根据最初FlashBoys2.0中的定义，矿工可提取价值(MEV)是指矿工可以通过在他们生产的区块中包含、重新排序、插入或忽略交易来获得的额外利润。虽然赢得区块的过程相当民主，但获胜的区块生产者对可以包含在区块中的交易有很大的控制权。这种权利是MEV的根本所在，理论上这种权利应该只能向善。Flashbots团队主张将“矿工可提取价值”重新命名为“最大可提取价值”，以涵盖特权参与者可提取的所有价值，而不仅仅是PoW系统中的矿工可以提取的价值。
了解MEV
在以太坊交易被包含在一个区块中之前，它先会进入内存池，这是一个可公开访问的暂存区。这也是MEV机器人搜索可用于捕获某些MEV的交易的地方，例如通过套利市场或清算新的抵押不足的贷款。
例如，假设有一个大的Uniswap订单在内存池中购买SNX/WETH。MEV机器人将立即在Uniswap大订单后面进行交易，以利用Uniswap池中的价格滑点与另一个AMM池中的SNX/WETH价格进行套利。这被认为是良性或积极的MEV，因为它有益于生态系统。
然而，矿工作为链上内容的最终守门人，甚至相对于MEV机器人也有一张王牌。拥有“广义抢跑”机器人的矿工可以复制MEV机器人的套利交易并将其替换为自己的，从而为自己攫取套利的利润。广义抢跑交易被视为恶性MEV交易，或破坏生态系统稳定的交易。审查攻击和中心化MEV提取是EdFelten已经确定的关于MEV拍卖的两个问题，并对以太坊社区构成重大危险。
Time-bandit攻击是开创性的FlashBoys2.0论文中确定的另一种MEV攻击向量，它有可能破坏共识的稳定性。它们对具有状态的区块链构成更大的生存风险。在这种攻击中，矿工可以“回滚”链并重新挖掘已经执行的区块以获取利益，从而捕获他们原本不会拥有的MEV。区块奖励越低，矿工重组区块以获取历史MEV的动力就越大。
MEV策略
许多捕获MEV的策略需要精确的事务排序。例如，通过在DEX上的大订单之前或之后进行交易。清算策略利用反向运行的机器人在价格预言机更新后立即进行交易。一种相对较新的MEV策略被称为“叔叔强盗”，其中叔块中的交易用于捕获MEV。
抢跑：确定了内存池中的目标交易，并且机器人试图通过提交略高的gas价格在交易前立即被挖掘。例如，机器人在Uniswap上寻找新的交易列表，并会在列表后立即发送大量购买订单以推高价格。
后跑：机器人通过提交比交易略低的gas价格，寻求在目标交易之后立即被挖掘。例如，在价格预言机更新后立即提交清算订单。
夹带：抢跑和后跑的结合。例如，在内存池中识别出一个大的买单，并在买单之前放置??一个抢先订单，以较低的价格购买代币。大买单然后推高价格，然后后退机器人出售先行订单代币以获取利润。
叔叔强盗：正如Flashbots的Alchemy和RobertMiller所详述的那样，机器人能够反跑它在叔块中看到的三明治捆绑，有效地将叔块用作内存池。
MEV提取的繁荣促使矿工们运行自己的MEV机器人。UncleBandit攻击是MEV提取的一个例子，矿工在这方面具有显着优势，因为他们可以首先看到叔块。随着MEV领域的竞争越来越激烈，一些MEV参与者已经演变成掠夺者。NathanWorsley的沙门氏菌合约展示了如何利用模拟逻辑中的缺陷来利用三明治套利机器人。
在公共内存池中提交的机器人，对于优先考虑的策略，以越来越高的gas价格相互竞标，以在所谓的优先gas拍卖(PGA)中捕获MEV。这会创建一个反馈循环，因为费用估算器使用升高的Gas价格作为参考，导致非MEV用户为要执行的交易支付过高的费用。此外，由于只有一个机器人可以捕获MEV，因此所有未获胜的机器人都会取消或恢复其交易，这会占用不必要的gas。换句话说，通过PGA提取MEV会导致影响所有以太坊用户的外部性。
传统MEV
抢跑交易并不新鲜，在传统金融市场中已经存在了几十年。但直到迈克尔·刘易斯2014年出版的书《FlashBoys:AWallStreetRevolt》才让全世界广泛意识到这些掠夺性策略。多年来，高频交易场所使用多种策略来获得延迟优势——主机托管、电缆线路、微波塔等。在某些情况下，交易所员工也参与了市场操纵。
传统市场的后跑交易通常发生在交易场所利用交换机制使他们能够在事件发生后立即输入订单。这意味着要么破解一种方法以更快地获取事件数据，要么更快地将订单发送到匹配引擎。AccidentalHFTFirm是一个很棒的博客，它记录了其中一些高频漏洞。
暗池是另一种交易系统，允许买卖双方下订单而不公开透露他们的订单。高频交易公司通过向市场发送1手订单以检测流动性来寻找大订单。当发现大额流动性时，一旦该块被填充，就会采用三明治式的策略来利用价格变动。
MEV的增长
MEV最近被重新定义为“最大可提取价值”，因为随着DeFi的采用，实现的MEV数量呈指数增长，并且认识到区块链中不依赖工作量证明的区块生产者也可以提取价值，例如ETH2中的验证器。
图1.FlashbotsMEV浏览器：从2020年1月1日开始累积提取的MEV。
