矿工积极参与MEV游戏,Gas费上涨,是福是祸?

都说DeFi要革传统金融的命,是不是智能合约和矿工取代中介角色,传统金融的弊端就能被消除呢?如果说金融系统的进化就像打补丁之路,今天我们发现有一个补丁来到区块链之上仍未能被打上。在传统金融市场上,经纪人作为客户和市场之间的中介,对未来可能会影响到市场的买卖单交易有着内幕信息优势。经纪人有可能会在执行客户的交易行为之前,优先执行自己的交易从而获利,这种行为在受监管的金融市场中是非法的。

然而这种非法操作却在链上“合法”地上演着。据CoinDesk报道,研究显示在过去一个月,利用以太坊网络“缺陷”进行合理套利的机器人至少已获利1.07十亿美元,这些获利被称为矿工可提取价值(Miner Extracted Value,简称MEV),这种“合法”操作,这就是我们经常听到的抢跑交易(frontrunning),如今越来越多矿工积极参与获取MEV的游戏。矿工的权力也许比我们想象的要大多了,他们是如何进行抢跑以获得MEV的,这些操作将会对以太坊生态造成什么影响?

致力于减轻MEV给智能合约区块链带来的负面外部性和风险的研究和开发组织Flashbots首次对MEV进行深入研究,他们从2020年的第一个区块开始扒底研究Ethereum区块链,对超过130万笔MEV交易进行了分类,发现自2020年1月1日以来,至少有价值3.14亿美元的MEV被提取,失败的MEV交易浪费了450万美元的Gas费,相当于浪费了4500个以太坊区块空间!以下是Flashbots通过公共仪表板和实时MEV交易浏览器MEV-Explore发布的研究结果。



引介

MEV是一个度量指标,它指的是无需许可地对区块链上一个区块内的交易对进行重新排序、插队或删减,从而可以提取的总价值。到目前为止,以太坊上的MEV主要是由DeFi交易者和机器人执行那些交易顺序很重要的策略时提取的,有一小部分则是这些交易者或者机器人提取MEV时所产生的gas费。MEV-Explore V0并不会给出特定区块中可以提取的理论价值,例如矿工从他们正在生产的区块中对交易进行重新排序可以获得多少MEV,而是专注于目前在Ethereum上发生的MEV活动的经验证据。

在Ethereum上已经提取了多少MEV?DeFi交易员和机器人获取了多少MEV?MEV交易花费的gas里有多少给到挖掘出MVE交易方案的矿工?最常见的MEV提取策略有哪些类型?哪些DeFi协议包含的MEV最多?成功和失败的MEV交易会占用多少网络资源?

带着这些问题,我们对Ethereum进行了搜刮,覆盖到8种以上的主要DeFi协议,并收集了2020年1月1日以来链上的130多万笔MEV交易。通过我们推出的MEV-Explore v0(explor.flashbots.net)公开仪表盘,大家可以实时跟踪Ethereum上最新的MEV交易等情况。


自2020年1月1日以来,MEV提取量至少达3.14亿美元

从2020年第一个区块(9193266)开始,我们发现以太坊上被提取的MEV至少达到了3.14亿美元(约54万ETH)的规模,其中包括成功的、被恢复的和被检查的MEV交易,以及和这些交易相关的Gas费。


(图1:2020年1月至今累计的MEV)

提取的MEV大幅增长:2021年1月,MEV提取额为5700万美元(4.76万ETH),与2020年1月记录的18万美元(1.1万ETH)相比,以美元计价绝对值增长了300多倍,以ETH数量计算增长了43倍。鉴于在数据收集过程中并没有覆盖全部的协议和交易类型,我们相信实际提取的MEV会高于上述的衡量标准。预计该指标将继续增长,因为DeFi将会继续增长、Ethereum的复杂性会日益增加,复杂性增加将衍生出从交易排序中获取价值的新方法,更复杂的MEV提取方法的出现也将把MEV数值推高。

在MEV-Explore v0中,我们通过MEV-Inspect对MEV活动进行量化和分类。目前,我们基于这些指标进行了数据收集,以此观测了下表所列的8个协议(见图2)。有许多新兴的DeFi协议,其MEV暴露比较显著(例如ESD/DSD),同时也有在DeFi大爆发之前就存在MEV暴露的DeFi协议(例如Bancor、Kyber、Etherdelta、Airswap),我们正计划在下一个版本中增加对这些协议的观察。此外,尚有大量的MEV活动未被涵盖到,比如多重交易机会(例如三明治交易)和CEX-DEX价格套利。

(图2:覆盖的协议)


提取的MEV都包含什么?

