以太坊 - MEV和EIP-1559 - Flashbots

EIP-1559 在伦敦硬分叉中的引入对以太坊费用机制进行了重大重构，旨在通过燃烧部分交易费用来使用户更容易估算费用，并巩固 ETH 作为网络的基础货币。本文分析了在最大可提取价值 (MEV) 现象的背景下，该 EIP 的一些后果，即通过重新排序、增加或审查交易进行无许可的价值提取。

在新的费用机制下，用户不是为其交易选择Gas价格，而是设置一个“优先费用”以激励矿工进行确认，另附一个“最高费用”，声明他们愿意支付的绝对最高价格。该协议现在将设置一个每区块的“基础费用”，其根据前一个区块使用的Gas量以编程方式计算，形成一个负反馈循环，目的是使区块大小在目标大小 s0 处稳定（最初等于当前区块的最大大小）。有效交易支付的Gas价格等于基础费用加上优先费用（仅在最大费用之内——以应对基础费用的突然增加）；优先费用支付给矿工，而基础费用则被燃烧。

这些变化对与 MEV 相关的基础设施有一些明显的直接影响，比如消除了目前用于某些去中心化交易所（DEX）中的前置保护的零 Gwei 交易的可能性，在这些交易所中，矿工费用是直接从转移的代币中扣除的。另一方面，我们不期望新的费用机制会带来根本性的 MEV 源。在这份说明中，我们强调了 EIP-1559 在 MEV 方面可能产生的三个有趣后果：矿工提取 MEV 的激励增加，以太坊协议中不同拍卖的共存及其对 EIP 设计的影响，以及 Flashbots 作为矿工协调代理的角色及其伦理影响。

矿工经济学与 MEV 提取激励的增加

由于适当的经济激励或对网络的忠诚，矿工自以太坊创立以来一直在没有严重恶意偏离协议的情况下生成区块。然而，Flash Boys 2.0 论文警告说，无差别的 MEV 提取可能对协议带来恶劣的后果，比如交易审查或链重组，最终威胁到共识稳定性。值得注意的是，直到最近，MEV 提取才成为矿工的标准，在此之前，Flashbots 引入了 MEV-geth，这是矿工可以运行以开始接收“MEV 套件”的 geth 客户端的一个分支，这种套件是打包的交易集，可以确保矿工在交易被纳入时获得支付。由于即将到来的 EIP-1559 减少他们的收入，大多数矿工迅速采用了 MEV-geth 以部分缓解冲击。因此，合理地问，当 EIP-1559 实施时，矿工是否会为了进一步的 MEV 提取而付出额外努力，特别是在对网络有害的方式上。

虽然由于忠诚度这一难以量化的因素，我们无法进行定量预测，但我们发现，将 MEV 提取视为矿工为了弥补收入损失而采取的其他策略的同等措施是有益的，例如将其哈希率切换到其他 GPU 链。为此，我们提供了一个基本的矿工经济学模型，使我们能够估算为了与伦敦分叉后链切换带来的利润提高相匹配所需的实际可提取价值 rev 的增加。

我们先定义一组基于 Proof-of-Work 的 GPU 链 XXX，排除以太坊，矿工可以将他们的哈希率（我们假设没有成本地）指向这些链。然后我们假设，在均衡状态下，总 GPU 哈希率 HHH 将以一种最大化单位哈希率利润的方式在以太坊（分叉前和分叉后）和 XXX 之间分配（否则更多矿工会切换，直到达到这种均衡）。最后，假设每单位哈希率的成本在所有链中都是恒定的且相同，我们可以推导出，在伦敦硬分叉后，留在以太坊中的哈希率比例。这可以简洁地表示为：

H1559HE=1+δ1+δ/γ,\\frac{H\_{1559}}{H\_E}=\\frac{1+\\delta}{1+\\delta/\\gamma}

其中 H1559H_{1559} 是分叉后的以太坊哈希率，HEH_E 是分叉前的以太坊哈希率，γ=R1559RE\gamma=\frac{R_{1559}}{R_E} 是 EIP-1559 实施后，留给矿工的以太坊总收入的比例，δ=RXRE\delta=\frac{R_X}{R_E} 是 XXX 总收入与分叉前以太坊收入的比例（我们将代数问题留给读者，详情可查阅 此处）。这些量之间的关系可以如下可视化：

