区块链中的抢跑交易：真实案例与预防

更新于：2025 年 6 月 30 日

阅读时长：11 分钟

作者：Oleh Malanii

在传统金融中，抢先交易（front-running）是一种经纪人利用提前访问客户交易订单的优势为自己谋取利益的行为，几十年来一直损害着股票市场的可靠性。在华尔街，根据 SEC Rule 17(j)-1，抢先交易是非法的。

这种做法也进入了 DeFi 领域。它的运作方式不同，但逻辑相同：利用真实的交易来为自己谋取利益。加密货币中抢先交易的规模是巨大的。

自 2020 年 6 月以来，MEV 机器人已经在 Ethereum、BSC 和 Solana 上赚取了至少 $10 亿 的利润，通常是以牺牲散户投资者为代价的。除了资金安全之外，抢先交易还引发了市场公平性和透明度的问题。

然而，这种看似不道德的做法也可以用于有益的目的。例如，白帽黑客会抢先恶意交易，以追回黑客窃取的资产，但稍后会详细介绍。

什么是抢先交易？

在传统市场中，抢先交易涉及经纪人知道客户即将下达大额订单，迅速进行自己的交易，从预期的价格变动中获利。

在加密货币的背景下，抢先交易攻击采取了一种更复杂的形式。凭借对交易队列（或“mempool”）的了解，运行软件以批准网络上交易的验证者可以重新排序、包含或省略交易，从而使他们获得经济利益。

例如，如果矿工注意到特定加密货币代币的大量买入订单，他们可能会先插入自己的买入订单，然后验证较大的买入订单，随后获得套利。

MEV 机器人的大问题

加密货币中的抢先交易比初看之下更为深入。除了获得最大份额抢先交易收益的验证者之外，还有一个庞大的最大可提取价值 (MEV) 交易者网络，他们运营机器人从区块链的复杂性中获利。

根据 Ryan Zurrer 的说法，大约有 50 个团队积极参与 MEV，其中大约 10 个团队占据主导地位。最好的团队每月赚取“五位数到六位数”的利润，并在最佳市场条件下赚取了数百万美元。

在公共区块链中，所有人都可访问交易数据。而且由于没有 SEC 的网络安全规则来约束他们，因此大多数抢先交易活动都发生在 DEX 上。因此，DeFi 世界充满了精明的交易者，他们运营 MEV 抢先交易机器人，在链上寻找猎物。

抢先交易攻击的三种方式

驱逐 (Displacement)

在这种类型的攻击中，攻击者使用更高的 Gas 价格来保证他们的交易在即将发生的交易之前得到处理。在这里，抬高价格可确保优先处理。

抑制 (Suppression)

在这种方法中，攻击者利用交易的绝对数量来发挥自己的优势。他们创建大量交易，所有交易都具有显着更高的 Gas 价格，称为“抑制集群”。结果如何？由于大量高优先级的交易，受害者的交易难以在同一区块中找到空间。

插入 (Insertion)

插入策略更为复杂，类似于三明治攻击——抢先和后运行（back-running）交易。在这里，攻击者将受害者的 TX 放在所谓的三明治中。第一个具有较高的 Gas 价格，第二个具有较低的 Gas 价格。这种攻击在去中心化交易所中尤为普遍，使攻击者能够利用大规模交易，通常被称为“巨鲸交易”，从而使他们能够获得可观的利润。

三明治攻击示例

1. 一位毫无戒心的大投资者以当前 1,620 美元的市场价格下单购买 1000 ETH。
2. MEV 机器人发现了公共交易池中的这笔大额交易。该机器人迅速采取行动，首先以 1,620 美元的价格抢购 ETH。
3. 由于即时的市场效应，交易者的购买以更高的价格执行，最终达到 1,625 美元。
4. 利用这种短暂的上涨，该机器人迅速抛售其 500 ETH。
5. 这种操作保证了该机器人每 ETH 快速获利 5 美元，总利润为 5,000 美元。

Hacken 经验中的抢先交易

在本节中，我们将介绍可能导致抢先交易攻击的智能合约漏洞。所有问题均已在 Hacken 智能合约审计期间得到解决。

Catgirl

Catgirl 是一个 NFT 市场，允许用户列出、购买、出售和取消订单。

以下函数允许用户通过 BNB 代币交换他们的 Catgirl NFT，并且由于在交换操作期间缺少最低输出值强制机制，因此目前容易受到潜在的抢先交易操纵。当发生非常大的交换交易时，恶意用户可能会介入并收取更高的Gas费用来抢占交易，导致买方以更高的价格购买。

