“交易包（Bundle）”；
“区块构建者（Builder）”从中选取 Gas 费最高的搜寻者（Searcher），也可能从自己的独有渠道获得订单流。“区块构建者（Builder）”竞相向“区块验证者（Validator）”提供包含了交易包（Bundle）的、自己“组装”的“区块”。
“中继（Relay）”将“区块构建者（Builder）”构建的“区块”发送给“区块验证者（Validator）”
“验证者（Validator）”只需从“区块构建者（Builder）”经由“中继（Relay）”递送来的交易包中，选择给自己最多费用的区块。根据以太坊的出块规则，“验证者（Validator）”会被随机选为“出块者（Proposer）”，当选的“验证者（Validator）”会将其选中的区块上链。
4.1.2 MEV-Boost 的进步性
相较于 POW 时代的挖掘流程，MEV-Boost 作出了若干改进。
更去中心：通过增加“承诺 - 披露”机制，放松对区块生产者的信任要求，使每个以太坊质押者都能参与进来。由于获取 MEV 需要制定复杂策略，POW 时代只有大矿工和矿池才能做到，PBS 降低了验证者（Validator）获取 MEV 的门槛，在这层意义上，能防止大矿工强者恒强。
兼容性更强：推出侧车机制——独立于信标节点的开源软件，用户可以通过 MEV-Boost 的区块构建者（Builder） API，跟任何以太坊客户端一起工作，这也使得任何人都能成为区块生产者，而不只是 Flashbots，这意味着区块构建者（Builder）可以充分竞争，而验证者（Validator）可以选择其中向自己出价最高的。侧车机制还意味着，MEV-Boost 使用过程中的失败不影响验证者（Validator）在共识层的出块。
Gas 竞价转为暗拍。将“交易通过 Gas 竞价排序”转为暗拍，MEV 搜寻者（Searcher）看不到别人的出价，只能按照自己的心理价位一锤定音，不占用 Mempool（内存池）资源了，并避免了推高其他用户交易成本，失败交易不上链，也避免了浪费相关链上空间。
4.1.3 MEV-Boost 的问题：Builder 和 Validator 的新集中
MEV-Boost 也有自己的问题。比如，区块构建者（builder）和验证者（Validator）通过跟部分服务商（例如网关服务商 Infura）签订专属协议独占订单流和跨域挖掘 MEV，实现新的中心化。其中，区块构建者（Builder）可以修改交易规则，这样就算共识层部分交易有效并付费了，但还是被审查和被拒绝，以太坊网络的去中心性质被损伤。
4.2 MEV-Boost 统治下的产业链格局
4.2.1 搜寻者（Searcher）：对普通用户而言门坎较高
根据 Flashbots 的统计，截至 2 月 5 日，在累计 6.87 亿 MEV 收入中，MEV 的搜寻者（Searcher）要将 36% 付给矿工（注：Miner，此处在以太坊 POS 时代，料指 Builder 和 Validator），因此其毛利率为 64%。相比于大部分生意，是相当高的毛利率。但承担该角色需掌握计算机技术并拥有先进的 MEV 搜寻算法，对普通用户而言，门槛较高，适合有此专长的个人或机构。
4.2.2 构建者（Builder）：Flashbots 第一，占 23%，前三家占 64%
根据mevboost.pics统计，截至2月5日的14天内，整个区块构建者市场，Flashbots占23%，builder0x69占23%，beaverbuild.org占18%，仅这三家即占64%。
4.2.3 中继（Relay）：Flashbots 独占半壁江山，且未商业化
中继（Relay）是 MEV-Boost 生态中的重要组成部分，它负责将区块构建者（Builder）排序的交易包转发给验证者（Validator）。根据 Blocknative 的统计，不考虑人工成本和 7*24 小时运营监控和支持成本，运营一个中继（Relay）的成本是 6 万美元 / 年。然而，MEV-Boost 模式中，Flashbots 要求中继（Relay）不向市场收费。
Flashbots 中继（Relay）免费被认为阻绝了其他竞争者的进入。目前，除了 Flashbots，市场上只有 Dreamboat 一家开源中继（Relay）。截至 2 月 4 日，
根据 mevboost.org 的统计，仅有 10 个活跃中继（Relay）；
根据 Flashbots 的统计， 87% 的验证者（Validator）已经注册使用 Flashbots 的中继（Relay）服务；
根据 Flashbots 的统计，1 月 23 日至 29 日，57% 的区块由 Flashbots MEV-Boost 中继（Relay）提议生产（Propose）；从区块 15537940 开始，截至 2 月 4 日，53.8% 成功上链的区块中 50.2% 由 Flashbots MEV-Boost 中继（Relay）提议生产（Propose）。
Flashbots 中继（Relay）免费还被认为会导致 MEV 挖掘产业链的垂直整合。例如，中继（Relay）自身不挣钱，但部分中继（Relay）向上游发展，拥有了自己的区块构建者（Builder），从后一种角色种获益，这会导致它们拒绝其他区块构建者（Builder）投递来的交易包（Bundle）。
4.2.4 验证者（Validator）：格局稳定，Lido 第一，占 26%，适合散户
