一文读懂MEV

介绍

区块链技术虽然具有革命性，但也存在细微差别，对其各自领域的系统和生态系统构成了挑战。在区块链中，矿工和验证者充当安全支持者来确认交易并保护链。这意味着他们也是独立的各方，能够为了自己的利益而对给定区块中的交易进行重新排序。

最大可提取价值（也称为矿工可提取价值），简称 MEV，是指区块生产者通过在其生产的区块内安排、添加或删除交易所能赚取的最大利润。它们的回报主要来自单方面排除、包含或重新排序区块内的交易。尽管它的名字如此，它不仅适用于工作量证明（PoW）链，还适用于权益证明（PoS）链上的验证器。本文旨在对 MEV 进行全面分析，探讨其起源、对各种区块链网络的影响，以及区块链生态系统中不同参与者利用或缓解 MEV 所采用的策略。

历史与理论

历史

第一个有记录的 MEV 案例于 2014 年出现在以太坊区块链上，由一名分析师编码员发现。他对这项技术非常感兴趣并充满希望，直到他意识到系统中的一个致命缺陷——验证者和矿工的自主性使他们能够从毫无戒心的用户那里获取价值。

2019 年，Chainlink Labs 的一组研究人员发表了一篇名为“Flash Boys 2.0”的论文，强调 MEV 并不是一个理论实践，而是已经在众多广泛采用的协议中直接被利用的功能。

理论

区块链最初设计为由分散的机器网络（称为区块生产者）来保护。这些区块生产者包括验证者和矿工，他们承担在不可变的分布式账本系统上确认交易的角色。它们将待处理的交易聚合到一个块中，然后由网络验证，然后包含在全局系统中。

尽管有措施证明所有交易都是有效的且没有重复计算，但无法确保它们按照链上发布的顺序排列。这就是为什么当区块生产者从内存池（区块链的待处理交易队列）选择交易时，他们能够在提交之前优先考虑费用最高的交易。

MEV 基础设施

MEV 技术基础设施

在当前的 MEV 生态系统中，存在第三方机器人和各方操纵交易费用，以确保其交易在区块提交中优先。这对于可能没有必要的资金、资源或技术专长来利用这种现象的典型用户来说被认为是不利的。

在区块生产者端，还涉及第三方，包括搜索者、构建者和中继者。搜索者本质上是在待处理交易的内存池中“搜索”潜在的 MEV 盈利机会。他们捆绑这些交易，然后将其发送给“构建”完整区块并将其发送给中继者的构建者。中继者是提议区块的可信聚合者，对它们进行验证并将最有利可图的区块传递给验证者进行提交。

常见攻击

MEV 攻击是矿工、验证者或交易者使用的策略，利用他们重新排序、包含或排除区块内交易的能力来最大化他们的利润，如前所述。以下是 MEV 攻击的一些常见类型：

抢先交易 (Front-Running)

这是当参与者观察到内存池中等待的有利可图的交易并快速创建具有更高 Gas 价格的类似交易时。这鼓励矿工首先纳入他们的交易，使他们能够从原始交易引起的价格变动中受益。

示例：爱丽丝想买一个玩具，但鲍勃支付了一笔小额贿赂以优先处理他的交易，并购买了玩具。

回程 (Back-Running)

这与抢先交易类似，但攻击者不是将交易放置在目标交易之前，而是将交易立即放置在目标交易之后。这通常用于攻击者打算从原始交易引起的价格变动中获利的场景。

示例：爱丽丝计划在拍卖会上竞标一幅画。鲍勃等待爱丽丝竞标，然后迅速以爱丽丝出价高的价格将他的同样的画作卖给了观众。

三明治攻击(Sandwich Attacks)

在这种类型的攻击中，攻击者在目标交易之前和之后都放置交易。这可以以一种允许攻击者低买高卖的方式操纵代币的价格，本质上是“夹住”目标交易。

示例：爱丽丝计划购买一个玩具。鲍勃先购买了它，抬高了价格。爱丽丝以这个高价购买了，然后鲍勃以这个虚高的价格卖出了他的玩具，有效地夹击了爱丽丝的购买。

套利 (Arbitrage)