每当执行该函数时，此漏洞使其容易受到抢先交易策略的影响，因为它缺乏适当的滑点检查。

 function swapBNBForCatgirl(uint256 amount) private {
        address[] memory path = new address[](2);
        path[0] = pancakeRouter.WETH();
        path[1] = address(uCatgirlToken);
        pancakeRouter.swapExactETHForTokensSupportingFeeOnTransferTokens{
            value: amount
        }(0, path, address(this), block.timestamp);
    }

幸运的是，他们解决了这个问题并引入了滑点检查。目前，交换函数在防止抢先交易攻击方面受到保护。

Diverse Solutions

Diverse Solutions 作为一个staking池运营，利用修改后的自动做市商 (AMM) 机制。ARDM 和 XARDM 之间的汇率由 XARDM 的总供应量与交易所合约中持有的 ARDM 总量之比决定。

在 2023 年 4 月 24 日的第一次审计审核中，Hacken 审计团队检测到其代码中存在抢先交易漏洞。问题的核心在于 deposit() 函数，其中一个看似无辜的等式控制着份额的铸造。这里，我们有两个主要函数：deposit() 函数用于将你的 ARDM 代币交换为 xARDM 代币，withdraw() 函数用于将你的 xARDM 代币交换为 ARDM 代币。

function deposit(uint256 _amount) external nonReentrant onlyEOA whenDepositNotPaused {
    require(_amount > 0, "AMOUNT ZERO");
    uint256 totalARDM = ARDM.balanceOf(address(this);
    uint256 totalxARDM = xARDM.totalSupply();

    if (totalxARDM == 0 || totalARDM == 0) {
        xARDM.mint(msg.sender, _amount);
        emit Deposit(msg.sender, _amount, _amount);
    } else {
// 此等式根据用户存入的金额以及金库中的总资产和总份额来计算用户应收到的份额数量。然而，在表面之下，存在一个关键缺陷。此缺陷允许恶意行为者操纵分母，从而导致对其他用户不利的结果。
        uint256 mintAmount = (_amount * totalxARDM) / totalARDM;
        xARDM.mint(msg.sender, mintAmount);
        emit Deposit(msg.sender, _amount, mintAmount);
    }
    ARDM.transferFrom(msg.sender, address(this), _amount);

    if (penaltyFeePaused == false) {
        _userDeadline[msg.sender] = block.timestamp;
    }
}

function withdraw(uint256 _amount) external nonReentrant onlyEOA whenWithdrawNotPaused {
    require(_amount > 0, "AMOUNT ZERO");
    uint256 totalARDM = ARDM.balanceOf(address(this));
    uint256 totalxARDM = xARDM.totalSupply();

    uint256 transferAmount = (_amount * totalARDM) / totalxARDM;

    if (
        penaltyFeePaused == false &&
        _userDeadline[msg.sender] + penaltyDeadline > block.timestamp
    ) {
        uint256 fee = (transferAmount * penaltyFee) / 100000000000000000000;
        uint256 transferAmountMinusFee = transferAmount - fee;

        xARDM.burnFrom(msg.sender, _amount);
        ARDM.transfer(msg.sender, transferAmountMinusFee);
        ARDM.transfer(treasuryAddress, fee);
        emit PenaltyFeeSent(treasuryAddress, fee);
    } else {
        xARDM.burnFrom(msg.sender, _amount);
        ARDM.transfer(msg.sender, transferAmount);
    }

    emit Withdraw(msg.sender, transferAmount, _amount);
}

报告中解释的攻击场景如下：

最初，攻击者通过进行首次存款并铸造少量份额 (XARDM)（相当于一个 wei）来启动staking池。此操作表示为 “deposit(1)”，它导致池的总资产为 1 ARDM，XARDM 的总供应量也为 1 的状态。

攻击者怀有恶意，预测另一用户的存款行为并决定抢先交易。受害者打算将大量资金（特别是 20,000 ARDM）存入池中。

为了操纵局势使自己受益，攻击者在受害者发起存款时迅速膨胀了份额计算的分母。攻击者执行命令“ardm.transfer(20,000e18)”，该命令将大量 ARDM 转移到池中。因此，池的总资产显着增加至 20,000e18 ARDM，而 XARDM 的总供应量保持为 1。