以太坊的Gas价格经历了两个数量级的波动，这使得精确估算模型参数极为困难。我们仍然可以使用Flashbots 仪表板的数据，根据近期Gas价格选择 γ=0.86，来表示 EIP-1559 后在以太坊中仍能获得的矿工总收入的比例。最后，通过使用CoinMetrics 数据来查找除以太坊以外的 GPU 基于 PoW 链的日收益以确定 RXR_X，我们得出大约比率 δ=0.15。将这些值代入，我们得出分叉后留在以太坊中的哈希率比例 H1559HE≃98%\frac{H_{1559}}{H_E}\simeq 98\%。

这构成了一个极其简化的矿工经济模型，特别忽略了切换到其他链的成本。然而，它确实为考虑在矿工经济学更广泛背景下的 MEV 收入提供了框架。又基于高度变化的 Flashbots 数据，我们发现，所有其他条件相等的情况下，来自实际提取价值的矿工收入比例将从伦敦前的 2.9% 上升到分叉后的 3.4%。如果矿工决定不切换其哈希率到其他链，直到达成均衡，而是通过提取更多的 MEV 来弥补减少的收入，他们需要额外提取 22% 的 MEV 来抵消切换所带来的利润提升（这仍然会带来预伦敦费率的巨大收入下降）。一个更详细的模型，包含额外 MEV 提取与链切换的成本的明确公式，不在本文讨论的范围内。值的巨大变化性质对于精细化模型的效用带来了一些怀疑，加上矿工忠诚度在矿工行动路线中扮演着重要角色。

在这一点上，大多数矿池已公开反对 EIP，感觉他们在维护以太坊安全的五年后被抛弃。Tim Roughgarden 的EIP-1559 分析指出，矿工的忠诚可能是自创世以来以太坊共识没有出现重大中断的一个主要原因，即使偏离协议可能暂时产生了更高的利润。这可能使得 EIP 实施带来的矿工收益减少比 ETH 价格下跌所导致的更具威胁性，因为这伴随着矿工信任的下降。最终，我们需要等到 EIP 上线后，才能看到矿工在多大程度上开始额外努力提取更多 MEV，以不利于网络整体健康的方式，如我们在本文后面讨论的那样。

许多拍卖在一起

EIP-1559 提出的费用机制是以交易纳入的拍卖为目标设计的。然而，事实上，以太坊中的许多活动涉及的不仅是纳入，还有区块内的交易排序。大多数 MEV 提取机会依赖于交易的相对位置，仅仅让交易被纳入是不够的。目前的首次出价机制有限，用户可以表达希望在某个目标交易之前尽早纳入，或者最多只是希望在某个交易之后被纳入，通过选择其确切Gas价格并希望好运临到（反追）。这种限制导致了像 Flashbots 这样的系统提供了一种更丰富的表达偏好的语言（用户可以对交易集的精确相对排序出价，即前述的“MEV 套件”）。

另一个当前定价机制未提供的期望特性是隐私。提取 MEV 的搜索者通常希望其操作保持私密——至少在被挖入区块时它们不可避免地变成公开——以防其他参与者窃取他们的利润。Flashbots 以及其他私人矿池提供了这种保障（除了叔块风险或矿工不当行为）。最近，一些以用户为中心的应用程序，如 MistX 和 1inch，转向 Flashbots 为他们的交易提供前置保护。如果网络中越来越大比例的用户关注排序和隐私而不是简单的纳入，这就引出了 EIP-1559 是否有任何优势的问题，或者说是否会完全被类似 Flashbots、具有更强表达能力的机制所取代。在一种极端情况下，这些共存的不同拍卖可能会产生负面相互作用，参与某一拍卖的用户破坏了另一拍卖。

这种用户关心排序和隐私的更丰富的格局引发了关于 Tim Roughgarden 的严格正式分析实际适用性的担忧（如上所述）。在他的论文中，他展示了 EIP-1559 机制是短期矿工激励兼容的（MMIC，意味着矿工在单区块尺度上受到激励按照其进行行动）、链下协议安全的（OCA-proof，意味着用户与矿工无法通过使用链下通信来绕过系统），此外，在高需求期间以外，用户激励兼容的（UIC，意味着它实现了用户如实表达纳入偏好的所需用户体验改善，而无需推测其他用户的行动）。然而，这些结论依赖于“纯粹纳入”拍卖，而目前的、更复杂的背景下，它们如何成立尚不明确。

特别是，论文讨论了一种替代提议，“无小费机制”，没有矿工优先费用，并且在高需求期间外的情况下被证明是 MMIC、始终 UIC 及 OCA-proof。简而言之，这种机制牺牲了 OCA-proof 的特性，以保留用户体验 improvements。不同于论文所建议的那样，如今链下协议在 Flashbots 等系统中是常见的，因此无小费机制可能比 1559 的基础费用 + 优先费用更好，更优化了面向仅关注纳入的普通用户的标准拍卖，并引导更复杂的用户参与排序为重点的拍卖。