这些攻击利用了不同去中心化交易所（DEX）之间的价格差异。攻击者可以同时在一个 DEX 上以较低的价格购买代币，并在另一个 DEX 上以较高的价格出售。

示例：鲍勃发现另一个城镇的苹果更便宜。他在那里购买并在他的城镇以更高的价格出售。

时间强盗攻击 (Time-Bandit Attacks)

在工作量证明网络中，矿工进行所谓的链重组，以操纵先前确认的区块。这样做的目的是从已包含在这些区块中的交易中提取 MEV。这不仅是一种更复杂的 MEV 攻击形式，而且可能更具破坏性，因为它需要改变现有的区块链结构。

示例：矿工鲍勃看到爱丽丝发现了金矿。他利用自己的力量让时间倒流，在爱丽丝之前到达了矿脉，并为自己夺走了黄金。

MEV 案例研究

总体情绪和统计数据

2023 年的 MEV 格局是一个充满活力、多元化的领域，体现了机遇、挑战和创新的融合。去年，MEV 领域出现了重大活动，机器人在以太坊上创造了至少 3.07 亿美元的收入。套利机会最为频繁，占总收入的47.5%以上，而三明治和清算机会也发挥了重要作用。

在此背景下，2023 年 8 月 6 日当周的统计数据提供了当前趋势的快照。套利尝试获利 848 万美元，三明治攻击获利 559,000 美元，清算攻击则不太常见，为 14,000 美元。这些数字是更广泛模式的一部分，强调 MEV 生态系统的复杂性和活力。

2022 年，涉及三明治机器人的 MEV 总交易量达到令人印象深刻的 2870 亿美元，其中 Uniswap V3 是套利和三明治机器人的热点。有趣的是，币安智能链（BSC）上的 MEV 机会比以太坊上更具成本效益，这表明 BSC 上的环境更受欢迎。

MEV 机会的频率和性质有所不同，具体取决于市场状况。虽然套利机会最常见，但清算机会更依赖于剧烈的市场波动。不同 MEV 类型产生的收入也呈现出每月差异，某些月份由于特定的市场事件而显示出明显更高的收入。

这一情况还揭示了 MEV 的寡头垄断模式，在以太坊合并后，排名前 2 的区块构建者地址占据了一半以上的 MEV，尽管构建者在区块的最后一笔交易中将大部分 MEV 传递给了提议者。 MEV机器人的竞争环境以及不同类型机器人之间的利润分配进一步说明了市场的复杂性。

通过分析具体统计数据、不同区块链平台之间的比较分析以及了解更广泛的趋势所获得的见解，为这个不断发展的领域提供了全面的视角。这些见解有助于更深入地了解 MEV 生态系统，反映其多方面的性质以及对去中心化金融未来的影响。不断探索流动性数据、制定新的做市策略以及努力解决 MEV 市场的公平性和监管问题对于应对这一动态环境至关重要。

MEV漏洞利用

2023 年 4 月 3 日，在以太坊区块高度 16,964,664，一群 MEV 机器人被利用，损失了 2530 万美元。对漏洞的分析显示，叛徒验证器切换了 MEV 机器人的交易并夺取了各种加密代币。

该漏洞是一项复杂的操作，涉及一个流氓以太坊验证器和一组 MEV 机器人。被称为“Sandwich the Ripper”的流氓验证者准备了多种代币的资产，并引诱目标 MEV 机器人群体，试图在低流动性的 V2 Uniswap 池上抢先进行交易。整个流程经过 18 天的操作完成。

在典型的三明治攻击中，MEV 机器人读取传入交易并提前执行订单，从而推高原始买家的资产价格。然后，买方通过购买与最初预期相同的资产来进一步推高价格。 MEV 机器人会在原始买家的交易完成后立即出售资产，从买家身上赚取套利利润。

然而，在这种情况下，流氓验证器诱使MEV机器人使用受攻击的交易，迫使机器人花费他们的WETH在低流动性池中套利被诱资产，而攻击者无需进行实际购买交易。然后，在 MEV 机器人购买诱饵资产后，攻击者立即修改同一区块内的交易订单并出售其所有代币（在攻击前准备的）。然后，利用者以更高的价格出售他的代币，以耗尽低流动性池中的所有 WETH，从而使 MEV 机器人在此过程中获得的代币毫无价值。

