构建最盈利区块的重要性

以太坊安全性的核心是每个矿工，甚至即将成为验证者的矿工，都能产生尽可能最有利可图的区块。为什么会这样？Flashbots为什么将民主化获取最有利可图的区块作为目标？我们是如何做到的？这篇博客文章将回答这些问题以及更多内容。

以太坊上矿工和验证者角色的变化

在过去一年中，矿工在以太坊上的工作经历了自以太坊建立以来的最大转变。以前，矿工通过按照收到的交易的Gas价格来排列交易，以优化他们的区块。在改善按Gas价格排序的投资上几乎赚不了多少钱。因此，矿工专注于网络级优化，例如更好地查看内存池或减少接收新块所需的时间。

如今，自从采用提取MEV（最大（以前为矿工）可提取价值）技术的广泛应用以来，矿工采用了更加复杂的排序方案。在这种情况下，MEV是矿工通过排序、插入或审查交易所捕获的价值（有关MEV的正式定义，请参见“ 关于MEV的形式化”）。例如，利用去中心化交易所之间的价格差套利就是一种MEV。一名矿工在最大化其收益时，应当优化其区块中的交易，以捕获尽可能多的MEV，这将增加他们在交易费用和区块补贴上的回报。

套利是MEV的一种类型，还有清算、夹层和多种更定制的MEV策略。今天，单靠以太坊，MEV市场的总规模已接近十亿美元。实际上，个别MEV机会的价值可能远远超过区块奖励或交易费用。例如，一个套利机器人在10月的一天中完成了两个套利交易，每个交易价值超过$2百万。

为了确保以太坊的安全性，所有矿工必须能够构建能够捕获这些机会的区块。如果MEV提取没有得到民主化，则更大矿工将能够更多地利用他们的资源来优化他们的MEV策略。凭借更先进的策略，大型矿工将能够从MEV中获取比同业更多的收入。反过来，这些额外的收入可以用来壮大规模、进一步优化，并加强其在网络中的主导地位。随着MEV提取的复杂性增加（例如跨链套利），这种动态会加剧，因为在MEV提取的前沿停留会变得越来越困难。

为了防止上面所描述的MEV经济中心化的动态，所有矿工（以及合并后的验证者）必须相对于他们在网络中的份额提取大致相同数量的MEV。然而，提取MEV是一项艰巨的任务。我们如何才能实现民主化？

Flashbots Alpha的诞生

为了解决MEV的民主化问题，Flashbots发布了其alpha版本：交易排序市场。Flashbots连接寻找MEV的机器人操作者，或者称为“搜索者”，以及希望提取MEV的矿工。搜索者提交提取MEV的交易“捆绑包”，并支付矿工费用以纳入他们的捆绑包。矿工接收这些捆绑包，并通过拍卖机制将对他们来说最有价值的捆绑包放在他们的区块顶部。

来自搜索者的一个示例捆绑包是一个在大宗交易后进行的套利，其中矿工在套利交易中由搜索者支付90%的套利利润。对于如今大多数的MEV策略，搜索者大约向矿工支付90%至95%的利润。随着时间的推移，拍卖结构以及搜索者之间的竞争导致大多数MEV被矿工捕获，同时仍支持一个搜索者的生态系统。

不想或不能自行提取MEV的矿工可以利用Flashbots的市场，让搜索者为他们提取MEV。矿工所需要做的只是向Flashbots注册，运行mev-geth，即开源的geth分支，并接收捆绑包。得益于市场结构和集成的便利性，Flashbots Alpha使各类规模的矿工能够提取MEV，并在生成最有利可图的区块方面进行竞争。

Flashbots Alpha的局限性

自发布以来，Flashbots捆绑包迅速成为矿工整体收入的一个重要组成部分，并为矿工创造了超过3亿美元的利润。根据目前的速率，单靠Flashbots捆绑包的利润几乎接近十亿美元。然而，Flashbots Alpha的影响受到限制，因为矿工组织的区块空间拍卖复杂且不具有私密性。

首先，搜索者提交单个捆绑包，虽然许多捆绑包之间存在冲突（例如，它们竞标相同的机会），但许多捆绑包可以毫无问题地合并在一起。确定最佳排序和捆绑包数量以优化矿工利润是一个非常困难的问题，被广泛称为“捆绑合并”。