以太坊验证者（Validator）市场格局较为稳定，Lido约占 26%。自以太坊合并依赖，以太坊验证者（Validator）市场竞争格局变化不大，根据 mev-boost.pics 的统计，截至 2023 年 2 月 5 日，Lido 第一，约占 26%，Coinbase 第二，约占 13%，Kraken 第三，约占 8%，Binance 第四，约占 6%，这四家共占 51%。
成为验证者，对散户而言门槛较低。根据 Rated 统计，截至 2 月 5 日，在众多以太坊验证者（Validator）中，Lido 获得的年化质押收益率最高，约为 6.07%。更重要的是，对散户而言，相较于 MEV-Boost 产业链上的其他角色，通过 Lido 等质押服务商成为以太坊验证者（Validator）的门槛最低（接近 0ETH），而 Lido 通过接入 MEV-Boost 能获得可观的 MEV 收入。
5. MEV 的未来
5.1 以太坊路线图：将 PBS 写入协议，扩容后第一要务
根据以太坊创始人VitalikButerin 2022年11月公布的以太坊发展路线图，“合并”后的第二次重大升级即为解决MEV风险问题、保证中性的区块上链政策，为此会将PBS写入协议。这使得用户将不必信任Flashbots这样的中心化机构。例如，虽然在MEV-Boost主导的MEV挖掘产业链中，搜寻者（Searcher）和区块构建者（Builder）角色已经十分去中心，但中继（Relay）仍然承担了其上下游的信任：面向上游，它要承担区块构建者（Builder）的信任，即它在出块者（Proposer）支付构建者（Builder）费用前，不让前者查看构建者（Builder）区块基础交易；面向下游，它要承担出块者（Proposer）从信任，在不允许出块者（Proposer）查看基础交易的情况下，确认区块和出价的有效性，这非常重要，因为无效的区块将导致出块者（Proposer）被罚没。
虽然该升级完成的时间节点未知，但由于已公布，市场对此有较大预期。以太坊官方有将 MEV 相关改动写入协议层的成功先例，即著名的 EIP1559 提案。EIP1559 使区块手续费用的 Base Fee 随拥堵情况而变化，并有 1.125x 上限，使 Gas 费更好预测（出太高没必要）、更平滑，方便用户提升交易成功率，降低了 MEV 的竞价空间。
5.2 Flashbots：L1 和 L2 共享“唯一”内存池和“交易排序层”
针对 MEV-BoostMEV 挖掘过程中存在的若干问题，Flashbots 提出了 SAUVE（Single Unifying Auction for Value Expression，价值表达的单一竞标）计划。SAUVE 致力于成为以太坊 L1（一层网络）和 L2（二层网络）共享的“唯一”内存池（Mempool）和“交易排序层”。
SAUVE 的三个特性是：
统一的“交易偏好”提交场所：用户提交“交易偏好”到 SAUVE；
充分竞争的执行市场：“交易偏好”被传递到“执行市场（Execution Market）”，“执行者（Executors）”监听 SAUVE 内存池交易，并为将用户“交易偏好”的执行而竞价，他们还会将部分 MEV 返还给用户；
去中心的区块生产网络：它获得收集的用户“交易偏好”，该网络能最大化区块构建者（Builder）和验证者（Validator）的 MEV 收入，同时让区块构建者（Builder）去中心，他们之间共享订单流，订单流将保持不公开可见状态。
SAUVE致力于针对性地解决MEV-Boost当前遇到的问题：
针对 MEV-Boost 目前面对的审查，加密内存池（Mempool）。
针对区块构建者（Builder）的集中，将其去中心化。
解绑内存池（Mempool）和区块构建者（Builder），用即插即用型工具取而代之；
共享相同的排序层来保证去中心，区块构建者（Builder）捕捉跨域 MEV，验证者（Validator）最大化自己的收入，用户执行最佳交易；
针对独占订单流：去中心地为用户赋能；
在交易被确认前，用户的交易应该不公开可见，以及用户有权获得他们创建的任何 MEV；
用户的事务应该是不公开可见的，但是对所有的区块生产者开放。
针对跨域 MEV：去中心地为区块构建者（Builder）赋能；
不同链的区块生产者必须合作，就像当初 Flashbots Auction 整合 Searcher 和矿工一样，必须是用开放
和无需许可的方式。
SAUVE的实现在远景上还需要至少以下条件：
基于 SGX（英特尔硬件安全解决方案）的订单流拍卖、区块构建者（Builder）器（初期）和网络（后期）；
跨域 MEV 解决方案：允许用户表达和执行跨域的 MEV 交易偏好。
5.3 Flashbots 的挑战者们：激励中继（Relay）等
不过，Flashbots竞争者的举动也会倒逼Flashbots创新，或许会有竞争者能成功为中继（Relay）提供激励，增加市场的竞争。例如，排名靠前的区块构建者（Builder）0x69允许MEV搜寻者（Searcher）撤回或替换交易包（Bundle）。另外，以前交易包（Bundle）默认顺序不变并连续，当前部分区块构建者（Builder）自己可能也会合并交易包（Bundle）或打破各交易包（Bundle）内部交易的排序。例如，它可能会为了获得更多MEV，将交易包ABC和DEF，从原来的ABCEDF排序为ADBCEF。
风险提示
区块链技术发展不及预期。区块链属于新兴科技产业，其技术发展进度存在较强不确定性。
区块链监管趋严。区块链产业天然具有全球性，其在各地面临不同且不断明确的监管。
本文节选自国盛证券研究所于 2023 年 2 月 16 日发布的报告《
孙爽 S0680521050001 [email protected]
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