流氓验证器在 24 笔交易中使用相同的策略成功耗尽了 5 个 MEV 机器人的资源。被盗的代币随后被分配到三个独立的钱包中，分别持有 2000 万美元、230 万美元和 290 万美元。

为了应对这一漏洞，Flashbot 社区已针对所有中继推出了补丁，以防止类似的攻击再次发生。虽然有些人将这次攻击报告为“恶意/流氓”，但加密货币社区的其他人则认为，对 MEV 机器人的攻击是游戏的一部分，不涉及任何犯规行为。

去中心化金融（DeFi）夏季

然而，虽然 MEV 通常会带来挑战和负面影响，但它在某些情况下也发挥了有益的作用。例如，在 2021 年 DeFi 夏季期间，MEV 的使用与以太坊上更快的交易和更低的 Gas 费用相关。

图：以太坊的 Gas 价格与通过 Flashbots 的 MEV-geth 捆绑包的价格

Flashbots 的 Mev-geth 等 MEV 提取软件的采用激增，超过 78% 的以太坊矿工现在使用它来打包排序交易包并获取 MEV 利润。这是通过矿工贿赂和无Gas成本的捆绑拒绝等功能实现的。如上图所示，MEV 捆绑的激增似乎与以太坊上较低的平均 Gas 费用相关，因为 MEV 软件缓解了优先 Gas 拍卖 (PGA) 等问题，即机器人通过交易费战争抬高费用。

在三明治攻击（下一节将探讨的 MEV 形式）的情况下，矿工或验证者将某些交易包含在一个区块中，同时丢弃其他交易。通过以这种方式确定交易的优先级，它们可以促进更快的执行并降低用户的总体成本。这种选择性包含允许网络处理更多的交易，有助于在高需求期间提高系统的效率和有效性。

总体而言，以 MEV 为中心的软件在以太坊中占据了主导地位，因为它通过交易排序技术调整矿工和交易者的激励，这也可能无意中减少网络拥塞和成本。

MEV相关产品

闪光机器人（Flashbot）

像 Flashbots 这样的公司通过研究和开发试图减轻 MEV 带来的负面外部性的协议来帮助实现生态系统的再平衡。他们建立了一个生态系统，其中机器人直接向矿工而不是公共以太坊池提交交易包，然后矿工在其他人看不到的情况下收到出价，并将这些交易包包含在他们开采的区块中。

Flashbots 创建的 MEV-Boost 等协议为验证者提供了一种通过想要购买区块空间的构建者市场访问中继区块的方法。通过使用 MEV Boost，验证者可以选择包含这些特制的区块，这些区块可能由于重新安排的交易而具有更高的盈利能力。这使得验证者可以从构建者已识别并打包到中继块中的 MEV 机会中赚取更多收益。他们还可以添加来自 Flashbots、Bloxroute、Blocknative、Eden 或 Manifold 等的中继器。

快车道（Fastlane）

Fastlane 是另一家试图重新平衡 MEV 带来的安全问题的基础设施公司。 Fastlane 是一个协议，旨在奖励参与保护 Polygon 区块链健康的验证者。

Fastlane 提供了一种独特的解决方案，允许验证者从区块链生态系统中的各种参与者（包括套利者、清算者和 NFT 交易者）中获得收入。通过竞争性拍卖流程，算法搜索者在称为“冲刺”的指定时期竞标访问 Fastlane。获胜的竞标者无需直接连接到验证者节点，更重要的是，无需了解验证者的对等 ID、enode 地址或 IP 地址，即可提高交易成功的可能性。

这种方法显着增强了验证器节点的安全性和隐私性，通过减少机器人用冗余交易淹没节点的经济激励来实现更健康的节点。 Fastlane 的设计不会助长诸如抢先交易和“三明治”攻击等有害行为。相反，它优先考虑 Polygon 区块链的整体健康状况。此外，通过消除交易传播动态的随机性，Fastlane 可能会降低哨兵节点的数据成本，进一步提高网络的效率和稳健性。

