矿工积极参与 MEV 游戏，Gas 费上涨，是福是祸？

都说 DeFi 要革传统金融的命，是不是智能合约和矿工取代中介角色，传统金融的弊端就能被消除呢？如果说金融系统的进化就像打补丁之路，今天我们发现有一个补丁来到区块链之上仍未能被打上。在传统金融市场上，经纪人作为客户和市场之间的中介，对未来可能会影响到市场的买卖单交易有着内幕信息优势。经纪人有可能会在执行客户的交易行为之前，优先执行自己的交易从而获利，这种行为在受监管的金融市场中是非法的。

然而这种非法操作却在链上“合法”地上演着。据 CoinDesk 报道，研究显示在过去一个月，利用以太坊网络“缺陷”进行合理套利的机器人至少已获利 1.07 十亿美元，这些获利被称为矿工可提取价值（Miner Extracted Value，简称 MEV），这种“合法”操作，这就是我们经常听到的抢跑交易（frontrunning），如今越来越多矿工积极参与获取 MEV 的游戏。矿工的权力也许比我们想象的要大多了，他们是如何进行抢跑以获得 MEV 的，这些操作将会对以太坊生态造成什么影响？

致力于减轻 MEV 给智能合约区块链带来的负面外部性和风险的研究和开发组织 Flashbots 首次对 MEV 进行深入研究，他们从 2020 年的第一个区块开始扒底研究 Ethereum 区块链，对超过 130 万笔 MEV 交易进行了分类，发现自 2020 年 1 月 1 日以来，至少有价值 3.14 亿美元的 MEV 被提取，失败的 MEV 交易浪费了 450 万美元的 Gas 费，相当于浪费了 4500 个以太坊区块空间！以下是 Flashbots 通过公共仪表板和实时 MEV 交易浏览器 MEV-Explore 发布的研究结果。

引介

MEV 是一个度量指标，它指的是无需许可地对区块链上一个区块内的交易对进行重新排序、插队或删减，从而可以提取的总价值。到目前为止，以太坊上的 MEV 主要是由 DeFi 交易者和机器人执行那些交易顺序很重要的策略时提取的，有一小部分则是这些交易者或者机器人提取 MEV 时所产生的 gas 费。MEV-Explore V0 并不会给出特定区块中可以提取的理论价值，例如矿工从他们正在生产的区块中对交易进行重新排序可以获得多少 MEV，而是专注于目前在 Ethereum 上发生的 MEV 活动的经验证据。

在 Ethereum 上已经提取了多少 MEV？DeFi 交易员和机器人获取了多少 MEV？MEV 交易花费的 gas 里有多少给到挖掘出 MVE 交易方案的矿工？最常见的 MEV 提取策略有哪些类型？哪些 DeFi 协议包含的 MEV 最多？成功和失败的 MEV 交易会占用多少网络资源？

带着这些问题，我们对 Ethereum 进行了搜刮，覆盖到 8 种以上的主要 DeFi 协议，并收集了 2020 年 1 月 1 日以来链上的 130 多万笔 MEV 交易。通过我们推出的 MEV-Explore v0 （explor.flashbots.net）公开仪表盘，大家可以实时跟踪 Ethereum 上最新的 MEV 交易等情况。

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自 2020 年 1 月 1 日以来

MEV 提取量至少达 3.14 亿美元

从 2020 年第一个区块（9193266）开始，我们发现以太坊上被提取的 MEV 至少达到了 3.14 亿美元（约 54 万 ETH）的规模，其中包括成功的、被恢复的和被检查的 MEV 交易，以及和这些交易相关的 Gas 费。

（图 1：2020 年 1 月至今累计的 MEV）

提取的 MEV 大幅增长：2021 年 1 月，MEV 提取额为 5700 万美元（4.76 万 ETH），与 2020 年 1 月记录的 18 万美元（1.1 万 ETH）相比，以美元计价绝对值增长了 300 多倍，以 ETH 数量计算增长了 43 倍。鉴于在数据收集过程中并没有覆盖全部的协议和交易类型，我们相信实际提取的 MEV 会高于上述的衡量标准。预计该指标将继续增长，因为 DeFi 将会继续增长、Ethereum 的复杂性会日益增加，复杂性增加将衍生出从交易排序中获取价值的新方法，更复杂的 MEV 提取方法的出现也将把 MEV 数值推高。

在 MEV-Explore v0 中，我们通过 MEV-Inspect 对 MEV 活动进行量化和分类。目前，我们基于这些指标进行了数据收集，以此观测了下表所列的 8 个协议（见图 2）。有许多新兴的 DeFi 协议，其 MEV 暴露比较显著（例如 ESD/DSD），同时也有在 DeFi 大爆发之前就存在 MEV 暴露的 DeFi 协议（例如 Bancor、Kyber、Etherdelta、Airswap），我们正计划在下一个版本中增加对这些协议的观察。此外，尚有大量的 MEV 活动未被涵盖到，比如多重交易机会（例如三明治交易）和 CEX-DEX 价格套利。

