MEV:Layer2 Rollup方案的MEV防范技術解析

本周，我們以技術視角，進一步探尋Layer2上Rollup方案的MEV防范問題。

區塊鏈的公平性、透明性與可驗證性是其受到廣泛信任的基礎，然而這樣的特性也給整個生態帶來了不小的麻煩。其中，MEV就是隱藏的黑暗森林。每一筆交易背后都可能有它的身影。在DeFi領域中，MEV通常分為三類：

良性MEV，主要發生在套利交易與清算中。在套利交易中，比如某個用戶發起一筆較大數額的交易，產生了一定的套利空間，此時套利機器人進行套利交易，將價格拉至正常水平，在此過程中，機器人從中獲取了利潤，但用戶利益沒有被損害；在清算業務中，當抵押物價值降低時，如果沒有補足差價或者出售資產，就會觸發清算，清算人可以以低于市場價3%-5%的價格獲取抵押資產。

不良MEV，主要發生在三明治交易與機器人套利中。在三明治交易中，比如某個用戶想要發起一筆1000A代幣兌換1000B代幣，機器人監聽到這筆交易后先發起一筆同樣的交易，使得該用戶可能僅兌換得980B代幣，之后機器人再將980B代幣兌換為1020A代幣，賺取差價；在搶先交易中，套利機器人看到可套利交易后以更高的手續費提交，從而搶先交易獲取差價。

LG、Hashed退出Klaytn區塊鏈管理委員會:金色財經報道，LG、Hashed退出Klaytn區塊鏈管理委員會。[2023/5/15 15:04:02]

災難性MEV，指對區塊鏈共識造成威脅和損害，在區塊獎勵遠小于MEV獎勵的情況下，礦工很有可能在損害共識的情況下獲取MEV利潤，從而破壞區塊鏈共識。

緩解MEV的方案有很多，上一節我們提到了擁抱MEV與消滅MEV的方案，然而在Layer2方案中，主流的項目是如何解決MEV問題的呢？我們重點介紹Optimism和Arbitrum使用的抗MEV方案。

Optimism?Rollup——MEVA方案

MEVA方案，該方案最早于2020年初由KarlFloersch提出，巧合的是，KarlFloersch也是optimism的CTO。

MEVA的基本思想是將礦工的兩大核心權力進行拆分，即挖礦和定序。礦工依然保有原先的挖礦權力，或者說是交易抉擇權力。但是一旦確定了交易，就無法對其進行排序，排序權力由定序器決定。

以太坊Layer 2上總鎖倉量超10億美元:9月6日消息，據L2Beat數據顯示，以太坊Layer2上總鎖倉量超10億美元，當前鎖倉量為10.02億美元。其中，dYdX鎖倉量為2.85億美元，Nahmii1.0鎖倉量為1.59億美元，Optimism鎖倉量為1.57億美元。此外，基于ZK-rollup的協議總鎖倉量為5.4756億美元，占Layer2總鎖倉量的54.5%。[2021/9/6 23:04:42]

從本質上來說，MEVA的觀念是：與其消除MEV，不如拍賣排序交易的權力，讓拍賣中的贏家任意排序交易，獲得最大收益。這種措施從某種程度上能夠降低競價導致的網絡擁堵，但無法避免不良MEV給用戶甚至網絡帶來的損失。

為什么說這種MEVA方案會給用戶帶來損失甚至威脅網絡安全呢？

Gate.io研究院發布《Layer2擴容技術發展現狀與展望》:據官方公告，Gate.io研究院今日發布《Layer2擴容技術發展現狀與展望》，講述隨著區塊鏈技術在各行各業的應用擴張，人們對區塊鏈信息處理速度的要求也越來越高，區塊鏈擴容技術的關注度也逐漸增加，各種擴容方案相繼被開發并完善。目前常見的擴容方案是從Layer0、Layer1和Layer2分別研發，不同的公鏈根據其自身發展需求選擇不同的擴容方案。文中Gate.io研究院通過對狀態通道和側鏈這兩種主流的Layer2層擴容技術進行分析，并通過閃電網絡與Plasma的對比對其未來發展前景進行探討。詳情點擊原文鏈接。[2020/4/26]

讓我們思考一個問題，礦工加入網絡進行挖礦的原因是什么？當然是為了收益。那么當收益降低之后，ROI下降，礦工數量也會降低，參與者數量減少，區塊鏈網絡安全性變弱，整個區塊鏈網絡的價值會下跌。所以，不管怎么樣，我們需要假設礦工收益不變。

動態 | 三星手機區塊鏈服務功能已支持比特幣及 Kakao 原生區塊鏈 Klaytn:三星在其智能手機的區塊鏈服務功能 Samsung Blockchain KeyStore 添加對比特幣的支持。根據三星開發者網站的信息，該區塊鏈服務此前僅支持以太坊，目前已支持比特幣以及 通訊巨頭 Kakao 的原生區塊鏈 Klaytn。Samsung Blockchain KeyStore 于今年年初推出，提供加密貨幣存儲以及管理個人私鑰等服務，同時支持區塊鏈應用程序中使用結算、匯款等功能。據此前報道，三星將在 Galaxy S10 系列以及后續智能手機產品配備 Blockchain KeyStore 功能。[2019/8/14]