不幸的是，严格建模排序拍卖极其困难（例如考虑到分配规则不能简单用二元——包含或不包含——值来表示，或者可行性条件需要考虑交易间的相互作用，因此不能仅用一个不等式表达）。与其如此，更有用的做法可能是分别考虑不同的拍卖，分析它们可能的相互作用，如之前所述。举例来说，我们可以考虑 μ\muμ，即纳入交易的边际成本。在没有 MEV 的世界中，这可以被视为常数，实际上已被估算。然而，在 MEV 丰富的环境中，内存池中存在的大量 MEV 奖励可能使常规纳入拍卖变得毫无意义，极大提升 μ\muμ 的价值，反过来使得用户难以对优先费用达成合理价值 barnabenote。

总结一下，当今以太坊中共存着几种不同类型的拍卖：

在 Flashbots，我们正在考虑使拍卖机制更加丰富，以涵盖那些不关心排序但只希望获得前置保护的用户的用例。即使是当前的定价公式也可能倾向于偏好某些提取类型（尤其是套利对清算的偏好）。正如上文所指出的，这种事实上的分层系统可能在设计方面并不理想，因为它是由试图单独解决问题的各方拼凑而成。在传统金融中，不同工具（股票、期权等）有独立的市场来适应其不同特性。这是一个积极的研究领域，也是 Flashbots 的长期目标之一，致力于打造一个“图灵完备”的拍卖机制，使得用户能够以高效的方式表达任意偏好。最终，这要求围绕各种共存拍卖展开更多讨论，以便在协议层面采取更具凝聚性的方案。这在以太坊 2.0 即将需要的变更中尤其相关。

Flashbots 伦理

如上所述，Flashbots 引入了一种方法，使搜索者能够向矿工表达其交易排序偏好，从而实现了一个所有以太坊用户理想中都能受益的更高效市场。为了实现这一目标，Flashbots 向一部分共同控制以太坊大多数哈希率（写作时为 85%）的矿工提供定制的挖矿软件（MEV-geth）。这相当于 Flashbots 建立了一个有效的链下矿工协调机制，这自然引发了对其潜在恶劣影响的探索。尤其是，Flashbots 创建了一个新的谢林点，矿工可以通过采用其软件和默认设置进行被动协调——这与之前的 geth 无异。

在这里谈到的矿工协调仅限于协议内协调，即矿工联合行动可能对网络有害，但依然在共识层面上是可接受的（即没有双重消费，或其他违反以太坊协议的行为）。真正的 51% 攻击将严重损害网络，这通常与矿工的利益相悖。相反，我们关注的是更“温和”的情况，即矿工为了自身利益协调与其他参与者的利益相对立的行为，同时遵循协议规则。在短期内分析矿工协调的焦点如何影响网络（因为正如前所述，这已经可以通过 geth 升级使用），更具体的问题是 EIP-1559 的引入是否增加了 Flashbots 作为矿工协调机制的潜在恶劣后果的范围。

我们已经覆盖了 EIP-1559 改变格局的一种方式，与 Flashbots 无关，即增加了 MEV 奖励在矿工总收入中的相对权重。Flashbots 影响这一点的一个方面是区块空间中分配给套件与常规交易的比例，或上一节所述不同拍卖的相对权重。MEV-geth 对套件纳入区块的最大数目有设置，为每个配置的最大套件数从 0 到这一可配置的最大值生成一个模板区块，并对所有的模板区块后续进行盈利能力比较。设定值越大，区块可能变得越有利可图，而留给标准用户交易的区块空间则越少。EIP-1559 可能激励矿工追逐更多 MEV，可能使他们更容易接受更高的值，最终导致 MEV 只区块。然而，这种情形出现的机会不大，因为包括套件会留下高优先费交易而产生机会成本。总体来说，我们不认为 EIP-1559 增加了由 Flashbots 促进的已知恶性行为的风险。

然而，EIP-1559 引入了一种新的不受欢迎的行为的考量：矿工协调挖掘小于目标大小的区块，以将基础费用压至 0，这将有效消除该 EIP 所追求的用户体验改善。同样，Flashbots 处于有利地位，能够通过提供实现这一行为的更新来推动这一进程。更具体地说，软件可能不会包括所有Gas限额高于基础费用且优先费用大于零的交易，而是针对目标区块大小 s0(1−ϵ)s_0 (1-\epsilon)s0​(1−ϵ)，其中 s0 是目标区块大小，ϵ∈[0,1]\epsilon \in [0,1] 是一个参数，故意设定用以降低和保持基础费用，依赖于运行 MEV-geth 的哈希率比例。

