矿⼯可提取价值介绍(MEV)

以太坊的核⼼在于利⽤其灵活的智能合约允许开发者探索⽆需许可应⽤程序的新领域。⽬前,建⽴在以太坊上的去中⼼化⾦融协议 (DeFi) 正爆炸性增⻓,我们享受这样的增⻓带来的便利的同时也正为这般发展所苦恼。 正如第⼀次互联⽹⾰命中的编程库⼀样,DeFi 作为“⾦钱乐⾼”允许开发者通过组合与混⽤简单的区块来构建出复杂的系统。这种复杂性也会带来新的⻛险。其中很重要的⻛险就是矿⼯可提取价值 (Miner Extractable Value, 简称MEV)。

MEV是什么

套利

1. 同⼀种资产在不同市场上价格不同。

2. 具有相同或相近价值的两种资产定价差异过⼤(例如相似的农作物品种,如软⻨和硬⻨;原料与 成品,如⼤⾖与⾖油、原油与取暖油)。

3. ⼀种已知未来价格的资产当前的价格与其根据⽆⻛险利率折现的价格差距过⼤。(对于存在仓储 费⽤的资产,如农产品,还需考虑仓储成本)

套利不仅包括在⼀个市场买⼊某种资产,在另⼀市场以更⾼价格卖出的交易。有的⾦融资产套利要求⽅向相反的交易组合尽可能同时发⽣,以规避成交时间不⼀致带来的未成交市场上价格变动的⻛险。能电⼦化交易的⾦融产品如⽐特币,以太坊更适合同时成交的策略。

Priority Gas Auctions (PGA)和抢先交易

1. 矿⼯会复制和审查套利者的交易以便⾃⼰捕捉此次套利机会;

2. 其他机器⼈也会注意到该次套利机会并提供更⾼的交易费报价,因此导致⼤家竞价以争取捕捉套利机会的权⼒。这种竞拍模式被称为“优先 Gas 拍卖” (Priority Gas Auction, PGA)。

这⾥的竞拍模式之所以会存在,取决于两点。第⼀是区块链的交易⼤多于线下完成,从交易申请到确认需要经过矿⼯认证,这⾥存在⼀定时间差,从⽽使优先 Gas 拍卖理论上可⾏。其次,注意到套利机会的其他⼈或机器⼈通过出更⾼的gas费来激励矿⼯优先确认其交易从⽽拿到套利。这就是所谓的抢先交易

排序优化奖励 (Ordering Optimization)

MEV从何⽽来

1. ⾮对称信息:矿⼯在挖矿的同时确认链下交易(这⾥的交易不只Layer 1,将来会提到Layer 2的交易⼀定意义上也存在MEV),其对于不同交易的申请的知识,是其他交易者所⽆法获取的信息。

2. 抢先交易:通过价格竞拍(PGA),矿⼯更倾向于优先确认交易费更⾼的交易。

3. DEXes: DEX 是⼀个以⾮托管⽅式使⽤代币,允许⽤⼾进⾏交易的流⾏智能合约类型。其中智能合约扮演了传统交易中连续限价交易的执⾏员⻆⾊。

简单来说,为何传统⾦融市场不存在的套利机会会在加密货币中出现,因为矿⼯在挖矿的同时也会看到不同交易的申请,从⽽获得⾮对称信息。利⽤这个信息差,矿⼯可以选择(甚⾄⾃⼰拟造)⼿续费更⾼但同样价格的套利交易从⽽通过抢先交易获取⾥⾯的套利(以及可能存在的失败交易⼿续费中的⼀部分)。⽽传统⾦融市场中这种抢先交易的⼿段是法律禁⽌的。

MEV的危害

Fig. 1: MEV下限估值(关于MEV的⼀切)

然⽽,我们可以通过相加已知被利⽤的 MEV (即上图所⽰的 “已实现的 MEV”) 来建⽴基线。然后,我们便可以使⽤启发式的⽅法来推断真实的下限值⽐我们的基线⾼出多少,以及未被利⽤的 MEV 会如何影响区块链的环境。

MEV 可以看作是矿⼯对⽤⼾收取的税 (⽆形的)。

在上⾯提到的 Uniswap 例⼦中,⼀笔⼤宗交易会导致价格滑点,产⽣价值⼀万美元的套利机会 (MEV)。套利机器⼈通过套利⾏为使得市场价与真实价格持平,这使 Uniswap 市场在不伤害原始交易者的同时变得更加⾼效。这个 MEV 交易例⼦是良性的。

然⽽,同样是这笔交易的另⼀个版本可能会是这样:⼀个套利机器⼈在执⾏之前就识别到⽤⼾的交易,然后将⽤⼾的交易夹在⾃⼰的买卖订单中间。最终的结果便是,MEV 向⽤⼾征收了⼀种⽆形的税:他们的订单被⼈为抬⾼⽽导致⽆法执⾏,然后套利机器⼈⽴即出售订单以获取利润。当然,矿⼯可以零成本做到这⼀点。这种 MEV 交易就是恶性的。

仅限于以太坊吗?

潜在危害

⽬前状况

如何应对

1. 更佳的应⽤设计:每个应⽤程序都可以⾃⼰设计,以最⼩化其能够创造的 MEV。这⼀⽅案可能很有竞争优势,因为⽤⼾将需要⽀付更低的成本和享受更好的⽤⼾体验。然⽽,协议不能强制应⽤程序这样做,并且可避免的 MEV ⾮常有限。

2. 额外的安全性激励:除了区块奖励之外 (如 EIP-1559 提议销毁的 BASEFEEs,或状态租⾦),稳定的矿⼯收⼊来源是对协议安全的补充,并可以帮助缓解 MEV 问题。如果不考虑上⾯的两个⽅案,⼤多数研究就会集中于如何提⾼破坏共识 (时间盗贼攻击) 的难度和成本,⽽不是从根源上解决 MEV 问题:

3. 分离打包和排序:矿⼯ (或验证者) 只能负责打包交易,⽽将优先交易排序的权利单独竞拍。理论上,这防⽌重组激励。然⽽,这使得⽤⼾总是需要承受优先交易竞拍带来的 MEV 损失,这等同于多区块时间盗贼攻击带来的影响。

4. 最终确定性 (Finality):中本聪的⼯作量证明 (PoW) 只有概率上的最终确定性。⽽基于拜占庭容错的算法更能保证最终确定性,并且仅仅重组单个被敲定的区块就需要程度更深的合谋,该算法使得时间盗贼攻击更加困难。然⽽,如果 MEV 的激励⾜够⾼,那么即使合谋的难度较⾼也值得尝试了。再者,参与者对于其提议的区块,仍然有权任意排序交易,因此仅凭最终确定性⽆法解 决“⼀般”的抢跑交易问题。

5. 权益证明 (Proof-of-Stake):基于 PoS 的区块链中,尝试重组的验证者会遭受罚没惩罚,因此使得时间盗贼攻击成本更⾼,尤其是与最终确定性结合时。然⽽,只要 MEV 的激励⾜够⾼,即使在罚没惩罚的警⽰下也可能会捕获 MEV。

3,4,5条仅针对时间盗贼攻击(MEV带来的潜在攻击可能中的⼀种),并不具有普适性。

⼩结

参考⽂献

2. MEV介绍:关于MEV的⼀切

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