Gate Ventures研究院：深度解析MEV，照亮黑暗森林（下）
拓展阅读：Gate Ventures 研究院：深度解析 MEV，照亮黑暗森林（上）
MEV 减缓探索方向过去 Ethereum 生态内部，PBS 的解决方案是外包给 Flashbots 来实现的，Flashbots 专门用于研究以太坊的 MEV 问题，其最新一轮估值已经达到了 10 亿美元。但是由于 Relayer 毫无经济效益，并且实现 Relay 需要很高的技术和经济门槛，Blocknative 放弃这一赛道项目的研发。为了解决去信任化以及 0 经济激励的问题，以太坊也在考虑使用 e-PBS 协议级别改进，来避免基于第三方协议 mevboost 的 Relayer 的存在。
当前 MEV 似乎是一个无法很好解决的问题，因为本质上这是生态系统复杂度提升以及用户时间段内信息不对称的必然产物，对于黑暗森林的以太坊来说，特别是在无需许可和抗审查的黑客思想影响下，以太坊无法在协议层面进行审查和改进来一次性切断 MEV，这不可能做到也不会出现。以太坊生态下，更多的是想办法减轻 MEV 的负外部性，增强其正外部性。许多的项目、社区成员、开发者、VC 都在探索一些值得尝试的方式，也就衍生出了许多潜在的机会。接下来，我们将大致介绍一些减缓负外部性的尝试，总的来说，所有的尝试都是三个方向：协议级别、应用级别、拍卖机制。
SUVAE
SUAVE（Single Unifying Auction for Value Expression）是 Flashbots 提出的，旨在改善 MEV 负外部性。同样，其不诉诸于解决 MEV，而是引导 MEV 变得去中心化、透明。
SUAVE 链的架构，图源：Flashbots
其通过构建一个新的区块链 SUAVE，内置了一个 MEVM 虚拟机，该虚拟机能够运行 EVM 智能合约。同时配套的开发者工具能够支持开发基于 EVM 虚拟机的 MEV 智能合约。从而允许当今任何集中式 MEV 基础设施转换为分散式区块链上的智能合约。这大幅降低创建新 MEV 应用程序的门槛，可以最大限度地提高不同机制之间的竞争，并且带来了去中心化和透明性。最后，它有助于通过使中心化基础设施（构建器、中继器、中心化 RFQ 路由等）能够被编程为去中心化区块链上的智能合约来分散 MEV 产业链的中心化问题。
Rollup 交易的供应链，图源：dba:
SUAVE 能够作为去中心化的排序器以及意图识别机器提交给链上的 Proposer，最后使用以太坊作为结算层。执行节点会在链下执行，采用可信执行环境或者零知识证明技术。用户能够使用意图交易，将交易交给 SUAVE 去解析，并且最大化的透明 MEV，以进行智能合约间的 MEV 竞拍，这样通过透明的市场机制就能有效的减缓负外部性。同时，根据 Paradigm 的应用税文章，比如针对 MEV bot 行为，征收应用税，也是比较适合在 SUAVE 上实施的。而 Paradigm 正好也是本项目的顾问和投资人。
OFA
我们以 OFA（Order Flow Auction）为例，来一览其对拍卖机制的改进。
OFA 拍卖机制，图源：Frontier Research
订单发起人（钱包 / 应用）将订单发送给 OFA，OFA 选择性的披露部分信息，包括订单价值等，这个是设计空间。
竞标者 Bidders 出价，获得对应的信息并且提出能够为此订单流支付的价格，之后 Bidders 就会对这个订单流进行 MEV。
这部分私人的订单流只有 Bidders 能够看到，并且引入了市场化竞争以后，能够让 MEV 更透明，以及尽量减少用户的损失。
目前业内有不少基于 OFA 拍卖机制的项目正在研发，整体的运行机制和流程都非常相似，不同点在于四个核心组件之间的细节与实施方式不同。
私人交易池加密
OFA 类似于构建了一个私人交易池，但是这些用户订单只能由某个拍卖机制下获胜的 Bidders 提取 MEV，拍卖的手续费返还给订单所有者。实际上这套架构下仍然存在某种拍卖机制下的 MEV 提取。内存隐私池是希望解决对 Searcher 的保密问题，因为 Searchers 是 MEV 的主要参与方。因此只需要通过隐私交易池，让订单只有中继者和区块构建者才能看到。其中，加密意味着用户的交易可能需要支付更高的 Gas，这本身应该是可选的，目前有以下几种值得探索的加密方法。
