大纲

• 1. 引言
• 2. 优先顺序
• 3. MEV税
• 4. 单一应用的MEV捕获
  • 1. DEX路由器
  • 2. AMM
  • 3. 回后拍卖
  • 4. 其他用例
• 5. 跨应用的MEV捕获
  • 1. 激励不兼容
  • 2. 完全区块
  • 3. 撤回交易
  • 4. 用户意图泄露
• 6. 讨论和之前的工作
• 7. 结论

引言

在这篇文章中，我们介绍了MEV税，这是一种任意应用可以用来捕获自身MEV的机制。

这个机制今天可以在如OP Mainnet、Base和Blast这样的OP Stack L2上使用，因为这些链的区块提议者遵循我们称之为竞争优先顺序的一套规则。

为了在这些链上实施MEV税，智能合约收取的费用是交易优先费用的一个函数。我们展示了如果一个应用对搜索者收取每$1优先费用$99的MEV税，则可以捕获该交易99%的竞争MEV。

MEV税是一种简单的技术，开辟了广阔的设计空间。你可以认为这使得链上的任何应用都可以运行自己的自定义MEV拍卖，而无需任何自己的链下基础设施，只需连接到区块提议者运行的单个共享拍卖。

我们展示MEV税如何用于解决MEV研究中的三个主要问题：

• 去中心化交易所（DEX）路由器优化交易者收到的价格
• 自动化市场制造商（AMM）最小化流动性提供者的损失与再平衡（LVR）过程
• 钱包让用户捕获其交易创造的任何“回捞”MEV

但有一个弊端。MEV税只在区块提议者严格遵循竞争优先顺序规则时有效，该规则包括不审查、预探测或者推迟任何交易，按优先费用对交易进行排序。如果区块提议者偏离这些规则，他们可以逃避MEV税，从而为自己捕获价值。因此，今天，MEV税依赖于信任L2排序器，并可能在以竞争构建拍卖主导的以太坊L1上根本不生效，这是为了最大化提议者的收入。

尽管如此，MEV税的力量和灵活性表明，优先顺序可能是能够提供它的平台的正确选择。而竞争优先顺序的相对简单性则表明，可能存在一种可行的方式在分散方式中强制执行它，而无需信任单一的排序器。我们希望这篇文章能激励更多关于这个问题的工作。

优先顺序

当有人在以太坊L1或L2上发送交易时，他们指定一个优先费用，该费用支付给区块提议者。 1 你可以想象这被指定为priorityFeePerGas，这是一个数字，乘以交易中使用的gas得到builderPriorityFee ——总的以太币支付。2

在以太坊协议中没有规定区块中的交易必须按照降序priorityFeePerGas贪婪排序。然而，这是一种构建区块的流行方式——例如，它是OP Stack链的排序器、以及geth和reth使用的默认算法。优先排序不仅使得交易者有效表达其交易的迫切性，还自然地将某些类型的MEV引导给区块提议者。

这是因为优先排序将对MEV的竞争转变为优先gas拍卖。当存在一个通过与链交互获得利润的机会时，例如通过在去中心化交易所与中心化交易所进行套利，搜索者竞争着首先声称这个机会。如果链使用优先排序来确定交易的包含和排序，搜索者会通过在其交易上设置较高的优先费用来进行竞争。

在一个无风险利润被竞争到零的竞争场景中，赢得搜索者应该最终支付所有的MEV优先费用。 3 因此，如果有100 ETH的利润可以通过与一个合约交互获得，首先声称该机会的交易将设置优先费用为100 ETH。（我们在限制部分讨论了对此的一些注意事项）。

MEV税

假设一个智能合约想要捕获与其交互的任何交易中的MEV。关于智能合约可以尝试捕获自身MEV的不同特定应用方法有大量的研究文献。

但事实上，我们不一定需要了解关于应用的任何事情。如果我们知道区块是通过竞争优先顺序构建的，那么我们就有了一个关于交易中MEV量的普遍信号：优先费用。

我们建议智能合约可以查看交易的优先费用，并将自己的费用收取为它的某个递增函数。例如，合约可能要求调用它的人转账applicationPriorityFee = 99 * proposerPriorityFee的ETH支付给合约。4