随着已实现MEV数量的增长，MEV机器人运营商开始通过专用网络发送交易。这些私有网络允许机器人运营者将他们的交易直接发送给矿工，并与矿工分享MEV收益以换取交易执行。
图2.FlashbotsMEVExplorer：提取的MEV细分。
矿工如何获得补偿？
矿工目前从三个来源获得补偿：
基本费用-每个块2ETH奖励+叔块奖励
交易费用-用户支付的gas出价以将交易包含在区块中
MEV-矿工通过在区块中的特定点插入交易来提取的额外费用
交易费用是以太坊网络拥堵的根源，因为订单通过其交易的Gas价格竞标来竞争包含在区块中。当前的交易费用机制称为第一价格拍卖，其中交易的创建者提交一个gas出价以包含在下一个区块中。然后矿工用支付最高的交易填充区块，每个包含的交易都必须支付他们的gas出价。即将于2021年7月通过伦敦硬分叉实施的EIP-1559将取消交易费用和第一价格拍卖，并将用固定价格销售取而代之。
EIP-1559是什么？
EIP-1559的目标是降低导致以太坊网络拥堵的高gas费。TimRoughgarden关于EIP-1559的论文分解了创建EIP-1559的原因以及对矿工和交易创建者的影响。
EIP-1559的关键概念：
每笔交易都需要支付基础费用才能包含在区块中。基本费用基于前面区块的大小。所有基本费用收入都被烧毁，将它们从ETH的循环供应中移除。
最大区块大小从1250万gas增加到2500万gas。1250万gas现在是目标区块大小。这允许根据先前的区块大小与目标区块大小的距离来调整基本费用。
交易包括小费和费用上限，而不是gas价格。小费是交易创建者支付给矿工的超出基本费用的金额。费用上限必须等于要包含在区块中的基本费用。
交易创建者支付=gasLimit*min{基本费用+小费，费用上限}
矿工收到=gasLimit*min{tip,feecap-basefee}
参与FlashbotsMEV-Geth矿池的矿工已经收到来自MEV机器人的小费。到2021年4月，矿工为包含Flashbots交易的每个区块获得额外的0.18ETH，并且由于新产品的发布增加了每个区块可以捕获的MEV数量，因此预计这一数字将大幅增长。
图3.Flashbots透明度报告-2021年4月
MEV解决方案
最小化交易MEV的最简单方法是使用私有内存池来访问矿工，尽管这仍然相信矿工不会抢跑您的交易。Flashbots旨在成为MEV领导者，已经创建了一个网络，该网络将MEV提取机器人直接连接到矿工。KeeperDAO、SecretSwap、BloXroute的backrunme、ArcherSwap和Alchemist的misX.io提供私有网络，并用来自MEV机器人的利润来补偿具有MEV的交易。以太坊矿工Sparkpool还允许用户通过其私有网络TaichiNetwork私下路由他们的交易。
1.Flashbots
Flashbots是一个研发团队，致力于构建用于理解和执行非常规MEV提取的工具。Flashbots于2021年1月推出，发布了两款产品：1)FlashbotAlpha：一种经过修改的go-ethereum客户端，允许交易者与矿工交流他们的交易订单偏好，以及2)MEV-Explore：一个公共仪表板，实时显示MEV交易。FlashbotAlpha包含两个主要工具——MEV-Geth和MEV-Relay，它们允许MEV“搜索者”私下向矿工提交他们的交易。提取交易由MEV机器人操作员与原始Mempool交易一起排序和捆绑。然后将捆绑被提交给矿工，MEV机器人运行者将交易利润的一部分作为“小费”给矿工，以将其交易包含在区块中。
截至2021年4月，以太坊网络84%的矿池算力采用了Flashbots。2021年5月16日至22日这一周的前7大矿工已加入Flashbots。
图4.Etherscan：2021年5月16日至22日的顶级矿工。
Flashbots最近发布了他们的MEV-Geth和MEV-Relayv0.2，其中包含以下变化：
改进后的拍卖定价创建了一个函数来估算矿工的机会成本并解决捆绑销售问题。
丢弃具有恢复交易的捆绑：通过防止意外交易登陆链上来减少链膨胀。
捆绑合并：允许在一个块中包含多个捆绑。增加矿工收入并为搜索者创造更高的交易包含机会。
用Websockets替换HTTP端点：减少延迟并提高节点安全性。
通过Flashbots网络的MEV的统计数据可以通过他们的仪表板查看。
图5.Flashbots仪表板：截至2021年6月1日，包含Flashbots包的块的百分比。
2.KeeperDAO的隐藏式订单薄
KeeperDAO是另一种使用称为隐藏式订单薄的私有虚拟内存池的协议。用户通过隐藏订单薄的网络路由他们的交易或借贷交易，其中Keeper机器人通过套利或清算提取MEV。MEV的利润存入ROOK金库，用户以$ROOK代币的形式获得利润的一部分，减去管理员费用。用户交易是免费执行的，并且不受滑点和三明治攻击的影响。