牛协议（COW Protocol）

还有一些具有特定用例的应用程序或利用 MEV 实现各种目的的软件，例如 Cow Protocol。 Cow Protocol 在可能的情况下进行点对点交易匹配，消除了对中间人的需求并为用户节省了资金。这称为需求巧合 (CoW)。他们搜索所有交易所和聚合商，以确保用户获得最优惠的价格，从而消除用户在不同平台上比较价格的需要。它们还保护用户免受抢先交易和三明治攻击，这可能会给交易者带来重大损失。它通过点对点匹配交易并利用批量拍卖来实现这一点，从而使交易顺序无关。

如果下单后价格向有利于用户的方向变动，Cow Protocol 会向用户提供执行时的价格。它每 30 秒将订单收集一次“批次”。这是在链下完成的，这有几个好处，包括对失败的交易不收取任何费用，以及在出售代币（而不是 ETH）中收取费用。 Cow Protocol 的解决者竞相在所有去中心化交易所和聚合器中为您的交易寻找最佳的流动性来源。他们在链上提交批次并将其隐藏在公共内存池中，从而保护交易免受矿工和机器人的操纵（抢先交易和其他形式的 MEV）。

蜂鸟（Kolibrio）

最后，Kolibrio 试图成为首批提供广播者可提取价值（BEV）中继的协议之一，从而革新MEV领域。这项技术确保交易广播者（例如节点提供商、DeFi 钱包、桥接器和其他 dApp）可以拥有他们创建的订单流并能够将其货币化。当交易在进入内存池之前自动搜索 MEV 机会时，这是可能的。当交易中存在 MEV 机会时，BEV 会将该信息转发给搜索者，搜索者将根据该信息对交易进行出价以供用户认领。

通过在广播商级别进行交易并引入 MEV 拍卖机制，它使 MEV 提取民主化，减少通过交易排序或抢先交易进行利用的机会。系统的验证和等待机制充当针对恶意 MEV 策略的缓冲区，而交易的聚合则确保了更难操纵的高效处理。此外，通过自动将 MEV 利润分配给广播者，该系统不仅可以确保公平分配，还可以激励实体优先考虑用户利益，从而培育更安全、以用户为中心的区块链生态系统。

以太坊之外的 MEV

Solana

MEV 可以通过各种策略来实现，包括抢先交易、后轮攻击和三明治攻击。然而，当我们从以太坊环境过渡到 Solana 时，由于两个区块链之间的根本架构差异，MEV 的格局发生了重大变化。

在 Solana 的 PoS 系统中，持有大量代币的验证者负责完成交易。 Solana 验证器集群的独特功能进一步增强了该系统。验证者被分组为集群，并且轮流担任领导者验证者的角色。领导者的角色仅限于确定投票交易的顺序，而不是最终结果，从而增加了针对潜在恶意行为者的额外安全层。

Solana 和以太坊之间的另一个主要区别在于内存池的存在。虽然以太坊的内存池是许多 MEV 策略的重要组成部分，但 Solana 并不拥有内存池。这意味着独立的网络参与者（通常被称为“搜索者”）无法定位单个交易，除非他们充当验证者。此外，Solana 最近引入了优先费和固定费，因此搜索者可以更快地获取他们的交易。

尽管存在这些架构差异，Solana 并不能完全免受 MEV 的影响。 Solana 上 MEV 活动的一种普遍形式是去中心化交易所 (DEX) 套利。在这种情况下，交易者会利用不同 DEX 之间的价格差异。例如，交易者可能会发现 Raydium 和 Orca（Solana 上的两个 DEX）之间的 SOL/USDC 汇率差异，并执行有利可图的套利交易。

有趣的是，三明治攻击（以太坊上常见的 MEV 策略）在 Solana 上没有观察到。这可能是由于 Solana 缺乏内存池以及只有领导者验证者才能在交易最终确定之前访问交易的事实。

在不可替代代币（NFT）领域，MEV 以 NFT 机器人的形式体现。这些机器人通过铸币请求淹没了流行的 NFT 发布，旨在确保尽可能多的代币立即转售。这不仅扰乱了 NFT 市场，还导致网络拥堵。为了解决这个问题，Solana 提出了一些解决方案，例如调整交易 Gas 费用以增加垃圾邮件请求的成本以及对无效交易征收“税”。