这笔新费用由发送交易的搜索者支付，因此它影响了该搜索者的行为。如果有100 MEV的机会，获胜交易现在只需设置1 ETH的优先费用，因为这将导致总支付为100 ETH（1 ETH支付给区块提议者，99 ETH支付给智能合约）。任何较高的优先费用都会使得交易亏损；任何较低的优先费用将导致输给设定较高费用的竞争者。这意味着智能合约捕获了交易中99%的MEV。

我们称这个由智能合约施加的额外费用为MEV税。MEV税允许一个应用劫持优先排序来为自身利益服务，使其能够为用户重新捕获MEV，而不是将其泄漏给区块提议者。

如果这个费用作为priorityFeePerGas的函数增长得足够快，那么只有极少量的MEV会累积给提议者。由于priorityFeePerGas以wei（以太币的一十亿分之一）计价，我们有很多精度可以操作。例如，只要MEV税足够敏感，以至于priorityFeePerGas为50,000会导致税费过于高昂，那么支付给提议者的总支付将会低于$0.01。 5

然而，有一个重要的警告。如限制造中讨论的，MEV税仅在区块提议者遵循某些规则——我们称之为“竞争优先排序”——时有效，而不是偏离这些规则以最大化其自身的收入。在无信任的方式下强制这些规则是一个未解问题。

单一应用的MEV捕获

在这里，我们草拟了在保证使用竞争优先排序构建区块的链上，MEV税如何被用于减轻MEV中的三个重要问题：让DEX接口改善交易执行，让AMM为其LP减少套利损失，以及让钱包通过出售后备权利来减少用户的MEV泄漏。

DEX路由器

在像UniswapX 和 1inch Fusion的基于意图的DEX路由协议中，用户（Alice）签署意图进行兑换，搜索者竞争以最佳可能价格路由或填充该意图。

UniswapX的当前版本使用两种机制来运行竞争：乌特拍卖（Dutch auction），Alice的限价随着时间的推移而变化，直到搜索者填充它，以及初始链下报价请求（RFQ）拍卖，以设定该乌特拍卖的起始价格。

在一个保证了竞争优先排序的平台上，UniswapX可以用一个机制替代这些：MEV税。它可以通过让用户签署一个可以被任何人立即填充的订单来实现，但是执行价格设置为交易优先的函数。

例如，如果Alice有一个UniswapX的订单要出售1 ETH，她可以将订单的执行价格定义为minimumPrice + ($0.01 * priorityFeePerGas)。minimumPrice可以是她认为明显低于当前价格的固定值。

搜索者将通过提交交易竞争填充Alice的订单。具有最高优先费用的交易且不撤回的交易将获得填充该订单的权利，这应该保证交易者获得搜索者能找到的最佳价格。（其中一些例外在限制部分进行了讨论。）

如果Alice的最低价格是$3000，而当前ETH价格是$3500，获胜交易中的priorityFeePerGas大约会是50,000。（请注意，在一个费用为200,000 gas的交易中，这将仅导致对区块提议者的支付约为100亿wei——约$0.000035。）

这与UniswapX中现有机制相比，可能具有一些潜在好处。

使用MEV税的订单可以比使用乌特拍卖的订单更快地完成并且以更好的价格完成。如这篇论文所讨论，链上的乌特拍卖因区块之间的价格变动而泄漏一些价值，并可能需要许多区块才能完成。相反，使用MEV税的订单通常可以在下一个区块内完成，同时捕获绝大部分的MEV。

与链下RFQ不同，使用MEV税填充订单的拍卖将在区块上的交易执行时原子性发生。这意味着获胜的竞标者可以确保自己只有在其链上交易成功时才承诺填写该订单。这可以让链上流动性，例如AMM，能够更好地与链下流动性竞争，这意味着UniswapX可以作为像Uniswap v4这样的多池系统的更有效路由器。

AMM

通常情况下，AMM向与过时价格交易的套利者泄漏价值，如在损失与再平衡 论文 中讨论的。我们可以利用MEV税使AMM捕获MEV。为了保持简单，我们将讨论这在没有集中的流动性的AMM上是如何工作的。（如果你对如何用集中流动性解决这种问题感兴趣，Sorella将很快发布一种解决方案。）

