# MEV 概述

##### tag: `ETH` `PGA` `DeFi`

## 基础概念

Miner Extractable Value(MEV)，矿工可提取价值，最早是在 [flashboy2.0](https://arxiv.org/abs/1904.05234)中提出，用来描述矿工通过交易插入/审核/重排序等权力，而获得超出区块奖励和普通手续费的收益。

正常情况下，矿工(区块生产者)能够从区块奖励和手续费获得收益，但随着智能合约平台的发展，矿工可以通过更多的方式来获得收益。不同于比特币网络的手续费加速转账，在各种DeFi套利的激励下，机器人有巨大动力提供高额的手续费来获取优先打包权，矿工获取超额收益。甚至不排除矿工亲自参与套利活动。

参考[MEV and ME](https://research.paradigm.xyz/MEV)给出的一个例子，DeFi协议中出现1笔10000美元的套利机会，机器人监控到该套利机会，发送交易，此时：
1. 矿工可以复制替代该交易，对机器人截胡，获取10000美元；
2. 矿工不参与截胡，但其他机器人同样会发现该交易，对它进行竞价，这种竞价叫做Priority Gas Auction(PGA)；
这里的10000美元可以看作是MEV，要么全部由矿工捕获，要么由矿工和交易者共同捕获。

## DeFi生态下的MEV Crisis

DeFi的崛起为MEV提供了巨大的养分，并且形成了一个黑暗森林。

1. DeFi可组合性，协议堆栈日益复杂
2. 手续费逐渐超过区块奖励
3. 各类抢跑机器人出现
4. 矿池提供隐私交易服务(免费or收费)


### 专有策略机器人
针对某类应用设计的套利机器人，比如Dex套利，借贷协议清算等，以及参与各种DeFi项目的代币首发活动（所谓科学家）。

1. Dex套利
eg. mempool里面检测到一笔Uni上某交易对的大额买单，经过估算后有利可图，则抢先插入自己的买单，等对手买完并且改变价格曲线后，再反向操作获利；
eg. Uni和Sushi上面某代币存在明显的价格差异，在一个交易内，实现Uni上买并在Sushi上卖出，实现搬砖套利；
显然，机器人会对套利机会进行手续费竞价。

2. 借贷协议清算
Maker/AAVE/Compound等借贷协议，依赖于清算机制保证偿付能力。eg. 清算机器人监控合约内的抵押不足贷款，转入借出资产(如USDC)，以低于市场价格的固定折扣获取抵押品，并且在Dex上卖出获利。由于存在价格激励，清算机器人会对此发起手续费竞价。

3. 组合套利
随着DeFi协议的日渐丰富，闪电贷等工具降低了参与协议套利的成本，也催生了各种对DeFi协议的攻击。

4. ICO/IDO/LBP/ITO抢跑机器人

### 广义抢跑机器人
这是一种超级掠食者的存在，不针对具体的应用，尝试截胡一切有利可图的交易。通过分析mempool里面交易的内部调用细节，发现“猎物”后，复制交易并且开始手续费竞价。

### 矿池隐私交易服务

在比特币生态下，矿池提供加速服务就很常见。但随着DeFi生态发展，各种抢跑机器人的存在(威胁)，让一些矿池开始提供隐私交易服务，即交易通过专有的接口提交给矿池，矿池选择不广播，直接打包进区块。

## 评估对协议的影响

MEV的存在是协议共识的结果，但可能破坏协议的公平、中立、透明以及安全，需要重新评估共识层细节（矿工打包标准、P2P网络拓扑等等)对应用层安全和公平性的影响。

1. 对安全性的影响
1. 基于手续费的分叉攻击
在比特币生态，随着区块奖励下降，对矿工的激励将逐渐从区块奖励转向手续费，相比固定可预期的区块奖励，手续费奖励对协议的稳定性是相对不确定的。而以太坊生态的高额手续费将这一问题提前展现出来，而这部分手续费主要是由MEV。
2. 时间劫匪攻击(time-bandit attack)
简单来说，就是攻击者尝试回滚区块来从历史信息中获得收益。eg. 某Dex上资产价格出现跳升，攻击者评估潜在收益与算力租赁成本后，在公开GPU算力市场租赁到算力(参考https://www.crypto51.app/)，回滚区块，在价格跳升前低价收购资产，之后再卖出获利。
相对比特币，以太坊更容易受到这类攻击的影响。

2. 对生态造成负外部性影响

网络拥堵，不仅造成普通用户无法承担高额的手续费，更将大量的开发者和应用推向了手续费更便宜的其他公链。

可见，普通支付交易和智能合约交易对共识层安全模型的影响存在差异：

在比特币生态里面，尽管矿工也有权选择打包、审核、重排序交易，但绝大部分情况下，支付的顺序是无利可图的；而在像以太坊这样的智能合约平台上，存在着巨大的套利空间。所以不能把比特币挖矿经济型，简单的拓展到以太坊上来。

## 解决方案

### MEV拍卖

由于MEV的根源在于共识层赋予矿工的权力，解决方法之一是通过修改共识。MEV拍卖是指在共识层面，将获得MEV的权力进行拍卖，将某个时间窗口内的交易排序权力拍卖给某个排序者(sequencer)，拍卖的收益返还给社区（eg. 以DAO的形式来资助公共物品）。


目前Optimism在Rollup中即引入了sequencer的设计。

### MEV研究机构Flashbots

Flashbots是一个专门研究MEV的开源组织，通过一系列工具来降低MEV对生态的影响，主要工作包括：
1. 量化研究MEV的影响，提高MEV的透明度，减少信息不对称，目前提供[mev-explorer](https://explore.flashbots.net/)和[mev-inspect]()；
3. 民主化价值提取，提供开源、透明、无准入的MEV提取工具和基础设施，避免MEV提取权力中心化，一个PoC实现[mev-geth](https://github.com/flashbots/mev-geth)；

5. 均衡收益分配，研究如何将MEV收益更好的分配给生态参与者，而不仅仅是矿工和交易者；

## 开放问题

1. EIP1559对MEV有什么影响?
2. 是否可以从应用设计的层面降低MEV的可能？
3. 其他公链上的MEV研究
4. ...

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## 延伸阅读

1. [Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges](https://arxiv.org/abs/1904.05234)
2. [Ethereum is a Dark Forest](https://medium.com/@danrobinson/ethereum-is-a-dark-forest-ecc5f0505dff)
3. [Escaping the Dark Forest](https://samczsun.com/escaping-the-dark-forest/)
4. [Ethology: A Safari Tour in Ethereum’s Dark Forest](https://medium.com/zengo/ethology-a-safari-tour-in-ethereums-dark-forest-677566d7c575)
5. [MEV Auction: Auctioning transaction ordering rights as a solution to Miner Extractable Value](https://ethresear.ch/t/mev-auction-auctioning-transaction-ordering-rights-as-a-solution-to-miner-extractable-value/6788)
6. [Flashbots: Frontrunning the MEV Crisis](https://ethresear.ch/t/flashbots-frontrunning-the-mev-crisis/8251/9)
7. [MEV and ME](https://research.paradigm.xyz/MEV)