假設礦工每個區塊能收獲N個幣，其中包括挖礦獎勵、交易費和MEV，同樣假設每個區塊的MEV價值為M個幣。那么為了保持礦工收益不變，我們有如下可選項：

將M個幣的MEV價值給其他人，讓普通用戶給礦工支付N個幣；

將M個幣的MEV價值仍然留給礦工，讓普通用戶給礦工支付N-M個幣。

分布式平臺Playhall代幣預售開始:專門在mobileapps上進行技能游戲的分布式游戲平臺“Playhall”的代幣將于27日午夜12:00（日本時間）開始進行預售。[2018/2/26]

第一種方案是拍賣方案，第二種方案是普通方案。對于拍賣方案而言，普通用戶需要承擔不該承擔的MEV損失，來彌補礦工缺失的幣。而這M個幣的收益只是給到了一個非常“富有”的拍賣者。MEVA提案建議一次拍賣一整天的交易排序權，這恰恰給了贏家絕對的壟斷排序權，贏家有巨大的權力能在這樣的時間窗口內任意推遲、重組和審查交易。這樣更加中心化的控制會使得網絡遭受難以預估的損失。

ArbitrumRollup——FSS方案

FSS(FairSequencingService)是由Chainlink提出的MEV防范方案。簡而言之，FSS讓用戶首先將交易發送至專門的智能合約SCON中。Oracle網絡觀察內存池中的這些交易，按照其到達內存池的時間進行排序，排序完成后再將其轉發給SCON，如下圖所示。

具體而言，首先如何實現排序的公平性？關于拜占庭容錯共識的研究已經持續了幾十年，但仿佛大家都忽略了“排序公平性”問題。Kelkar等人近期在研究中首次給共識加入了“排序公平性”的維度，大致目標為：如果大部分節點先收到交易T1,再收到交易T2。那么交易T1不能排在T2后面，這種協議被稱為Aequitas。目前該協議運行代價很高。但未來具有非常大的實用價值。FSS在執行交易排序是就支持Aequitas。當然它還可以支持更簡單的方案，例如它可以直接將交易加密，節點只有在排序后才能使用門限簽名來解密。

FSS框架中交易的生命周期是怎樣的呢？首先用戶需要將交易發送到SCON合約的內存池中，之后預言機代替SCON合約來獲取交易池中的數據，并根據交易到達內存池的時間進行排序，最后排好序發送給SCON合約。這種方案的優勢如下：

兼容性較高：用戶無需適配預言機網絡，直接傳輸至區塊鏈節點即可

Gas費低：預言機網絡可以批量打包發送交易給區塊鏈，用戶無需單獨上鏈，Gas費較低

但Arbitrum仍然需要依賴外在的OracleNetwork來提供服務,OracleNetwork的激勵方案不確定。

EigenNetwork——TEE方案

EigenNetwork從公平定序器和隱私mempool兩方面，在緩解MEV問題上做了雙重保證。

EigenNetwork同樣依賴Layer2Sequencer來完成定序，但與其他方案不同的是，EigenNetwork將Sequencer放在EigenNode中的EigenTEE中執行，這要求所有的定序器必須按照給定的定序代碼進行定序，定序的過程不允許被任意更改。一旦定序器將批量交易發布到Layer1,交易順序就得到了確認，這就是EigenNetwork的公平定序器。

與此同時，EigenNetwork支持交易的加密再廣播，保證mempool的隱私性，Sequencer無法直接進行獲取MEV信息。用戶可以根據需要使用合適的解決方案。

EigenNetwork的抗MEV方案從某種程度上來說以最低的代價緩解了MEV，沒有引入存在風險的MEVA方案，也沒有使用復雜的OracleNetwork方案，而是將Sequencer天然集成到EigenNode中，是最簡單且可靠的方式之一。

EigenNetwork?是Layer2上第一個端到端的隱私計算網絡。

基于TEE等隱私計算技術與Layer2計算能力無限擴展，Eigen能解決目前面臨的兩方面問題：1）由區塊鏈天然數據公開性導致的鏈上數據隱私泄漏問題；2）ETH擴展性不足導致的高昂手續費問題。除此之外，Eigen還將改革現有鏈上數據資產流通生產關系，從應用場景到技術棧考慮個體的隱私保護，成為對開發者友好且切實可行的隱私保護基礎設施，為Web2到Web3的轉換貢獻力量。

參考資料：

https://medium.com/offchainlabs/mev-auctions-considered-harmful-fa72f61a40ea

https://ethresear.ch/t/mev-auction-auctioning-transaction-ordering-rights-as-a-solution-to-miner-extractable-value/6788

https://blog.chain.link/chainlink-fair-sequencing-services-enabling-a-provably-fair-defi-ecosystem/

https://link.zhihu.com/?target=https%3A//eprint.iacr.org/2020/269

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