由于池的资产迅速膨胀，当最终处理受害者的存款交易时，他们收到的 XARDM 份额极少。此计算执行如下：(1 * 20,000e18) / (20,000e18 + 1)，这导致受害者几乎没有 XARDM 份额。

最终，攻击者通过燃烧其 XARDM 份额来利用这种情况。此操作有效地授予他们对池中所有 ARDM 的所有权，使受害者没有份额，也没有池资产的股份。

在这种情况下，攻击者利用交易的时机和份额的计算来操纵池的状态，并剥夺受害者在本应拥有的的池股份，最终获得对所有存入的 ARDM 的控制权。

问题的解决

客户已成功解决抢先交易问题，并从审计中获得了足够的分数。

在上面的比较中，说明了重大变化。该函数现在仅考虑通过 deposit() 函数转移的 ARDM 量，而不是合约的 ARDM 总余额。客户端已采取措施来防止 ARDM 代币的外部转移，因为它们会影响 ARDM/xARDM 的价格比率并减轻相关风险。

抢先交易触发因素

• mempool 中的待处理交易：mempool 是一个交易的“等候室”，是信息的金矿。攻击者可以在此处发现潜在的有利可图的交易，然后才能确认。
• 大额订单：大额交易或“巨鲸”活动可能会导致重大的市场波动。抢先交易者会密切关注这些交易，因为它们很容易被利用以获取可观的收益。
• API 和预言机更新：API 和预言机将外部数据馈送到智能合约。此处的更改或更新可能会影响合约结果，并成为抢先交易的潜在目标。
• 流动性池变化：当从 DeFi 池中添加或删除流动性时，可能会导致巨大的价格变化，使其成为抢先交易者的诱人目标。
• 代币上市：当新代币在去中心化交易所上市时，通常会涌现购买热潮，从而为抢先交易提供了充足的机会。
• 治理提案：重大的治理决策或提案，尤其是与协议变更、费用结构或合作伙伴关系相关的决策或提案，可能会影响代币价值。
• 迁移活动：当资金从一个协议迁移到另一个协议时，这些可能会成为抢先交易的热点，尤其是在协议升级或 收益耕作 转移期间。
• 套利机会：攻击者可以通过抢先交易这些套利交易来利用不同交易所或代币之间的价格差异。
• 闪电贷：这些是在单笔交易中发生的无抵押贷款操作。闪电贷的initation或存在可能是潜在的价格操纵和抢先交易的信号。
• 订单簿分析：在某些去中心化交易所中，观察订单簿可以深入了解即将发生的交易，使其成为抢先交易者的金矿。
• 收益协议中的金库或策略变更：当 DeFi 协议宣布新的收益策略或金库变更时，用户可能会争先恐后地存入资金，从而创造抢先交易的机会。

