MEV:HashKey 曹一新：分析以太坊 MEV 市場機制設計現狀及趨勢

如何設計激勵相容的MEV市場機制，為以太坊的整體經濟效用帶來裨益？

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撰文：曹一新，就職于HashKeyCapitalResearch審核：鄒傳偉，萬向區塊鏈首席經濟學家

MEV這一概念引起了以太坊社區的關注并拋出一個問題：如何設計一個較為合理的MEV市場機制？

該問題的重要性在于，MEV交易競爭上鏈的過程影響著DeFi市場的套利效率和成本，而套利是DeFi市場有效運轉的潤滑劑；激勵相容的MEV市場機制設計有助于促進利益相關方在自利決策驅使下行動，又同時為整體的經濟效用帶來裨益，提高DeFi市場中價格發現過程的效率和公平性，使之趨向有效。本文分析MEV市場的結構及易被利用的脆弱點，歸納以太坊MEV市場機制設計的主要模式，討論現狀與設計目標的差距，希望能為相關方帶來些許啟發。

MEV市場的結構及脆弱點

MEV市場的運行主要包括三個環節：

搜索

搜索者挖掘MEV交易機會，目前這一環節的發展處于早期階段，搜索者以個體戶為主，內部競爭激烈。

排序

搜索者參與「拍賣行」組織的針對特定區塊空間交易排位的拍賣過程。「拍賣行」根據搜索者的投標選擇交易并對其排序。市場對誰來充當「拍賣行」并沒有加以約束，這也是機制設計中需要考慮的重點。

記賬

礦工遵循區塊鏈共識機制競爭記賬權，將排序環節確認的交易列表打包進新區塊。目前已形成由礦池代理「接單」、礦工專注挖礦、收益分攤的主流結構。

在整個生產過程中，實際上包含了三個競爭過程：

搜索者之間展開捕捉交易機會的競賽；捕捉到交易機會的搜索者之間展開對區塊空間交易排位的競拍；礦工之間展開對下一個區塊記賬權的競拍，該過程決定了誰能獲得MEV這一額外收益來源。在原始野蠻競爭的機制設計下，這片被稱為黑暗森林的市場暴露的脆弱點在于：

Hashflow正式推出基于LayerZero的無橋跨鏈交換服務:金色財經報道，去中心化交易平臺Hashflow正式推出基于LayerZero的Hashflow無橋跨鏈交換服務，采用詢價（RFQ）模式，專業做市商設定代幣價格。用戶不用跨鏈橋，并且在跨鏈交換時不會收到封裝版本的代幣，支持以太坊、Avalanche、BNB Chain、Arbitrum 和 Polygon 之間的兌換。（Coindesk）[2022/4/28 2:35:59]

交易隱私不被保護

正如之前討論過的，在交易信息和投標價均透明的PGA機制下，搜索者在捕捉交易機會競賽中的勞動成果容易被搶跑者搭便車，同時加劇對區塊空間交易排位的惡性競爭，造成區塊空間資源的浪費并拖延價格發現過程，有損MEV市場的秩序，對以太坊生態帶來負外部性，也不利于搜索者通過技術壁壘建立競爭優勢。

權利傾斜

在去中心化的設計目標下，為了吸引礦工加入區塊鏈網絡參與記賬并維護網絡安全，激勵機制通過將區塊內交易的選擇和排序權利傾斜至礦工，使之能最大化其記賬收益。在區塊空間供不應求的情況下，這一自由度使礦工在與對手方關于區塊空間的交易過程中處于明顯的強勢地位，在搶跑競爭中也有絕對優勢。

在MEV市場現行的PGA過程中，由礦池直接充當排序環節的「拍賣行」并抽取搜索者的分成。雖然這個角色理論上也可由Layer1路由、Layer2節點、Layer2路由等擔當，但最終打包區塊的還是礦工，如何讓礦工欣然接受別人指定的交易排序是需要考慮的問題，這就依賴良好的分工合作和利益分配機制。

雖然礦工包攬排序、記賬環節，甚至直接介入搜索環節能為其帶來更大短期利益，但從長遠看，一個優化的排序和記賬分工合作機制是可以預期的。礦工縱容搶跑行為將打擊搜索者參與意愿并有損區塊鏈生態的橫向競爭力，使其長期綜合收益折損；反過來，若搜索者為礦工提供的MEV分成平均超過礦工自己擼起袖子加油干的勞動所得，礦工就有動力將搜索、排序環節外包給專業人士。我們發現以太坊生態已經有若干方案在實踐改進的MEV市場機制。