如上所述,如今MEV主要是由交易者抓住那些依赖于交易顺序的交易机会而获得的。这包括Uniswap上代币之间的价格套利、dYdX上预言机更新后的贷款清算、ESD(算法稳定币)的兑换券赎回等机会。

我们将MEV交易分为两大类:成功的和失败的。失败的交易包含两个子类型:被恢复的(Reverted)和被检查的(Checked)。

成功的MEV交易是指那些追踪MEV机会并成功将其捕获的交易。

被恢复的MEV交易是一种失败的MEV交易,交易者追踪一个MEV机会,但出于种种原因没能抓住它,比如有人比他们先抢到了机会、他们没gas了或者市场条件发生了不利的变化。

被检查的MEV交易是另一种的失败的MEV交易,失败的原因比较微妙,发送者为了节省gas费,首先会检查机会是否还存在,然后才启动他们的MEV交易。虽然发送者最终还是要为他们的检查支付gas费,但其成本比直接启动交易要低得多。

让我们来看几个例子:


例1:通过优先拍卖gas费的成功MEV交易

在3个流动性池:Balancer的 ETH/USDC、Sushiswap的 USDC/SIL和Sushiswap的 SIL/ETH之间进行3跳套利,支付了12个ETH(当时为1.41万美元)的交易费用,价值16.7个ETH(当时为1.96万美元)的提取MEV。

https://etherscan.io/tx/0x2bde6e654eb93c990ae5b50a75ce66ef89ea77fb05836d7f347a8409f141599f

高额的交易费表明了这样一个事实,发送者为了与其他交易者竞争套利机会,在其现有的交易被打包之前,反复竞价提高其套利交易的gas价格。一个gas拍卖的失败者在这里损失了1.18ETH的 "检查 "MEV(见例3)。上面这个获胜的交易最终支付了5.16万gwei的gas价格,比当时的平均gas价格(94gwei)高547倍,但只比失败者高2倍(2.76万gwei)。

tx#1的提取MEV明细:发送方为4.7ETH(当时为5.5千美元),该区块的矿工F2Pool为12ETH(当时为14.1千美元)。
tx #2的提取MEV明细:该区块的矿工F2Pool为1.18 ETH(当时为1.4千美元)。

例2:失败的(被恢复的)MEV交易

一笔试图从Cream Finance的清算中获取MEV的交易,因为没gas了而失败,发送者损失了5.75ETH(当时约1万美金)的交易费用

https://etherscan.io/tx/0x8cfb46876ce1d40250e9690482bdaaffc1f6b60e18c3405ff5e98b636840875f

有这样一笔交易,为了清算Cream Finance的仓位,使用1.5M gas,花费近6ETH的费用,以申请8.8万USDC闪电贷。它一开始是这么执行的,然后由于缺乏需要的gas费而中途失败。虽然从表面上看0x8cfb4看起来很无辜,但其内部交易显示超过237笔。这是一个非常复杂的交易,在EVM计算中有着复杂的逻辑,最终使用了1.5M的gas,几乎是它所包含的区块的13%! 不管用了多少gas,这笔交易还是因为用完gas而失败了,最终让发送者损失了约5.75ETH(当时约1万美元)的交易费用。

在这次"被恢复的"交易后,机会仍然存在,被gas费第二高(或第一个失败者)拍卖者抓住了,总的MEV提取值为4.125 ETH,其中支付的gas费为3.75 ETH。

tx#1的MEV提取明细:发送者的收入为0美元,该区块的矿工Sparkpool的收入约为5.75 ETH(当时约9.3K美元)
tx#2的MEV提取明细:发送者#2的收入为0.375 ETH(当时为600美元),该区块的矿工Sparkpool的收入为3.75 ETH(当时为约6千美元)


例3:一个失败的(被检查的)MEV交易

有一笔交易,检查了Uniswap WETH/PRT、Uniswap SFI/PRT和Sushiswap SFI/WETH的流动性池想要寻找3跳套利机会,发现机会不存在于是返回,只消耗了43K gas,让发送方损失了约0.01ETH(当时19美元)的交易费用。

https://etherscan.io/tx/0xf629036e2740a98e1ca5ce32fff85f27337d224e94cbeee6c3d7aabb7507b050

有些交易者比我们例2中的第一个发送者更节约成本,在发送一个逻辑复杂、消耗大量gas的交易之前,会执行一个 "检查",以验证机会是否还在。我们认为这些也是失败的MEV交易,因为MEV交易最终没有被发送,因为检查返回的结果是机会已经消失了。

提取的MEV明细:发送者的收入为0美元,出这个块的矿工收入为0.01ETH(当时为19美元)