多方计算 MPC：多个参与方使用 MPC，这将对多个参与方隐藏交易细节，在共享排序器处也可以应用 MPC 来分散单一排序节点的中心化权利。
可验证延迟函数 VDF：该函数需要一定的时间 T 来进行计算，并且一旦计算完毕，能够快速验证其正确性。通过使用 VDF 可以让交易顺序变成串行执行，但是却会让大量用户环境下体验变得非常糟糕，延迟时间 T 是一个权衡下的值。
阈值加密 TSS：允许多个参与者共同参与加密和解密过程，而不需要任何单个参与者拥有完整的密钥。阈值加密可以通过加密交易内容，防止攻击者在交易被确认前看到交易细节，从而有效防止前跑攻击。相比于 MPC，TSS 更加简单，更适合与单一的签名与私钥生成等环节。Shutter Network 使用 TSS，它允许验证者在不知道交易内容的情况下对交易进行排序和打包,从而防止 MEV 攻击。
零知识证明 ZKP，能够在不公布具体信息的情况下，验证该信息的正确性。目前发展主要受制于硬件发展的影响，成本高昂，具体商业化落地需要时间。Automata Network 提出了一个名为"Conveyor"的隐私中继网络,使用多方计算(MPC)和零知识证明来保护交易隐私,同时允许验证者执行必要的计算。
私人交易池加密方案对比，图源：Flashbots
对于私人交易池的加密有多种可选的加密算法，包括 MPC、TSS、VDF、ZKP 等，但是每种加密算法都有其弊端需要开发者权衡。其中具备探索性的项目有使用 TSS 算法的 Shutter Network 以及使用的 MPC 和 ZKP 来解决 MEV 的 Automate Network 值得关注。
Execution Tickets
Execution Tickets 是 Justin 在哥伦比亚加密经济学研讨会上提出的一种解决 MEV 方案，这是对共识层面上的改进，其经历三个步骤：
其提出了一个 Tickets 市场，获得 Ticket 的人能够获得在未来某个时间段提议执行区块的资格。通过动态定价机制，能够实时调控流通中的 Tickets 数量和现有供应调整价格。每个 Ticket 具体针对哪个 slot 也是随机选择的。
其将区块分为执行和提议两种，区块提议者是随机选择的，执行区块需要 Ticket 才有资格。
执行区块的 Ticket 持有人有权在分配到的时间段内提议执行区块，并获得相关的执行层奖励（EL Rewards = TX Fees MEV）。执行区块提议者需要提供抵押，以确保他们在分配的 slot 中生成执行区块。如果他们出现双花或离线，抵押将被没收。
Slot 被分为了执行轮和信标轮（共识轮），当一个 Ticket 被销毁，那么相当于对应的 ETH 被销毁，增加了 ETH 的通缩压力，由于执行区块和共识区块是随机选择了，因此这极大的增加了两者串通的可能性，其问题在于：
但是这个机制会衍生出多块 MEV 的问题，也就是购买多个连续区块的执行 Ticket，这样可能会扩大 MEV 的利润以抵消购买 Ticket 的成本。因此这个机制需要很好的设计 Ticket 价格的变化函数。
该机制仍然没有解决用户 MEV 三明治攻击的问题，只是把用户的损失，补偿到了全体网络的通缩上。
e-PBS
实际上，在 Merge 以后，以太坊并没有实现 PBS，也就是说，构建者和区块提议者都需要从验证者中选择，但是为了网络的经济效益最大化，使用 MEV-Boost 作为第三方的 PBS 协议外解决方案，目前已经有 90% 的 Relayer 市场份额。
e-PBS（enshrined PBS）是以太坊为了应对 MEV-boost Relay 作为第三方构建的信任化中间件的解决方案，其将 PBS 纳入共识级别，而不再依赖于 Flashbosts 这种三方提供协议外解决方案。该提案代号为 EIP-7732 。该协议的目标是让以太坊协议层能实现信任最小化的 PBS 解决方案，通过以太坊协议内的机制捕获绝大多数 MEV，并以以太坊协议利益最大化的方式，将捕获的 MEV 分配给参与者。该 e-PBS 类似于我们在 PBS 章节中提到的工作流程，但是其特点在于消除了 Relayer 角色，Builder 向 Proposer 竞价被写成了共识层的代码。