動態 | Cardano論壇透露Haskell Shelley測試網已準備好啟動:金色財經報道，在回顧IOHK主管Charles Hoskinson的首次AMA時，論壇告知社區，Haskell Shelly測試網將與Shelley主網一起很快啟動。但是，官方日期尚未透露。[2020/1/7]

若干改進機制設計的亮點與不足

KeeperDAO：搜索者聯盟

KeeperDAO是個比較有意思的項目，可謂是亦正亦邪。它試圖用三個博弈機制解決用戶和搜索者的痛點。

隱藏博弈：制造搜索環節的信息不對稱性

KeeperDAO為用戶和搜索者建立通道，可以讓搜索者優先獲得用戶發送的交易信息，使之在捕捉交易機會競賽中具備先發優勢，并用KeeperDAO提供的「特殊智能合約」保護交易信息不被外部搶跑者竊取，套利收益的一部分將返回至用戶作為回報。

先不談「特殊智能合約」是否容易被破解，優先獲得交易信息對搜索者是有吸引力的，但引發一個思辨：交易用戶有權出賣自己的交易信息嗎？同時這也會吸引搶跑者，使搶跑行為更接近于一種內幕交易。KeeperDAO提出隱藏博弈的初衷比較消極，認為用戶既然要被搶跑，不如把交易信息賣給搶跑者，挽回一點損失，這個觀點在其它致力于減少搶跑交易的方案推行之后可能難以立足。但搶跑交易理論上是可以在后面要介紹的合作博弈機制中規避的。

對于用戶而言，很難說有多少真的對自己交易被搶跑有所感知，他們直觀的感受是DEX交易滑點很大，KeeperDAO能幫助DEX優化這一用戶體驗，目前已經和1inch，Bancor建立合作，隱藏博弈也確實做到了將信息價值變現返回給用戶。至于幫助即將觸發清算的借貸者主動尋找清算方并挽回一點損失，KeeperDAO與DeFiSaver等幫借貸人做自動反清算服務的項目相比沒有明顯的競爭優勢。

聲音 | Longhash：ICO模式或將在2020年完全消失:Longhash在最近的報告中表示，ICO模式或將在2020年完全消失。該報該的原始資料來自追蹤網站ICO Watch，但在Longhash 8月從其收集資料之后，該網站就消失了。2018年1月份經歷了160多個ICO項目的高峰期，但到今年10月，這個數字為零。LongHash總結道，即使在2018年1月熊市開始之后，ICO仍以每月一百多個的速度進行，但是到2019年，ICO項目的流量幾乎減少為零。在籌集資金方面也類似， 2019年的ICO籌資總額約為3.38億美元，比2018年減少了95％。（bitcoinist）[2019/10/4]

KeeperDAO同時也支持用戶與搜索者之間的另一種合作關系：用戶作為LP為搜索者提供本金，搜索者以閃電貸的形式借出資金進行套利，并將部分收益按Staking比例分攤給LP。但可供選擇的閃電貸來源不止一家，搜索者采用KeeperDAO的流動性資金并提供分成的動力略顯不足。

除了用戶提供的優先信息，另一個可能吸引搜索者加入的措施是降低PGA成本。前面提到的用「特殊智能合約」隱藏MEV交易信息是一種技術手段，更值得一提的KeeperDAO提倡的合作博弈。

合作博弈：建立搜索者聯盟

KeeperDAO提出用一套共贏的博弈機制來激勵搜索者形成合作聯盟，削減PGA競爭，使搜索者整體MEV收益增大。但并不像礦工只用拼算力即可，搜索者捕捉交易機會和在PGA競拍策略中勝出的能力存在差異，如何讓搜索者聯盟內部公平地分配收益比較燒腦。

KeeperDAO提出了一個包括排序和利潤分配兩個過程的博弈機制。

排序

搜索者抵押ROOK代幣至智能合約拿到一個ID，每隔100個區塊，系統會根據各位搜索者抵押的ROOK數量Bk按二次方投票的規則計算各自的權重：

動態 |美軟件公司Hashcash與尼日利亞金融機構在區塊鏈領域達成合作:據prweb消息，美國軟件開發公司Hashcash與尼日利亞金融機構合作，試圖利用區塊鏈技術解決尼日利亞偏遠地區的資金轉移問題。[2018/9/4]