此外，一家名为 Jito Labs 的公司提供了一套专业产品，可能会对 Solana 的 MEV 格局产生重大影响。以下是产品描述：

1. 增强的验证器性能和收益 Jito-Solana 客户端：

通过提供开源验证器客户端，Jito Labs 帮助 Solana 上的验证器更好地利用其硬件并赚取更多收入。这可以导致更具竞争性的验证，从而减少从交易排序中提取潜在的 MEV。 Jito 区块引擎：这个引擎有助于为验证者构建最有利可图、最高效的区块。通过优化区块结构，可以减少交易重新排序（一种常见的 MEV 策略）的机会，使网络对某些 MEV 攻击更具抗性。

1. 外包垃圾邮件缓解和签名验证 Jito Relayer：

该工具允许验证者外包垃圾邮件缓解和签名验证，这可以减少拥塞并导致更有效的区块创建。这可能会降低恶意行为者通过垃圾邮件攻击利用 MEV 的可能性。

1. 顺序执行和增强的交易功能 Jito Bundles：

通过允许交易的顺序执行，Jito Labs 对交易排序添加了额外的控制层。这可以减轻一些 MEV 策略，例如抢先交易和三明治攻击。 Jito Mempool：交易者可以利用 Jito Mempool 获得更高的交易交付保证。这确保了更可靠的事务执行，减少了通过事务重新排序或排除而提取 MEV 的可能性。 ShredStream：此功能允许交易者通过直接从领导者那里接收碎片来节省大量时间。通过提高交易效率，可以减少 MEV 攻击的机会窗口，例如套利利用。

Jito Labs 的产品提供了一种增强 Solana 区块链的多方面方法。通过专注于优化验证器性能、确保高效的区块构建、减少垃圾邮件和增强交易能力，Jito Labs 为打造更安全、更具抗性的网络做出了贡献。

这些创新可以降低 Solana 区块链对常见 MEV 策略的敏感性，从而营造更加公平和透明的交易环境。虽然可能无法完全消除 MEV，但 Jito Labs 的产品与 Solana 的集成代表了朝着减轻与 MEV 相关的一些负面影响迈出的积极一步。

在快速发展的区块链领域，Jito Labs 的此类技术进步为如何解决 MEV 挑战提供了宝贵的见解，不仅在 Solana 内部，而且还可能跨其他区块链网络。

总之，虽然由于架构差异，Solana 上的 MEV 的性质和表现形式与以太坊上的 MEV 存在显着差异，但 MEV 仍然是一个普遍问题。 Solana 社区继续探索和实施解决方案，以减轻 MEV 对其网络的影响，确保其区块链运营的完整性和效率。

第 2 层和第 2 层跨链

第 2 层 (L2) 上的 MEV 从以太坊第 1 层 (L1) 上的原始 MEV 扩展而来。然而，在 EVM 链的背景下，参与者操纵交易顺序、包含或审查的可能性在 L1 和 L2 之间没有显着差异。这两层共享基本的 MEV 概念，MEV 主要源于矿工（或权益证明系统中的验证者）在其生成的区块中重新排序、包含或审查交易的能力。

这种能力可用于利用套利机会、抢先交易或从用户那里提取租金。然而，以太坊 2.0 的引入以及越来越多地使用 L2 解决方案来实现可扩展性正在微妙地改变 MEV 格局。

MEV 领域的一个具体区别出现在像 Avalanche (AVAX) 这样的某些链的情况下，除了验证器之外，它们不共享内存池数据。这种独特的行为可以改变 MEV 的动态，因为越来越少的实体可以访问交易数据，从而可能影响交易操纵和价值提取的范围。

然而，L2 环境也为 MEV 问题的创新解决方案提供了机会。例如，提议者-构建者分离 (PBS) 的概念可以应用于 L2 解决方案，其中提议区块和构建区块的角色是分离的，可能会缓解一些与 MEV 相关的问题。

此外，跨链 MEV 的探索，涉及跨不同区块链网络的 MEV 提取，也是 L2 MEV 领域的重要组成部分。这是 L1 环境中不存在的新维度，它开辟了一个全新的研究领域以及 MEV 提取和缓解的潜在策略。