MEV交易有很多迷人之处,比如其复杂性、或多或少优雅地失败的方式,以及由于它们讲述的关于化名用户的故事(就像来自看似错位的0x开放订单簿的这笔套利,它为发送者净赚了190万美元的收入,收取了73美元的交易费用)。


提取MEV的网络费用

DeFi交易机器人通过参与像例子1中的抢跑/优先gas拍卖和参与追跑(backrunning)来争夺MEV机会(即在同一区块中,通过向网络发送许多gas价格略低于或等于目标的交易以图有一个被打包上,从而尽可能地跟在特定交易(如预言机更新)的后面)。

这两种做法对Ethereum都是不利的,因为它使链上的交易量激增,对gas费施加上行压力,就像上面例子2中高企的gas价格。这样高企的价格会对Ethereum的无需许可性造成冲击,因为对小用户来说成本太高,迫使他们离开这个网络。

此外,一笔交易会赢得一个MEV机会,我们发现Ethereum区块链上到处都是被恢复的和被检查的交易,我们将其归类为失败 MEV交易。我们认为这些失败的MEV交易都不需要记录在链上,占用宝贵的区块空间。

自2020年1月1日以来,提取MEV的操作至少占Ethereum网络整体gas消耗的3%(见图4)。放大还原和校验的MEV交易,我们发现它们的gas消耗至少可以填满4500个Ethereum区块,浪费了大量宝贵的区块空间!

(图3:自2020年1月1日以来,按成功的(绿色)和失败的(红色)MEV交易划分,提取的MEV的gas量相对于整体网络gas量)


MEV的演进:矿工最大可提取价值

今天以太坊在转向POS之前,矿工在交易打包和排序方面拥有最大的权力,因为他们是区块生产者。MEV一词最初是由Phil Daian等人在2019年的研究报告《闪电男孩2.0:抢跑、交易重新排序与DEX的共识不稳定》中提出的,意为矿工可提取价值。然而,MEV存在于所有智能合约区块链上,其中会有一方负责交易排序,执行这个操作的不一定是矿工,比如还有ETH2.0中的验证者和Optimistic Rollups上的rollup提供者。因此,我们建议将MEV改名为最大可提取价值(maximal extractable value),扩大范围以涵盖其他区块链架构,同时仍保留MEV这个命名。

从MEV的名称中去掉矿工这个词也解决了另一个常见的困惑:认为只有矿工是获取这个价值的唯一角色。现实情况是,到目前为止,以太坊上的MEV主要是由非挖矿的DeFi交易者和机器人提取的。


(图4:自2020年1月1日起,MEV Tx发送者和MEV Tx开采者之间的提取MEV分成(gas费))

然而最近几个月,我们开始看到更多的矿工积极参与MEV游戏,他们可以通过自己运行机器人直接提取、与DeFi交易者达成利润分成协议,或者采用提取MEV的市场基础设施,比如Flashbots的MEV-Geth。


避免MEV危机

MEV危机可能在以下几个方面发生:

矿工激励失调导致共识不稳定,单方面的矿工交易导致不公平的信息不对称,以及网络费用过高导致Ethereum无法使用。这个危机很难解决,因为任何阻止矿工或交易者获取MEV收入流的尝试都可能导致不透明的协议外市场的滋生,然而Ethereum越来越高的复杂性(比如新智能合约部署,新用户加入,新的可组合性)表明MEV的规模只会继续增长。

我们认为提取MEV是不可避免的。为了避免MEV危机,提取必须以无需信任、公平、高效的方式进行。为避免这一危机,我们采取的第一步是创建一个高效和公平提取的机制,并努力改善其信任保证。


展望

虽然围绕MEV有了很多的关注,但一直停留在理论阶段,但直到最近几个月才有点走向实践,可以看到Zhou等人发表的研究论文《量化区块链可提取价值:森林有多黑》,以及1月21日我们MEV研讨会进行的讨论。这可能是因为量化MEV很麻烦,它需要大量的基础设施、数据分析和与智能合约交互进行深入了解。更糟糕的是,随着越来越多的安全关键基础设施转移到链外(例如,清算器机器人的交易逻辑转移到链外),以及链上状态和规模的增长,理解MEV将变得越来越复杂。

我们相信未来MEV对以太坊是一个重要的话题,并且在2021年会有越来越多的关注。人们无法将Ethereum的社会层面与其技术面分开。最终,MEV的争论,以及Ethereum的未来,也将关乎社区将达成共识的社会规范。我们希望MEV-Explore能够在围绕这些规范的讨论中提供帮助。

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