Wk=sqrt(Bk)/SUM(sqrt(Bk))

這一權重將作為排序過程中被智能合約隨機選中的概率，依次將搜索者ID排號入座。這意味著在PGA過程之前又開辟了一個合作聯盟內部的拍賣市場，來對進入未確認交易池的交易進行局部排序。ROOK代幣就是搜索者拍賣的籌碼。

用戶的優先信息將同步給所有搜索者，但系統要求搜索者不能與排序在它之前的搜索者進行PGA競爭，并對違反者施加懲罰措施。這激勵搜索者抵押更多的ROOK代幣來獲得更多的優先套利機會。不過排序靠后的搜索者也有撿漏的機會，如果排序靠前的搜索者未能把握優先交易機會，而被外部搜索者搶先，排序靠后的搜索者也可加入PGA競爭。

利潤分享

排序階段激勵搜索者通過合作減少一部分PGA過程，從而抬高整體的收益。但聯盟內排序靠后的搜索者依然要與所有排序在他之前的搜索者競爭，他們加入這個聯盟相對處于弱勢。KeeperDAO設計的利潤分享機制旨在促使搜索者收益的分布盡量匹配他們的搜索能力。

搜索者的收益會匯聚到統一的金庫，并等額鑄造一定數量的ROOK代幣，按他們當初抵押ROOK的數量同比例分配。同時，系統會對聯盟成員的績效進行評估，并按績效排名和抵押代幣排名的差異調整利潤。這個設置使得搜索者掂量自己搜索能力謹慎下注，并充分利用優先信息產出更多收益，理論上是一個合理的激勵機制，實踐效果有待觀察。

激勵博弈：ROOK代幣的閉環

KeeperDAO方案無需修改以太坊底層系統，完全靠外部機制激勵參與方行為，用ROOK代幣的發行與流通貫穿了機制流程，使得所有收益都以ROOK代幣的形式發放，解決了項目方如何盈利的問題，并持續積累儲備金。ROOK代幣的經濟模型和風險在此不加評論。

動態 | HashFlare在關閉8天后恢復比特幣SHA-256采礦服務:據ambcrypto.com消息，HashFlare這一家加密貨幣云采礦公司，他們宣布將于2018年7月28日00:00 UTC恢復采礦服務。早在7月20日，HashFlare發布了一份社交媒體聲明，聲稱由于加密貨幣市場持續下滑，他們的運營服務受到影響。于是，暫停了比特幣SHA-256采礦服務。[2018/7/29]

總體上，KeeperDAO提出的合作博弈讓我們看見一種可能性：搜索者從個體戶轉向集約型生產模式。KeeperDAO通過制造信息不對稱輸送價值的行為模式在傳統金融框架下具有法律風險，在DeFi領域里值得思辨：交易者是否有權利出售自己的交易信息給個別市場參與群體？

ArcherDAO:密封拍賣機制

ArcherDAO采用了另一種思路，為搜索者和礦工建立通道，讓這兩個群體謀求分工合作優化利益。搜索者負責捕捉MEV交易機會，通過ArcherDAO建立的中心化樞紐傳遞到礦工端，礦工擇取高價值交易進行打包，實際上就是通過一個中心化的密封拍賣機制，基于對ArcherDAO和礦工的信用減少MEV交易被搶跑的風險。

同樣的，ArcherDAO提倡通過LP提供套利本金的方式將一部分MEV收益回流至用戶，并推出ArcherSwap作為DEX的擴展開通普通交易用戶與礦工的秘密通道，幫助交易用戶降低滑點。

Flashbots:密封拍賣機制SGX

Flashbots開發的以太坊客戶端版本MEV-GethAlpha版本也是一個密封拍賣機制。搜索者直接將MEV捆綁交易通過路由發送給采納MEV-Geth的礦工，由其按照MEV-Geth指定的區塊構建規則選擇對其利益最大化的交易組合和排序。

在這個密封拍賣過程中，搜索者不知道其它競拍者的投標價，在bundle信息中指定交易被打包的時間節點，若在可接受的時間節點內沒被成功打包，說明競拍失敗，該MEV交易會被直接取消并不用承擔上鏈失敗的損失。