总之，虽然 L2 MEV 与 L1 MEV 具有相同的基本概念，但 L2 解决方案独特的架构和操作特征为问题带来了新的维度。该领域正在进行的研究和开发对于确保以太坊和其他区块链网络在扩展时的稳健性、公平性和去中心化至关重要。

提案者与构建者分离（Proposer-Builder Separation）

什么是提案者与构建者分离

提案者-构建者分离（PBS）是针对区块链网络中审查和 MEV 攻击挑战提出的解决方案。 PBS 的概念植根于将网络内区块构建和区块提议的角色分开的想法。这种职责分离旨在创建一个更加去中心化和安全的网络，同时也解决 MEV 的问题。

在提案者与构建者分离之前

在区块链网络中，称为验证器的专门参与者对于事务处理和区块创建等操作至关重要。在以太坊等早期区块链协议中，验证者被分配了两项关键职责——区块构建和区块提议。相同的验证器将收集待处理的交易，确定区块内容，对交易进行排序，并完全构建新的区块。然后，这些相同的实体将其创建的成品块作为提案广播给网络的其余部分，以进行验证并包含在区块链中。

这种职责的整合是有问题的，因为它让验证者对哪些交易包含在区块中以及按什么顺序包含过多的控制。验证者可以利用这种影响力来实施为自己创造额外利润的策略。例如，他们可以以能够从希望优先处理交易的用户那里提取最大费用的方式对交易进行排序。验证者还可以利用自己的地位参与市场操纵，包括或排除特定交易，以影响代币价格，使其对自己有利。这些做法属于最大可提取价值的概念，其中验证者通过优化交易排序和审查制度来最大化利润。

规模较大、资源丰富的验证者自然最适合微调区块并参与这些 MEV 策略。这导致了中心化风险，因为较小的验证者很难从交易中获取最大价值。总的来说，将构建和提议区块的职责整合到一个验证者实体中会在公平性、安全性和去中心化方面产生漏洞。

PBS 之后：缓解 MEV 并增强区块链安全性

为了解决这些问题，引入了提案者-构建者分离 (PBS) 等创新技术。 PBS 正式将区块构建和区块提议这两个验证者职责分解为由不同节点类型处理的单独角色。

在 PBS 下，块构建由专门的构建器节点处理。它们的唯一功能是以优化的方式构建区块内容，从而最大化整个网络的价值，而不偏向任何单个实体。交易排序、包含和顺序是使用旨在限制操纵机会的算法来确定的。然后，这些完成的块束被传递到专用的提议者节点。

提议者节点有一个简单的角色——从构建者那里获取已完成的区块，并将其提议给验证者网络的其余部分以获得批准并包含在区块链中。重要的是，提议者不参与 PBS 下的区块创建。这可以防止他们对区块应用优先交易排序或其他自私的更改，因为他们只有在构建完成后才能看到内容。

通过将这两项职责正式分解为单独的、专门的角色，PBS 限制了任何单个节点在端到端交易流程中的权力。这反过来又增强了以太坊等网络的去中心化、安全性和公平性。 PBS 代表了区块链网络架构和治理方式的重要演变。

结论和未来方向：

MEV 的未来呈现出复杂的格局，受到 DeFi 的兴起和区块链技术的发展的影响。虽然 MEV 可以为区块链生态系统中的某些参与者带来可观的利润，但它也带来了挑战，包括对交易发起者的潜在负面影响以及验证者中心化的风险。

以太坊社区正在积极探索缓解这些挑战的策略，同时保留 MEV 的益处。这些策略，包括 MEV 燃烧、MEV 平滑和 MEV 共享，每种策略都具有独特的优势和权衡，其成功实施需要仔细考虑和大量资源。

以太坊合并和 PBS 概念的引入进一步增加了 MEV 格局的复杂性。 MEV-Boost 的广泛采用导致了区块奖励的增加，但也带来了验证者中心化的潜在风险。

总之，MEV 的管理是以太坊和其他区块链网络未来的关键问题。随着这些技术的不断发展，MEV 管理策略也会不断发展。未来的研究应该继续探索这些策略，以及 MEV 新形式的出现及其对各种区块链网络的影响。该领域持续的探索和发展对于确保这些网络在不断扩展时的稳健性、公平性和去中心化至关重要。

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