ePBS 执行流程图，图源：mikeneuder
上图是，ePBS 机制下的 Slot N 流程：
区块广播：t= 0 时，选定的 POS 验证者提议 N 号插槽的共识层（Consensus Layer，CL）区块，该区块包含 Builder 的拍卖区块出价，但是不包含执行负债。
证明截止时间：t=t 1 时，委员会会根据分叉规则选择正确的区块，并进行证明。
聚合证明和 payload 传播：t=t 2 时，广播 Slot N 的聚合证明，便于验证。同时 bulider 发布他们的 ExecutionPayload，以构建该块的完整版本。
PTC 投票广播：t=t 3 ，PTC 负责监督 Builder 的 Payload 是否按照规则进行，并且判断其时机是否有效。
t=t 4 ，下一个区块的提议者是将 slotN 的区块视为空块还是正确构建的满块就至关重要，这需要下一个区块的提议者根据 PTC 的投票和证明来判断。
需要特别注意的是，为了保证 Builder 在一个 Slot 内能及时的提交区块负载，（在 Ethereum 2.0 上也需要保证验证者委员会在一定时间内投票以及提议区块），在协议级别的 PBS 中，Builder 仍然倾向于较晚发布 Payload 内容，这样就有更多机会寻找 MEV，因此在协议中引入了 PTC（Payload-Timeliness Committee）,顾名思义，其是针对 Payload 构建者的监督机制， PTC 可以从经济角度促进 bulider 及时发布 payload，保证以太坊的安全性。如果 Builder 的 Payload 被定义为不及时，那么 Builder 将无法获得对应执行负载的奖励。
区块解析图示，图源：mikeneuder
因此在 ePBS 中，一整完整的区块需要两部分共同组装，一个是空的 CL Block，是在 slot 刚开始时，由 proposer 构建，里面包含了 Execution Payload Header 和 Builder Bid，但是具体的 Payload 内容暂时为空。只有在证明聚合以及区块传播阶段，也就是 PTC 认可 payload 有效性后，才会主装到区块中，形成一个完整区块（Full Block）。
总的来说，EIP-7732 ePBS 能够解决：
无需信任的中间第三方的透明区块拍卖方案。
分离共识层和执行层来减少验证者的计算负荷，从而提高网络效率和速度。
验证者能够立即专注于验证共识，并将执行负载的验证推迟到以后的时间，引入额外的时间窗口和投票机制，确保了系统的高效运行和公平性，同时允许更多的时间来处理执行负载。
但是也提出了一些问题有待讨论：
本质上这只是使得过去第三方 Relayer 的工作被取代，以此来实现区块提议流程中的去中心化和透明，但是本质仍然没有解决用户的糟糕 MEV 体验。
这次升级是共识层的更改，是不具备向后兼容性质的，如果 ePBS 的机制设计在实践中被验证失败，后续的补丁较难。
假设在一个插槽中，提议者发布了区块，但构建者由于某种原因延迟发布执行负载。这时，部分验证者可能会基于提议者的区块进行验证，而另一些验证者可能会等待构建者的执行负载，导致网络分裂。这样的分叉会增加网络的不稳定性和维护成本。
如果某个提议者故意在接近证明截止时间发布区块，可能会导致部分验证者看到区块，另一些验证者未看到区块，那么 N 1 个 Slot 的 Proposer 的行为将变得不可预测，极大增大链上分叉的可能性。
PEPC
同时 EigenLayer 也提出了一些解决方案，包括 AVS 组件 PEPC（protocol-enforced proposer commitments）来解决 MEV 的问题。这个组件也希望解决第三方中间件 Relayer 的信任问题。主要是希望 Proposer 在提交 CL 块时，能够附带一个 PEPC 签名，来承诺。Builder 通过验证 Proposer 的 PEPC 之后再执行负载，这在协议内引入了一个信任机制。通过内置的信任机制，也能解决 Relayer 作为第三方的潜在信任问题。