AMM可以通过收取与交易的优先费用相关的额外费用来捕获MEV，使其能够在块中拍卖优先交易的权利。计算和计价该费用的方法有很多。我们将讨论一种可谓中性的方式——以池流动性的单位计算，即sqrt(xy)。获胜交易将是增加池流动性的交易，数量最多的那一个。

在一个块中执行池的第一笔交易时，池可以强制执行条件，而不是x_end * y_end > x_start * y_start，通过以下方式来验证（a为某个常数）：

x_end * y_end > (sqrt(x_start * y_start) + a*priorityFeePerGas)^2

这个公式将激励套利交易者做出反应以获取真实价格，且在该笔交易之后，池的中点价格应为真实价格。 6

在那第一笔交易之后，交易可以像在Uniswap v2上一样运作，具有固定的交换费。那些希望在不支付额外MEV税的情况下在池里交易的非信息交易者可以设置较低的优先费用。

还有许多其他实现MEV税在AMM上的方式，这些方式会有不同的效果。例如，MEV税可以按交换的输入或输出代币计价，可以影响池施加的交换费用百分比，或者可以确定用户交易的最低价格。我们认为这是一个有趣的设计空间，值得探索。

回后拍卖

上述描述展示了某些应用如何设计以避免泄漏MEV。但是，如果一个钱包想要帮助其用户捕获他们从任意与任何应用交互中创造的MEV，又该如何呢？即使这些应用不包含MEV税。

例如，当Alice在AMM上进行大宗交易时，有时会为“回捞者”创造一个使价格返回的套利机会。这通常泄漏给MEV，而不是归于Alice。

MEV-Share和MEVBlocker是两个允许用户捕获其交易中MEV的协议，但它们依赖复杂的链下拍卖系统。订单流拍卖设计空间描述了一些其他解决方案。

MEV税，与基于意图的智能合约钱包结合，可能允许我们构建一个捕获Alice的回捞MEV的替代系统。假设Alice并不是创建一个在AMM上交易的交易，而是签署一个意图，让任何人可以提交至Alice的智能合约钱包以导致其采取该行动。Alice的智能合约钱包对提交该交易的人收取MEV税，收入归Alice。

提交Alice意图的搜索者将拥有独占的回捞权，因为他们可以在同一交易中以原子方式这样做。因此，如果搜索是有竞争力的，所有从回捞Alice所产生的利润应都通过她的MEV税进入到Alice的手中。

请注意，这系统可能不一定保护用户免受涉及抢跑交易的攻击，因为抢跑交易可能能避免向用户支付MEV税。这个问题（以及一些可能的缓解措施）在下面的限制部分进行了更详细的讨论。不过，这至少可以在不使用任何缓解措施的公共内存池的系统上有所改善。

其他用例

除了这些例子，MEV税的其他潜在使用可能包括几乎任何当前使用链下或乌特拍卖的项目，例如：

• 让预言机捕获它们创造的预言机可提取值的协议，如Oval
• 像NFT抵押贷款协议Blend中的再融资拍卖
• 转贷协议清算其泄漏较少的价值相较于乌特拍卖

跨应用的MEV捕获

以上解决方案旨在捕获与单个应用交互的MEV。但是，有时搜索者可能通过在同一交易中与多个应用交互来捕获更多价值。

如果这些应用中只有一个有MEV税，那么所有来自该交易的MEV都应该归属于拥有MEV税的应用，而无论这个MEV税的高低。

但如果一个搜索者的交易与两个使用MEV税的应用交互呢？例如，如果某个MEV只能通过填充一个上述描述的MEV税UniswapX订单，对抗一个MEV税AMM来捕获？

在这种情况下，每个应用捕获的过剩MEV的相对数量取决于这些应用如何设定它们的MEV税。如果值app_i作为MEV税收取的费用由函数tax_i(priority)给出，那么可以通过解这个方程来确定获胜交易的优先级：

tax_1(priorityPerGas) + tax_2(priorityPerGas) = total MEV

（从技术上讲，我们可以添加一个关于priorityPerGas * gasUsed的第三项，以考虑支付给区块提议者的优先费用，但我们将忽略它，因为如附录A中讨论的，在正常条件下这将是微不足道的。）