为了合并捆绑包，它们首先需要单独进行模拟，以了解哪些捆绑包应根据其Gas价格放置在首位。然后，捆绑包必须依次进行联合模拟，以理解它们是否以某种方式发生冲突。最后，对于每一个试图合并的额外捆绑包，都需要创建额外的并行计算过程。例如，如果矿工希望将最多3个捆绑包合并，他们将拥有4个“工作者”：一个创建没有捆绑包的区块，一个创建包含1个捆绑包的区块，一个创建包含2个捆绑包的区块，以及一个创建包含3个捆绑包的区块。然后，将这四个区块进行比较，并选择最有利润的区块。

如果你没有理解上面的细节，那也没关系，只需记住捆绑合并是一个计算复杂的过程。有时，对于一个区块可能会有数以万计的捆绑包！Flashbots的MEV-Geth可以开箱即用地处理矿工的捆绑合并，但合并的计算复杂性限制了可以放入特定区块的捆绑包数量。中位数矿工每个区块最多合并3个捆绑包，但许多区块中包含的利润捆绑包数量超过3个。

此外，Flashbots Alpha通过优化具有最高Gas价格的捆绑包来拍卖区块空间。不幸的是，这与优化整体捆绑包利润并不是同一回事。考虑以下两个捆绑包：

• 捆绑包A：100,000Gas，矿工支付1 ETH，Gas价格为10,000 GWEI
• 捆绑包B：1,000,000Gas，矿工支付9.9 ETH，Gas价格为9,900 GWEI

捆绑包A将赢得Flashbots拍卖，因为它的Gas价格更高，尽管捆绑包B对矿工来说整体更有利可图。

做出这个设计决策的原因是，优化捆绑包的Gas价格在计算上比优化整体利润要简单。然而，这为竞争打开了一个维度：如果某个矿工拥有一个专有的解决方案，能够让他们优化捆绑包以实现整体利润，他们在某些情况下可以提取比同业更多的MEV。同样，能够在每个区块中包含更多的捆绑包也会导致更多的MEV提取。

最后，在Flashbots Alpha中，捆绑包被中继和矿工同时看到。因此，搜索者需要做出一个关键的信任假设，即中继和矿工不会在前面抢先执行或解包他们的捆绑包。对于拥有社会资本的大型成熟矿工，搜索者作这样的假设可能是可以接受的，但对于缺乏社会资本的小型新矿工则不然。这还打开了一个攻击向量，搜索者可以运行一个矿工以便自己接收捆绑包流，因此Flashbots需要要求矿工在发送捆绑包之前必须具有一定的挖矿历史。从工作量证明转向权益证明加剧了这种动态，因为成为区块生产者的门槛要低得多。

如果搜索者的捆绑包在被包括之前没有隐私，他们就面临被抢先执行或解包的风险，搜索者不愿意将捆绑包发送给小型区块生产者，出于这种风险。因此，这会对网络造成中心化影响，因为小型区块生产者无法产生与大型同行同样有利可图的区块。

简而言之：Flashbots Alpha为矿工提供了MEV收入的民主化访问，但存在局限性。捆绑合并是复杂的，并且限制了可以纳入的捆绑包数量，以及这些捆绑包的排序方式（通过Gas价格，而不是整体利润）。为了生成尽可能最有利可图的区块，并与潜在更优的专有解决方案竞争，必须解除这些限制。此外，隐私对确保每个块生产者都能访问最有利可图的块至关重要，因为它确保搜索者不会被抢先执行。

超越Flashbots Alpha：寻找最有利可图的区块的解决方案

为了解除Flashbots Alpha的限制，我们必须找到一种解决方案，处理构建最有利可图区块的复杂性，并为MEV市场引入隐私。有什么解决方案可以做到这一点？

一种解决方案是将捆绑合并的工作外包给私人中继，例如Flashbots。这是我们v0.4版本的重点，推出了“巨型捆绑包”，即由许多经过预合并和排序的搜索者捆绑包组成的大型捆绑包，在提交给矿工之前。这种巨型捆绑包允许私人中继专业化其基础设施，将捆绑合并的计算复杂性从矿工上游转移到中继。