KeeperDAO也有协调博弈，在这个博弈中，管理者被激励合作、轮流和分享利润，而不是通过PGA相互竞争。这也可以防止保管员因交易订单失败而损失gas成本。
3.SecretNetworks的SecretSwap
SecretSwap是SecretNetwork上的AMM协议。SecretSwap使用秘密合约(SNIP-20s)来保护用户免受抢先和其他MEV机器人的侵害，同时提供对跨链流动性。SNIP-20s合约在内存池中时会被加密，以防止MEV提取。用户需要有一个Keplr钱包和$SCRT代币来支付“gas费用”。SecretSwap上的交易必须支付0.3%的掉期费以及$SCRTgas费。LP和交易者收到SecretSwap治理代币$SEFI。
$SCRT代币是SecretNetwork协议层的原生治理代币。SecretNetwork提供了一个加密的内存池，可以防止节点和验证者看到交易细节。SecretNetwork区块链基于CosmosSDK/Tendermint，具有惩罚和委托功能。SecretApps是使用用Rust编写的CosmWasm智能合约构建的，并部署在Secret网络上。
图6.SecretSwap分析：2021年3月至5月。
4.bloXrouteBackRunMe
BloXroute最近发布了BackRunMe，这是一个Solidity合约，允许用户提交私人交易，以防止抢先攻击和三明治攻击。交易仍然可以，从而提供MEV套利机会。用户将获得25%的回扣，而MEV机器人将获得20%、矿工获得50%和bloXroute5%。
图7.bloXrouteBackRunMe：它是如何工作的。
图8.bloXrouteBackRunMe：利润分享细分。
5.ArcherDAO的ArcherSwap
ArcherDAO于2020年8月推出，使矿工能够利用MEV。由第三方供应商提供的MEV机器人向矿工提供有利可图的MEV捆绑。供应商和矿工以$ARCH治理代币的形式分享MEV利润。流动性提供者为MEV策略的供应商机器人提供抵押品，这些策略需要比闪电贷更长的资本贷款。ArcherSwap使用ArcherRelay绕过公共内存池并将用户交易直接发送给他们自己的矿工和FlashbotsMEV-GETH。ArcherSwap可防止抢先交易和滑点，并且对于订单取消和交易失败是免费的。
图9.ArcherDAO网络。
ArcherDAO最近收到了向ArcherSwap用户分发ARCH代币的治理提案。ARCH代币是使用MEV从用户交易中产生的收入从市场上购买的。
6.TaiChiNetwork
TaiChiNetwork是SparkPool运营的私人交易服务。用户交易仅对Sparkpool可见，不会广播到其他以太坊节点，从而阻止MEV机器人对订单采取行动。由于SparkPool可以查看交易，因此它仍然容易受到SparkPool运行的MEV机器人的攻击。
图10.TaiChiNetwork
7.AlchemistmistX.io
misX.io是一个运行在Flashbots网络上的DEX，它使用户能够以Flashbots捆绑的形式发送交易。所有misX代币-ETH交易的gas价格为0，用户无需在钱包中持有ETH。misX用户还可以取消交易而无需支付费用。misX.io平台保留一定比例的矿工小费，用于丰富Crucible和Aludel奖励计划。
结论
对于执行兑换和借贷交易的DeFi用户，以太坊上的MEV只能减少而不是完全消除。当前最好的解决方案是私有网络，它可以防止公共内存池中的抢先攻击和三明治攻击，同时还可以从MEV的利润或其他好处中提供回扣。然而，从Flashbot的活动中可以观察到，新的MEV提取策略不断被发现和创建，当前的保护可能会过时。
对可能降低MEV的当前选项的进一步改进将使当前的设计无需许可且完全私有。无许可设计意味着没有受信任的中介，即矿工，将能够审查交易。完全私有的设计意味着没有参与者——即聚合器、矿工、网关管理员，能够观察到交易的细节。Flashbots最近提交了他们的MEV-SGX提案，这是FlashbotAlpha的一种无需许可且完全私有的改进，它利用了英特尔的SGX安全飞地。
图11.MEV-SGX架构。
Layer2Rollup提供了另一种减少MEV的潜在方法。VitalikButerin建议，Rollup可以处理所有以以太坊为基础数据层的交易执行。Optimism提出了MEV拍卖，该拍卖将通过创建两个功能来减少矿工MEV：1）交易包含和2）交易排序。
图12.OptimismMEV拍卖(MEVA)
理论上，权益证明(PoS)可以通过削减试图重组先前区块的验证器来抑制时间强盗攻击。如果MEV利润显着大于削减惩罚，则仍然存在可能发生时间强盗攻击的可能性。
感谢Flashbots的RobertMiller提供技术帮助和评论。
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