在MEV税与priorityPerGas线性相关的简单情况下（因此tax_1(priorityPerGas) = a_1 * priorityPerGas），你可以求解每个应用获得的MEV份额：

a_1 * priorityPerGas + a_2 * priorityPerGas = MEV
priorityPerGas = MEV/(a_1 + a_2)
tax_1(priorityPerGas) = (a_1/(a_1+a_2))*MEV
tax_2(priorityPerGas) = (a_2/(a_1+a_2))*MEV

在设定自己的MEV税时，应用面临权衡——较高的税收使其在发生跨应用MEV时能够捕获更大份额，但意味着如果存在竞争方式来提取它，则可能会错失某些跨应用MEV。例如，如果有一个AMM在每笔交易中收取MEV税，则MEV税UniswapX订单可能更有可能被不同的AMM或链下填充者填充。

在许多情况下，可能会有一种均衡状态，其中两个应用设计它们的MEV税以便以最大化各自福利的方式共享MEV。例如，一个征收MEV税的AMM可能希望从接近区块顶部的单个信息交易者中捕获价值，但随后又想向其他交易者和应用（包括那些使用MEV税的应用）提供流动性，并以较低的固定费率予以收费。在这种情况下，AMM可能会设定相对较低的MEV税（比如，$0.00001 * priorityFeePerGas），以使得套利交易（如有的话）发生在区块的早期，然后对区块内后续的交易不收取MEV税。使用那些相对税收，则即使在其上只有$1的MEV和在UniswapX订单中有$50,000的MEV的情况下，AMM也会优先被套利。

我们认为这是一个广泛的设计空间，值得未来研究。

激励不兼容

MEV税对于垄断的区块提议者并不兼容。在区块提议者遵循我们称之为“竞争优先顺序”的规则的情况下，它们才能有效工作，而不是自己最大化收入。我们非正式地、确信地建议这些规则应包括：

• 优先顺序。在一个区块内，交易必须按priorityFeePerGas的降序排列。
• 抵制审查。如果区块提议者在区块中收到交易t1，并且该区块要么不满，要么包含某个交易t2，使得t2.priorityFeePerGas < t1.priorityFeePerGas，那么区块必须包含交易t1。
• 交易前隐私。区块提议者必须通过一个私有端口接受交易，并且在承诺该区块之前，不得与任何其他人分享此类交易，或将那些交易的内容用作构建自己交易的输入。
• 无最后查看。区块提议者必须设定一个确定的时间blockTime，在此之前允许任何人提交交易，之后不再接受任何人的交易。

如果违反这些属性之一或多个，则可能削弱MEV税的有效性。违反审查抵制的区块提议者可以通过排除竞争交易并提交零优先级交易来避免大部分MEV税，从而将机会占为己有。违反交易前隐私的区块提议者可以从其他交易中窃取MEV，或者通过窥探它们的优先费用来精确了解自己需要设定多高优先费用，而一个能在其他人之后提交交易的区块提议者会对是否出价其他人提供免费“最后查看”，这两者都可能导致不良选择问题，最终会打击竞争。

不幸的是，虽然第一个属性在协议层上很容易执行，但信任地强制执行其他属性仍然是一个未解问题。

在缺乏协议层强制措施的情况下，承诺遵循这些规则的单一排序器需要得到信任，以避免偏离规则，如果提议者将区块构建外包给竞争性最大化收入的拍卖（例如以太坊L1的MEV-Boost），区块可能不会遵循这些规则。

这些问题可以通过一个单一的可信排序器得到“解决”，该排序器承诺在构建区块时使用竞争优先排序。它们可能也可以通过一些共识、密码学和/或可信执行环境的组合的去中心化机制得到解决，例如Sorella的Angstrom，Flashbots的SUAVE、无首席拍卖，或Multiplicty。