虽然这种方法有所进展，但仍然存在限制。巨型捆绑包仅占区块的一部分，中继必须猜测其余区块的内容以构建最佳区块。此外，由于技术层面上块的创建方式，存在与时间相关的挑战。最后，巨型捆绑包不提供隐私。

另一个可能的解决方案是将矿工的双重工作分开为两个机构：一个构建区块的机构和一个向网络提出区块的机构。区块构建者将按照事务顺序构建将提交给区块提议者的区块。构建者可以是单一搜索者，或者是像Flashbots Relay那样汇总许多搜索者捆绑包的中继。提议者将从构建者提交的区块中选择最有利可图的区块，并对此区块进行验证。

为了确保一个区块能够被纳入，构建者可以对其创建的区块收取费用，从而激励提议者利用这个区块市场。该系统设计的术语是“提议者-构建者分离”（Proposer Builder Separation，简称PBS）。在今天的以太坊中，矿工是提议者，而工作量证明是他们的验证机制；在未来，验证者将是提议者，他们通过对区块进行签名来对此区块进行验证。

此外，PBS确保区块提议者能够访问最有利可图的区块。区块构建者有动机将他们的区块提交给提议者，因为他们可以通过PBS市场在被纳入的区块中赚取费用。即使构建者访问的算力不是PBS市场的组成部分，构建者的经济理性策略也是将其区块提交到PBS市场以及他们的专有算力。

一些提议者可能拥有自己的区块构建解决方案。然而，当他们的区块比PBS市场中的区块更有利可图的时候，提议者从PBS市场中选择块来获取最大的利润。此外，既是构建者又是提议者的提议者应该将他们的区块提交到PBS市场，以便从为他人构建区块中获利。

PBS和隐私

然而，PBS不能确保所有提议者都能访问最有利可图的区块，除非构建者的区块在链上包含之前对提议者是私密的。原因在于，如果没有隐私，构建者有风险其区块被提议者抢先执行。这反过来又会使小型提议者系统性地被排除在最佳MEV机会之外，因为大型MEV机会对他们的价值更高，而他们更难建立声誉。

一个由Vitalik在他的第一次提议者/区块构建者ETHResearch帖子中提出的解决方案是，仅让构建者发布块头，而不是发布完整区块的内容。作为这个区块头的一部分，构建者将包括对提议者的支付。因此，提议者可以轻松选择对他们而言最有利可图的区块，而无需看到区块的内容。构建者需要在他们的区块被选择后发布区块的内容。

Flashbots的另一个解决方案MEV-SGX是使用受信任的硬件保持区块内容的私密。构建者创建区块，对其进行加密，并将其与解密的区块头一起发送给矿工（在这里矿工也是构建者）。矿工可以使用区块头执行工作量证明，如果他们找到一个有效的工作量证明解决方案，则可以将其输入到SGX中与加密区块一起生成解密且经过证明的区块。为了使该系统在权益证明中正常工作，还需要更多的工作。

当前关于构建者/提议者分离的提案

Flashbots正追求关于区块构建者和提议者分离的加密和加密经济学提案。以下是主要提案：

• MEV-SGX：使用受信任的硬件将块提议者与以PoW形式存在的构建者分开。原则上，此设计也应在某些更改后适用于PoS。
• 两槽提议者/构建者分离：一种不需要许可的块提议者/构建者分离，依赖于加密经济学，并需要对以太坊协议进行更改。
• MEV-Boost，一种与即将到来的合并兼容的有权限的块提议者/构建者分离。

这些提案对于以太坊网络的健康至关重要。过去构建有利可图区块的简单任务自去年MEV广泛应用以来发生了重大变化。

短期内，Flashbots Alpha为矿工提供了一个早期但有限的MEV市场。长期而言，区块构建者和提议者的分离是确保MEV民主化，以及防止MEV经济集中的必要措施。这篇文章大部分围绕矿工展开，但相同的概念同样适用于权益证明和验证者。

感谢niftynei、Georgios、Hasu、thegostep、Alex和Alejo审阅本文并提供意见。

• 原文链接： writings.flashbots.net/o...
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