参考资料
《The MEVM, SUAVE Centauri, and Beyond》：https://writings.flashbots.net/mevm-suave-centauri-and-beyond
《Blockchains, MEV and the knapsack problem: a primer》：https://arxiv.org/html/2403.19077v1
《MEV ECOSYSTEM EVOLUTION FROM ETHEREUM 1.0 》
《The Future of MEV》 by Blockchain Capital
《FRP-18: Cryptographic Approaches to Complete Mempool Privacy》by Flashbots
《Execution Tickets》:https://ethresear.ch/t/execution-tickets/17944
《Payload-timeliness committee (PTC) – an ePBS design》：https://ethresear.ch/t/payload-timeliness-committee-ptc-an-epbs-design/16054
免责声明：
以上内容仅供参考，不应被视为任何建议。在进行投资前，请务必寻求专业建议。
订单发起人（钱包 / 应用）将订单发送给 OFA，OFA 选择性的披露部分信息，包括订单价值等，这个是设计空间。
竞标者 Bidders 出价，获得对应的信息并且提出能够为此订单流支付的价格，之后 Bidders 就会对这个订单流进行 MEV。
这部分私人的订单流只有 Bidders 能够看到，并且引入了市场化竞争以后，能够让 MEV 更透明，以及尽量减少用户的损失。
目前业内有不少基于 OFA 拍卖机制的项目正在研发，整体的运行机制和流程都非常相似，不同点在于四个核心组件之间的细节与实施方式不同。
私人交易池加密
OFA 类似于构建了一个私人交易池，但是这些用户订单只能由某个拍卖机制下获胜的 Bidders 提取 MEV，拍卖的手续费返还给订单所有者。实际上这套架构下仍然存在某种拍卖机制下的 MEV 提取。内存隐私池是希望解决对 Searcher 的保密问题，因为 Searchers 是 MEV 的主要参与方。因此只需要通过隐私交易池，让订单只有中继者和区块构建者才能看到。其中，加密意味着用户的交易可能需要支付更高的 Gas，这本身应该是可选的，目前有以下几种值得探索的加密方法。
多方计算 MPC：多个参与方使用 MPC，这将对多个参与方隐藏交易细节，在共享排序器处也可以应用 MPC 来分散单一排序节点的中心化权利。
可验证延迟函数 VDF：该函数需要一定的时间 T 来进行计算，并且一旦计算完毕，能够快速验证其正确性。通过使用 VDF 可以让交易顺序变成串行执行，但是却会让大量用户环境下体验变得非常糟糕，延迟时间 T 是一个权衡下的值。
阈值加密 TSS：允许多个参与者共同参与加密和解密过程，而不需要任何单个参与者拥有完整的密钥。阈值加密可以通过加密交易内容，防止攻击者在交易被确认前看到交易细节，从而有效防止前跑攻击。相比于 MPC，TSS 更加简单，更适合与单一的签名与私钥生成等环节。Shutter Network 使用 TSS，它允许验证者在不知道交易内容的情况下对交易进行排序和打包,从而防止 MEV 攻击。
零知识证明 ZKP，能够在不公布具体信息的情况下，验证该信息的正确性。目前发展主要受制于硬件发展的影响，成本高昂，具体商业化落地需要时间。Automata Network 提出了一个名为"Conveyor"的隐私中继网络,使用多方计算(MPC)和零知识证明来保护交易隐私,同时允许验证者执行必要的计算。
私人交易池加密方案对比，图源：Flashbots
对于私人交易池的加密有多种可选的加密算法，包括 MPC、TSS、VDF、ZKP 等，但是每种加密算法都有其弊端需要开发者权衡。其中具备探索性的项目有使用 TSS 算法的 Shutter Network 以及使用的 MPC 和 ZKP 来解决 MEV 的 Automate Network 值得关注。