随着 DeFi 生态系统的不断成熟，那些试图利用它的人的创造力也在不断提高。

如何预防抢先交易攻击？

防止抢先交易攻击需要托管交易的平台和进行交易的个人用户采取措施。让我们深入研究针对每项措施的策略：

对于平台：

• 最低滑点率：为了保护允许交换的 DeFi 应用程序，应实施滑点限制，并且滑点百分比 (%) 应设置为 0.1% 到 5% 之间，具体取决于网络费用和交换规模，旨在让你获得最佳的交换结果。这种旨在最大限度地减少滑点的刻意努力，可以作为防御机会主义抢先交易者的强大手段，它们通过利用更高的滑点率蓬勃发展。通过遵守此策略，你可以帮助保护你的交易活动，并降低与掠夺性交易行为相关的风险。
• 实施提交-揭示方案：这涉及一个两步过程，用户首先提交一个特定操作而不泄露详细信息，然后再披露确切的信息。这使得攻击者更难确定和预测用户操作。
• 批量交易：通过将多个交易捆绑在一起并作为一个单元进行处理，攻击者更难挑出和利用单个交易。
• 监控机器人：持续监视可能正在寻找利用抢先交易机会的自动化机器人和脚本可以帮助及早发现和缓解。
• 智能合约审计：信誉良好的公司进行的定期审计可以识别智能合约中的漏洞，这些漏洞可能容易受到抢先交易或其他恶意活动的影响。
• 速率限制：对来自单个地址的交易频率实施限制可以阻止抢先交易者，他们通常通过快速、连续的交易来淹没网络。
• 优先级 Gas 拍卖 (PGA)：这是一种机制，用户不是竞标交易费用（或 Gas），而是竞标其交易的优先级。这有助于重组激励机制，并使抢先交易的成本更高，从而降低攻击者生存的可能性。
• 链下订单中继：使用链下系统来匹配交易，然后批量并在链上执行它们。这样，确切的详细信息将保持隐藏状态，直到最后一刻，从而减少了抢先交易者的机会窗口。
• 随机交易排序：在区块内随机排序交易可以使抢先交易者难以预测其位置，从而降低其优势。
• 时间锁定合约：通过对交易设置特定的时间限制，平台可以防止突然的和机会主义的交易，从而使抢先交易更加困难。
• 实施滑动窗口：平台可以使用滑动窗口机制，而不是立即执行订单，在该机制中，订单被收集并批量执行，从而难以查明任何单笔交易。

对于用户：

• 隐私交易：利用提供受保护或机密交易的隐私工具或平台可以帮助掩盖用户活动，从而使抢先交易更具挑战性。
• 不要炫耀大额交易：公开重大交易，尤其是在社交平台上，可能会吸引抢先交易者。最好始终对交易意图保密。
• 随时了解最新信息：定期更新自己关于最新安全措施、补丁或平台更改的信息可以帮助用户在潜在的抢先交易者面前领先一步。
• 使用具有抢先交易保护的平台：选择具有内置措施来防止抢先交易或优先考虑用户安全的交易所或 DeFi 平台。
• 代理合约：使用中间合约来模糊交易的原始意图，直到执行为止。这增加了一层复杂性和不可预测性。
• 设置非标准 Gas 价格：通过避免四舍五入的数字和常见的 Gas 价格模式，用户可以使其交易更难以预测，从而更不容易受到抢先交易的影响。
• 避免高峰交易时间：在非高峰时段执行交易可以减少成为目标的可能性，因为抢先交易者在活动高峰期更活跃。
• 教育和协作：与社区、论坛和平台互动，以随时了解最新的抢先交易技术以及应对它们的措施。
• 使用 Layer 2 解决方案：许多 Layer 2 扩展解决方案，例如 rollups 或状态通道，可以通过在主链下处理交易来帮助降低抢先交易的风险，在主链下，它们的可见性较低，因此不易受到攻击。
• 当心抢先交易机器人诈骗：YouTube 和社交媒体上出现了一种特定的加密货币诈骗。这种诈骗的核心是一个诱人的提议：一个 Solidity 机器人，声称可以利用抢先交易技术，承诺每天获得数百美元的回报。实际上，诈骗者获得了访问你钱包的权限。

用于好的目的的抢先交易

在一个独特的加密货币事件中，一位黑客执行了一次 $6900 万 Curve Finance 的流动性池黑客攻击，但由于抢先交易，70% 的损失资金被返还。盗窃行为部分被白帽黑客（包括 Coffeebabe）运营的 MEV 机器人挫败。Coffeebabe.eth 成功拦截了黑客的交易，将救回的资金返还给了 Curve。

此事件强调了 MEV 机器人的潜力以及白帽社区在反击恶意活动方面的潜力，此次干预追回了 70% 的损失资产。这种动态体现了DeFi 安全众包解决方案的重要性。

总结

在加密货币领域，抢先交易是一种操作，验证者和 MEV 机器人通过驱逐、抑制或插入来操纵真实交易以获取经济利益。

随着抢先交易者的策略不断发展，解决这些策略的策略也必须不断发展。

DeFi 平台负责实施最低滑点率、提交-揭示方案、批量交易、智能合约审计、速率限制、优先级 Gas 拍卖、链下订单中继、随机交易排序、时间锁定合约和滑动窗口。

用户可以通过保护隐私、使用 Layer 2 解决方案、发送非标准 Gas 价格、在非高峰时段执行交易、选择安全的 DEX，以及最重要的是，随时了解情况来保护其资产免受抢先交易风险的影响。

• 原文链接： hacken.io/discover/front...
• 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～