（图 2：覆盖的协议）

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提取的 MEV 都包含什么？

如上所述，如今 MEV 主要是由交易者抓住那些依赖于交易顺序的交易机会而获得的。这包括 Uniswap 上代币之间的价格套利、dYdX 上预言机更新后的贷款清算、ESD （算法稳定币）的兑换券赎回等机会。

我们将 MEV 交易分为两大类：成功的和失败的。失败的交易包含两个子类型：被恢复的（Reverted）和被检查的（Checked）。

成功的 MEV 交易是指那些追踪 MEV 机会并成功将其捕获的交易。

被恢复的 MEV 交易是一种失败的 MEV 交易，交易者追踪一个 MEV 机会，但出于种种原因没能抓住它，比如有人比他们先抢到了机会、他们没 gas 了或者市场条件发生了不利的变化。

被检查的 MEV 交易是另一种的失败的 MEV 交易，失败的原因比较微妙，发送者为了节省 gas 费，首先会检查机会是否还存在，然后才启动他们的 MEV 交易。虽然发送者最终还是要为他们的检查支付 gas 费，但其成本比直接启动交易要低得多。

让我们来看几个例子 :

例 1：通过优先拍卖 gas 费的成功 MEV 交易

在 3 个流动性池：Balancer 的 ETH/USDC、Sushiswap 的 USDC/SIL 和 Sushiswap 的 SIL/ETH 之间进行 3 跳套利，支付了 12 个 ETH （当时为 1.41 万美元）的交易费用，价值 16.7 个 ETH （当时为 1.96 万美元）的提取 MEV。

https://etherscan.io/tx/0x2bde6e654eb93c990ae5b50a75ce66ef89ea77fb05836d7f347a8409f141599f

高额的交易费表明了这样一个事实，发送者为了与其他交易者竞争套利机会，在其现有的交易被打包之前，反复竞价提高其套利交易的 gas 价格。一个 gas 拍卖的失败者在这里损失了 1.18ETH 的 " 检查 "MEV （见例 3）。上面这个获胜的交易最终支付了 5.16 万 gwei 的 gas 价格，比当时的平均 gas 价格（94gwei）高 547 倍，但只比失败者高 2 倍（2.76 万 gwei）。

tx#1 的提取 MEV 明细：发送方为 4.7ETH （当时为 5.5 千美元），该区块的矿工 F2Pool 为 12ETH （当时为 14.1 千美元）。

tx #2 的提取 MEV 明细：该区块的矿工 F2Pool 为 1.18 ETH （当时为 1.4 千美元）。

例 2：失败的（被恢复的） MEV 交易

一笔试图从 Cream Finance 的清算中获取 MEV 的交易，因为没 gas 了而失败，发送者损失了 5.75ETH （当时约 1 万美金）的交易费用

https://etherscan.io/tx/0x8cfb46876ce1d40250e9690482bdaaffc1f6b60e18c3405ff5e98b636840875f

有这样一笔交易，为了清算 Cream Finance 的仓位，使用 1.5M gas，花费近 6ETH 的费用，以申请 8.8 万 USDC 闪电贷。

它一开始是这么执行的，然后由于缺乏需要的 gas 费而中途失败。虽然从表面上看 0x8cfb4 看起来很无辜，但其内部交易显示超过 237 笔。这是一个非常复杂的交易，在 EVM 计算中有着复杂的逻辑，最终使用了 1.5M 的 gas，几乎是它所包含的区块的 13%! 不管用了多少 gas，这笔交易还是因为用完 gas 而失败了，最终让发送者损失了约 5.75ETH （当时约 1 万美元）的交易费用。

在这次 " 被恢复的 " 交易后，机会仍然存在，被 gas 费第二高（或第一个失败者）拍卖者抓住了，总的 MEV 提取值为 4.125 ETH，其中支付的 gas 费为 3.75 ETH。

tx#1 的 MEV 提取明细：发送者的收入为 0 美元，该区块的矿工 Sparkpool 的收入约为 5.75 ETH （当时约 9.3K 美元）

tx#2 的 MEV 提取明细：发送者#2 的收入为 0.375 ETH （当时为 600 美元），该区块的矿工 Sparkpool 的收入为 3.75 ETH （当时为约 6 千美元）

例 3：一个失败的 (被检查的)MEV 交易

有一笔交易，检查了 Uniswap WETH/PRT、Uniswap SFI/PRT 和 Sushiswap SFI/WETH 的流动性池想要寻找 3 跳套利机会，发现机会不存在于是返回，只消耗了 43K gas，让发送方损失了约 0.01ETH （当时 19 美元）的交易费用。

https://etherscan.io/tx/0xf629036e2740a98e1ca5ce32fff85f27337d224e94cbeee6c3d7aabb7507b050

有些交易者比我们例 2 中的第一个发送者更节约成本，在发送一个逻辑复杂、消耗大量 gas 的交易之前，会执行一个 " 检查 "，以验证机会是否还在。我们认为这些也是失败的 MEV 交易，因为 MEV 交易最终没有被发送，因为检查返回的结果是机会已经消失了。