Execution Tickets
Execution Tickets 是 Justin 在哥伦比亚加密经济学研讨会上提出的一种解决 MEV 方案，这是对共识层面上的改进，其经历三个步骤：
其提出了一个 Tickets 市场，获得 Ticket 的人能够获得在未来某个时间段提议执行区块的资格。通过动态定价机制，能够实时调控流通中的 Tickets 数量和现有供应调整价格。每个 Ticket 具体针对哪个 slot 也是随机选择的。
其将区块分为执行和提议两种，区块提议者是随机选择的，执行区块需要 Ticket 才有资格。
执行区块的 Ticket 持有人有权在分配到的时间段内提议执行区块，并获得相关的执行层奖励（EL Rewards = TX Fees MEV）。执行区块提议者需要提供抵押，以确保他们在分配的 slot 中生成执行区块。如果他们出现双花或离线，抵押将被没收。
Slot 被分为了执行轮和信标轮（共识轮），当一个 Ticket 被销毁，那么相当于对应的 ETH 被销毁，增加了 ETH 的通缩压力，由于执行区块和共识区块是随机选择了，因此这极大的增加了两者串通的可能性，其问题在于：
但是这个机制会衍生出多块 MEV 的问题，也就是购买多个连续区块的执行 Ticket，这样可能会扩大 MEV 的利润以抵消购买 Ticket 的成本。因此这个机制需要很好的设计 Ticket 价格的变化函数。
该机制仍然没有解决用户 MEV 三明治攻击的问题，只是把用户的损失，补偿到了全体网络的通缩上。
e-PBS
实际上，在 Merge 以后，以太坊并没有实现 PBS，也就是说，构建者和区块提议者都需要从验证者中选择，但是为了网络的经济效益最大化，使用 MEV-Boost 作为第三方的 PBS 协议外解决方案，目前已经有 90% 的 Relayer 市场份额。
e-PBS（enshrined PBS）是以太坊为了应对 MEV-boost Relay 作为第三方构建的信任化中间件的解决方案，其将 PBS 纳入共识级别，而不再依赖于 Flashbosts 这种三方提供协议外解决方案。该提案代号为 EIP-7732 。该协议的目标是让以太坊协议层能实现信任最小化的 PBS 解决方案，通过以太坊协议内的机制捕获绝大多数 MEV，并以以太坊协议利益最大化的方式，将捕获的 MEV 分配给参与者。该 e-PBS 类似于我们在 PBS 章节中提到的工作流程，但是其特点在于消除了 Relayer 角色，Builder 向 Proposer 竞价被写成了共识层的代码。
ePBS 执行流程图，图源：mikeneuder
上图是，ePBS 机制下的 Slot N 流程：
区块广播：t= 0 时，选定的 POS 验证者提议 N 号插槽的共识层（Consensus Layer，CL）区块，该区块包含 Builder 的拍卖区块出价，但是不包含执行负债。
证明截止时间：t=t 1 时，委员会会根据分叉规则选择正确的区块，并进行证明。
聚合证明和 payload 传播：t=t 2 时，广播 Slot N 的聚合证明，便于验证。同时 bulider 发布他们的 ExecutionPayload，以构建该块的完整版本。
PTC 投票广播：t=t 3 ，PTC 负责监督 Builder 的 Payload 是否按照规则进行，并且判断其时机是否有效。
t=t 4 ，下一个区块的提议者是将 slotN 的区块视为空块还是正确构建的满块就至关重要，这需要下一个区块的提议者根据 PTC 的投票和证明来判断。
需要特别注意的是，为了保证 Builder 在一个 Slot 内能及时的提交区块负载，（在 Ethereum 2.0 上也需要保证验证者委员会在一定时间内投票以及提议区块），在协议级别的 PBS 中，Builder 仍然倾向于较晚发布 Payload 内容，这样就有更多机会寻找 MEV，因此在协议中引入了 PTC（Payload-Timeliness Committee）,顾名思义，其是针对 Payload 构建者的监督机制， PTC 可以从经济角度促进 bulider 及时发布 payload，保证以太坊的安全性。如果 Builder 的 Payload 被定义为不及时，那么 Builder 将无法获得对应执行负载的奖励。