為了進一步減少礦工搶跑的可能，Flashbots擬引入SGX加強交易上鏈前的隱私保護。如圖1所示，在路由和礦池端分別設置SGX模塊，由路由充當「拍賣行」選擇交易并排序，生成區塊信息，將有限信息和驗證Coinbase報酬相關證明傳送至礦池，礦池之間進行PoW競賽，誰先提供PoW證明，就能率先解鎖完整區塊信息，上傳到以太坊主網獲得獎勵。

圖1.MEV-SGX設計架構

上述設計實際上將礦池之間的PoW競賽關聯到對MEV交易的拍賣過程中，提供PoW證明才能解鎖完整信息的方式，使礦工投入更多沉沒成本，當解鎖后的區塊信息內的價值大于礦工重復進行PoW的成本，他們才有搶跑意愿；礦池之間也存在博弈，其它礦池先一步將解鎖后的信息誠實地上傳到鏈上將使后來者的交易失敗。不過，這種來回通信的過程可能會增加礦池在PoW競賽中的耗時。

路由在這里扮演了排序環節的重要角色，仍然存在中心化單點攻擊和信用風險，針對這個問題的另一個提案是搜索者各自獨立維護一個SGX，直接和礦池交互，這種P2P模式又將排序權移交給礦池，并且需要進一步解決交易排序前后的加解密問題。

另外值得一提的是，MEV-Geth通過將搜索者的投標價從PGA中的Gas費轉變成Coinbase報酬來降低搜索者競拍對以太坊網絡造成的負外部性。由于交易者可通過Coinbase報酬直接給礦工輸送獎勵而不抬高Gas費，MEV-Geth定義了一個MEVequivalentgasprice的概念來衡量礦工能從每工作單位中獲得的收益：

MEVequivalentgasprice=總Coinbase報酬÷總Gas使用量

上述表征量直接忽略了Gas費，故由MEV-Geth節點打包的MEV交易手續費基本上都設置為0。

Layer2

Optimism的研究員在以太坊研究論壇提出過一個增加對區塊空間交易排序權的競拍方案。提議將未確認交易池交易排序和打包兩個工序分離，交由不同群體負責。礦工仍然通過工作量證明競爭打包區塊權，而另一撥參與方通過抵押資產參與對交易排序權的競拍。Optimism計劃將這一競拍方案用于選擇OptimismRollup在Layer2的序列器，從而提升Layer2節點的收入，這種試圖與Layer1礦工分一杯羹的做法會可能引發新的競爭。

MEVA曾引起諸多爭議，其中最大的一個是認為將排序權拍賣給單一投標方可能會引起區塊時間粒度內的權利集中。針對此，Chainlink提出一個分離排序工序、但讓一系列去中心化節點決定排序結果的公平排序服務。

總結與思考

從現在來看，MEV市場機制的設計目標至少是：

MEV拍賣的結果要能激勵礦工誠實地執行拍賣結果，或將搜索甚至排序環節外包出去，而不是直接參與搜索者群體的競爭；參與方的總體效益有所提升并得到合理的分配。目前的解決方案大多從應用層設計MEV拍賣市場，分別涉及到搜索者群體、礦工群體、搜索者和用戶、搜索者和礦工、Layer2節點和Layer1礦工之間的局部利益分配，未來可能會形成一個整體的利益分配機制。另外這些方案沒有嘗試處理MEV交易和普通交易的排序機制，MEV交易的捆綁和集中可能增大區塊記錄的市場狀態變化的不均勻性和礦工收入的波動性。

在應用層隨著區塊鏈從單生態繁榮向多生態跨鏈、多應用層發展，應用生態的價值規模預期非常可觀，MEV可能會成為底層鏈從應用生態捕獲的價值的重要一部分且具有較高的波動性。如何降低MEV的波動性對區塊鏈網絡安全性的沖擊是社區提及但并未深入探討的問題。而在系統向越發復雜的趨勢演化過程中，這些在排序環節的「拍賣行」角色就像復雜物流系統中的「分揀中心」，作為一種新的重要的基礎設施，通過對交易信息的選擇、排序和分配影響著系統的運轉。

交易信息所有權的歸屬、市場部分參與方優先獲得不對稱信息的合理性值得思辨，對于一些旨在向傳統金融監管框架對齊的公鏈生態，這些問題可能涉及監管風險，而最終的解決方案從目前看不得不從共識層面增加規范或加強交易的隱私保護。目前學術界關于在共識層面改進交易排序的公正性有一些討論，業界在技術層面提高交易的隱私性來避免搶跑行為也開始探索。

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