提取的 MEV 明细：发送者的收入为 0 美元，出这个块的矿工收入为 0.01ETH （当时为 19 美元）

MEV 交易有很多迷人之处，比如其复杂性、或多或少优雅地失败的方式，以及由于它们讲述的关于化名用户的故事（就像来自看似错位的 0x 开放订单簿的这笔套利，它为发送者净赚了 190 万美元的收入，收取了 73 美元的交易费用）。

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提取 MEV 的网络费用

DeFi 交易机器人通过参与像例子 1 中的抢跑 / 优先 gas 拍卖和参与追跑（backrunning）来争夺 MEV 机会（即在同一区块中，通过向网络发送许多 gas 价格略低于或等于目标的交易以图有一个被打包上，从而尽可能地跟在特定交易（如预言机更新）的后面）。

这两种做法对 Ethereum 都是不利的，因为它使链上的交易量激增，对 gas 费施加上行压力，就像上面例子 2 中高企的 gas 价格。这样高企的价格会对 Ethereum 的无需许可性造成冲击，因为对小用户来说成本太高，迫使他们离开这个网络。

此外，一笔交易会赢得一个 MEV 机会，我们发现 Ethereum 区块链上到处都是被恢复的和被检查的交易，我们将其归类为失败 MEV 交易。我们认为这些失败的 MEV 交易都不需要记录在链上，占用宝贵的区块空间。

自 2020 年 1 月 1 日以来，提取 MEV 的操作至少占 Ethereum 网络整体 gas 消耗的 3%（见图 4）。放大还原和校验的 MEV 交易，我们发现它们的 gas 消耗至少可以填满 4500 个 Ethereum 区块，浪费了大量宝贵的区块空间 !

（图 3：自 2020 年 1 月 1 日以来，按成功的（绿色）和失败的（红色） MEV 交易划分，提取的 MEV 的 gas 量相对于整体网络 gas 量）

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MEV 的演进：矿工最大可提取价值

今天以太坊在转向 POS 之前，矿工在交易打包和排序方面拥有最大的权力，因为他们是区块生产者。MEV 一词最初是由 Phil Daian 等人在 2019 年的研究报告《闪电男孩 2.0：抢跑、交易重新排序与 DEX 的共识不稳定》中提出的，意为矿工可提取价值。然而，MEV 存在于所有智能合约区块链上，其中会有一方负责交易排序，执行这个操作的不一定是矿工，比如还有 ETH2.0 中的验证者和 Optimistic Rollups 上的 rollup 提供者。因此，我们建议将 MEV 改名为最大可提取价值（maximal extractable value），扩大范围以涵盖其他区块链架构，同时仍保留 MEV 这个命名。

从 MEV 的名称中去掉矿工这个词也解决了另一个常见的困惑：认为只有矿工是获取这个价值的唯一角色。现实情况是，到目前为止，以太坊上的 MEV 主要是由非挖矿的 DeFi 交易者和机器人提取的。

（图 4：自 2020 年 1 月 1 日起，MEV Tx 发送者和 MEV Tx 开采者之间的提取 MEV 分成 (gas 费)）

然而最近几个月，我们开始看到更多的矿工积极参与 MEV 游戏，他们可以通过自己运行机器人直接提取、与 DeFi 交易者达成利润分成协议，或者采用提取 MEV 的市场基础设施，比如 Flashbots 的 MEV-Geth。

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避免 MEV 危机

MEV 危机可能在以下几个方面发生：

矿工激励失调导致共识不稳定，单方面的矿工交易导致不公平的信息不对称，以及网络费用过高导致 Ethereum 无法使用。这个危机很难解决，因为任何阻止矿工或交易者获取 MEV 收入流的尝试都可能导致不透明的协议外市场的滋生，然而 Ethereum 越来越高的复杂性（比如新智能合约部署，新用户加入，新的可组合性）表明 MEV 的规模只会继续增长。

我们认为提取 MEV 是不可避免的。为了避免 MEV 危机，提取必须以无需信任、公平、高效的方式进行。为避免这一危机，我们采取的第一步是创建一个高效和公平提取的机制，并努力改善其信任保证。

展望

虽然围绕 MEV 有了很多的关注，但一直停留在理论阶段，但直到最近几个月才有点走向实践，可以看到 Zhou 等人发表的研究论文《量化区块链可提取价值：森林有多黑》，以及 1 月 21 日我们 MEV 研讨会进行的讨论。这可能是因为量化 MEV 很麻烦，它需要大量的基础设施、数据分析和与智能合约交互进行深入了解。更糟糕的是，随着越来越多的安全关键基础设施转移到链外（例如，清算器机器人的交易逻辑转移到链外），以及链上状态和规模的增长，理解 MEV 将变得越来越复杂。

我们相信未来 MEV 对以太坊是一个重要的话题，并且在 2021 年会有越来越多的关注。人们无法将 Ethereum 的社会层面与其技术面分开。最终，MEV 的争论，以及 Ethereum 的未来，也将关乎社区将达成共识的社会规范。我们希望 MEV-Explore 能够在围绕这些规范的讨论中提供帮助。