区块解析图示，图源：mikeneuder
因此在 ePBS 中，一整完整的区块需要两部分共同组装，一个是空的 CL Block，是在 slot 刚开始时，由 proposer 构建，里面包含了 Execution Payload Header 和 Builder Bid，但是具体的 Payload 内容暂时为空。只有在证明聚合以及区块传播阶段，也就是 PTC 认可 payload 有效性后，才会主装到区块中，形成一个完整区块（Full Block）。
总的来说，EIP-7732 ePBS 能够解决：
无需信任的中间第三方的透明区块拍卖方案。
分离共识层和执行层来减少验证者的计算负荷，从而提高网络效率和速度。
验证者能够立即专注于验证共识，并将执行负载的验证推迟到以后的时间，引入额外的时间窗口和投票机制，确保了系统的高效运行和公平性，同时允许更多的时间来处理执行负载。
但是也提出了一些问题有待讨论：
本质上这只是使得过去第三方 Relayer 的工作被取代，以此来实现区块提议流程中的去中心化和透明，但是本质仍然没有解决用户的糟糕 MEV 体验。
这次升级是共识层的更改，是不具备向后兼容性质的，如果 ePBS 的机制设计在实践中被验证失败，后续的补丁较难。
假设在一个插槽中，提议者发布了区块，但构建者由于某种原因延迟发布执行负载。这时，部分验证者可能会基于提议者的区块进行验证，而另一些验证者可能会等待构建者的执行负载，导致网络分裂。这样的分叉会增加网络的不稳定性和维护成本。
如果某个提议者故意在接近证明截止时间发布区块，可能会导致部分验证者看到区块，另一些验证者未看到区块，那么 N 1 个 Slot 的 Proposer 的行为将变得不可预测，极大增大链上分叉的可能性。
PEPC
同时 EigenLayer 也提出了一些解决方案，包括 AVS 组件 PEPC（protocol-enforced proposer commitments）来解决 MEV 的问题。这个组件也希望解决第三方中间件 Relayer 的信任问题。主要是希望 Proposer 在提交 CL 块时，能够附带一个 PEPC 签名，来承诺。Builder 通过验证 Proposer 的 PEPC 之后再执行负载，这在协议内引入了一个信任机制。通过内置的信任机制，也能解决 Relayer 作为第三方的潜在信任问题。
参考资料
《The MEVM, SUAVE Centauri, and Beyond》：https://writings.flashbots.net/mevm-suave-centauri-and-beyond
《Blockchains, MEV and the knapsack problem: a primer》：https://arxiv.org/html/2403.19077v1
《MEV ECOSYSTEM EVOLUTION FROM ETHEREUM 1.0 》
《The Future of MEV》 by Blockchain Capital
《FRP-18: Cryptographic Approaches to Complete Mempool Privacy》by Flashbots
《Execution Tickets》:https://ethresear.ch/t/execution-tickets/17944
《Payload-timeliness committee (PTC) – an ePBS design》：https://ethresear.ch/t/payload-timeliness-committee-ptc-an-epbs-design/16054
免责声明：
以上内容仅供参考，不应被视为任何建议。在进行投资前，请务必寻求专业建议。
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