完全区块

MEV税的正常运作有一个例外，当区块完全满时。在这种情况下，区块提议者可能不得不省略优先级较低的交易，而不是简单地在区块后期插入这些交易。由于与MEV税应用交互的交易可能有极低的优先费用，这些应用可能会被未使用MEV税的应用或者那些有极低MEV税的应用挤出。然而，在使用类似EIP-1559机制设定单独基本费用的链上，完整区块的情况应该是相对少见的。此外，考虑到需要在区块满时推迟某些交易，通过设定较高的MEV税来推迟表现出较低紧迫性的交易，可能是一个合理的结果。

撤回交易

MEV税实际依赖于单块拍卖，其中每一个“出价”都是一个交易。这些拍卖的一个缺点是，失败的竞标通常会以撤回交易的方式被包含在链上，从而支付一定的基本费用并导致链的拥堵。

如果排序器完全排除失败的交易，那将缓解这个问题，尽管即便在中心化排序器的情况下，这也可能难以实现。（这也不严格遵守上述提到的审查抵制属性，虽然定义可以调整）。更复杂的排序器可能能够通过允许交易确切说明它们参与的争夺拍卖，优化这一过程，从而让排序器了解更多信息，跳过它已知会失败的后续交易。

用户意图泄露

MEV税只能在搜索者之间存在竞争时有效，这意味着机会需要较为广泛地被知晓。对于像AMM这样的应用，机会自然在链上可见，这应该是自然而然地发生的。但是对于像基于意图的路由或回捞拍卖这样的应用，这意味着应用可能需要与搜索者分享用户的意图。

在某些情况下，在用户意图被兑现之前，通过广播用户意图所造成的暂时隐私丧失，可能会以一种无法通过MEV税再次捕获的方式泄漏价值。

例如，假设Alice想通过上述回捞拍卖协议来购买一种低流动性的代币。她公布签署的意图，让她的智能合约钱包在AMM上购买该代币，并设定一定的滑点容忍度。搜索者可能会竞相在一个高优先级的交易中将该代币的价格推高到她的滑点容忍度而不完成用户的订单。赢家Bob可能会通过在低优先级的交易中包含并回捞Alice的意图，从而非竞争性地填充Alice的意图，由此夹在Alice的交易之间，给她带来更糟糕的价格，同时逃避她的MEV税。购买NFT时也可能会发生类似问题。

请注意，对于Bob来说，这种攻击是有风险的，因为他不能保证在购买代币与将其卖给Alice之间的原子性。一个天真的Bob可能会受害于“夹击撕裂”陷阱，其中Alice将意图发布为从自己那里购买一个毫无价值的代币，导致Bob预测她的交易夹击行为，从而提前将其买入，但是在Bob能够完成夹击之前，Alice撤回了她的意图。

应用可能还能够通过限制与其共享意图的搜索者集合并监控其行为，来缓解这个问题，就像许多现有的订单流拍卖所做的那样。

也可能将MEV税与隐私意识构建者功能相结合，如Flashbots对SUAVE的设计中设想的那样。

最后，在Alice决定共享她的意图的成本超过了较少成本的收益后，她可以自己构建一笔交易并直接将其提交至区块。如上所述，竞争优先顺序的理想实现将为区块提议者提供交易前隐私。

讨论和之前的工作

优先gas拍卖。一些关于去中心化区块链中的优先顺序的动态在Flash Boys 2.0论文中研究，该论文首次提出了“矿工可提取价值”的概念。这篇论文观察到，以太坊矿工（当该网络使用工作量证明时）已经在按优先顺序排序交易，并且套利者依靠这种行为参与“优先gas拍卖”，在，该拍卖中，他们为最先被包含在区块中的权利出价，这导致大部分来自去中心化交易所套利的MEV累积给矿工。

先来先服务。一些通过交易排序规则进行MEV缓解的尝试，如Themis或Arbitrum One的当前排序器，侧重于强制执行一种不同的排序规则，先来先服务（有时被称为“公平排序”），其中区块提议者必须按他们看到的到达顺序排列交易。

优先排序采取了不同的方法——在给定时间段内平等对待到达的交易，按其声明的优先权进行排序。

先来先服务的原则在有多个验证者的真实网络环境中，很难执行或定义。即使在一个可信的排序器的情况下，它也可能导致浪费的延迟竞争和垃圾邮件。最后，MEV税可能能够消除某些先到先服务排序无法消除的MEV，例如由于资产价格的间歇性“跃迁”产生的套利收入。优先排序相比于先到先服务排序的潜在优势，与Budish, Cramton, Shim (2015)中讨论的离散时间交易与连续时间交易的优势相关。