我们借助以太坊基金会的稳健激励组框架探讨这一攻击的可行性（包含这些结果代码的笔记本可以在此处找到）。考虑到简单的振荡需求情景并设置 pFB=0.85p_{FB}=0.85 作为运行 MEV-geth 矿工的概率，我们模拟了不同值的系统动态ϵ，说明当取值较大时，基础费用是如何被推动至 0 的：

与之前的情况一样，矿工参与这一战略将面临直接的经济下行，因为他们将以每个区块放弃金币。

接下来的自然问题是，矿工需要多长时间以亏损的方式工作，直到基础费用的下降最终弥补他们的合谋从而变得有利可图。在模拟中，我们发现这一过程对需求的性质极为敏感，特别取决于用户是否会继续以接近其真实价值的价格出价，或则通过适应新的、人为抬低的基础费用来降低其出价。虽然在观察到 EIP-1559 机制投入实施前我们无法给出有意义的回答，但我们强调这一问题，并注意到，即使这样的合谋在短期内证明有利可图，它也可能随时因自私矿工纳入更多交易而破裂，因此实际上不太可能发生。

结论

我们未发现 EIP-1559 与 MEV 提取之间存在关键性交互。然而，我们识别出一些可能出现新动态的领域，特别是围绕矿工提取更多 MEV 的激励或通过被动合谋来挑战新费用机制的潜在恶劣 Flashbots 软件更新的可能性。无需多说，提供这种更新并不是 Flashbots 的利益所在，但 85% 的以太坊哈希率运行 MEV-geth 需使我们谨慎考虑其影响。最后，我们建议，尽管 EIP-1559 的设计是围绕交易纳入拍卖展开的，但如今以太坊中正在发生许多不同的拍卖。承认这一点并设计我们的系统以适应这些不同的拍卖是至关重要的，若我们希望达到以太坊的开放标准。

我们想感谢 Barnabé Monnot 和以太坊基金会的稳健激励组，Leo Zhang、Tim Beiko，以及 Tina Zhen 和整个 Flashbots 团队的有关此次讨论而产生的想法。

1. 实际提取价值在我们之前的文章中进行过定义。 ↩
2. Dogecoin、Ethereum Classic、ZCash、Dash、Monero、Bitcoin Gold 和 Verge 被列入链 X 收入的计算中。 ↩
3. 写作时，这些值的计算如下： RE=rBLOCK REWARDS+rTX FEES+rMEV=36,390,017USDR_{E}= r_{\textrm{BLOCK REWARDS}} + r_{\textrm{TX FEES}} + r_{\textrm{MEV}} = 36,390,017\;\textrm{USD}RE​=rBLOCK REWARDS​+rTX FEES​+rMEV​=36,390,017USD 和 R1559=rBLOCK REWARDS+rMEV=31,327,517USDR_{1559}= r_{\textrm{BLOCK REWARDS}} + r_{\textrm{MEV}} = 31,327,517\;\textrm{USD}R1559​=rBLOCK REWARDS​+rMEV​=31,327,517USD，其中： rBLOCK REWARDS=13450Ξ×PETHr_{\textrm{BLOCK REWARDS}}=13450\;\Xi\times P_{\textrm{ETH}}rBLOCK REWARDS​=13450Ξ×PETH​, rTX FEES=2250Ξ×PETHr_{\textrm{TX FEES}}=2250\; \Xi\times P_{\textrm{ETH}}rTX FEES​=2250Ξ×PETH​, rMEV=1,065,017USDr_{\textrm{MEV}} = 1,065,017\; \textrm{USD}rMEV​=1,065,017USD, 并且 PETH=2250USDP_{\textrm{ETH}}= 2250\textrm{USD}PETH​=2250USD ↩
4. 其他条件相同情况下，基础费用的燃烧不会减少实际提取价值，如果我们假设捆绑交易所燃烧的数量将与超出区块的尾部交易的燃烧数量相当。 ↩
5. 尽管请参见此说明，其中提供了针对 MEV 丰富环境中叔块风险的界限方法。 ↩
6. 拍卖设计是一个丰富的研究领域，许多结果集中在偏好/分配的可计算性上，参见 Tim Roughgarden 的讲义以获取简介。 ↩

• 原文链接： writings.flashbots.net/m...
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