与此同时，优先排序似乎默认会泄漏价值给MEV，而这篇论文展示了如何设计应用以重新捕获它。

费用共享。Blast，一个以太坊L2， 与交易中的智能合约共享一部分优先费用和基本费用。

MEV税允许一些类似的做法（至少对于优先费用而言），但可以在任何使用竞争优先顺序的链上在应用层实施，无需特别支持费用共享。它们还允许应用定义自己的税收作为优先费用的自定义函数，提供了更多的灵活性，并可能导致MEV意识应用的更大组合性。

无信任解决方案。本文专注于推动平台使用竞争优先顺序动机——以及在利用能够实现这种优先顺序的平台的方式，而不是讨论如何以无信任方式强制执行它。

关于竞争优先顺序中特定所需的每一个属性，之前已经进行过大量讨论。例如，在Fox, Pai, Resnick (2023)中，作者讨论了在缺乏审查抵制的情况下链上拍卖的漏洞，并描述了一种设计，使用多个并行提议者构建一种抗审查的拍卖。然而，他们没有为交易推荐一个特定的排序。

还有其他研究在构建低信任区块构建机制方面，包括Flashbots的SUAVE、Sorella的Angstrom、无首席拍卖、Espresso和Offchain Labs的去中心化时间增益以及Péter Szilági提出的强制公共交易纳入的设计。

结论

我们希望这篇文章能鼓励L2考虑使用优先排序（如OP Stack默认支持的）并激励应用在下适用的情况下尝试MEV税。

我们还希望它激励进一步研究针对L1和L2的低信任竞争优先排序协议。如果你有兴趣在此问题上合作，并在2023年6月6日之前阅读此文，你仍可申请与Dan一起共同研究MEV抗性L2排序器。或者，你也可以随时向dan@paradigm.xyz和dave@paradigm.xyz发送电子邮件，分享你的想法！

参考

1 ↩ 在这篇文章中，我们用“提议者”来指代确定哪些交易包含在特定区块中的行为或过程。在以太坊L2上，这一角色通常由“排序器”担任。在以太坊L1上，则由一个特定的以太坊验证者担任，称为提议者，尽管通常提议者将构建区块的任务外包给一个竞争性拍卖，其中“中继器”和“构建者”参与。关于这些责任如何分配的详细内容超出了本文的范围。

2 ↩ 每gas的优先费用实际上并不在交易中明确规定，但可以在其中计算。交易指定了gas价格，但以太坊还收取基本费用，该费用从gas价格中扣除并被销毁。为了MEV税目的，应忽略基本费用，因为它不在交易者的控制范围内。每gas的优先费用——支付给区块提议者的交易费用的一部分价格——在Solidity中可以计算为priorityGasPrice = tx.gasprice - block.basefee。

3 ↩ 或者，我们可以简单地将“MEV”定义为不包括任何搜索者利润，而只指代值可归于验证者的部分。

4 ↩ 请注意，proposerPriorityFee——等于priorityFeePerGas乘以交易中使用的总gas——实际上在合约中无法计算，因为无法知道交易最终将使用多少gas。但是，这通常没有关系，因为我们只需要对它的一个上限。为了安全起见，你可以将priorityFeePerGas乘以3000万——这是以太坊区块中的当前最大Gas。高估此值只意味着MEV税捕获的MEV百分比更高。

5 ↩ 假设一个交易的gas不能超过3000万，priorityFeePerGas为50,000将导致gas支付为1500 gwei——在ETH价格为$4000时约为$0.006。

6 ↩ 在priorityFeePerGas被设置为套利者的利润为零的情况下，利润最大化的套利交易应对应于函数最大化的AMM。证明这一点留给读者的练习。

7 ↩ Arbitrum已讨论用称为时间增益的优先顺序来取代此机制，但截至撰写本文时尚未投入生产。

• 原文链接： paradigm.xyz/2024/06/pri...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～