Hacker Dōjo Workshop：
研究种类：课题研究
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过去几年，MEV 饱受争议，但无碍于其飞速扩张。从以太坊 PBS（提议者构建者分离）提出，到 Flashbots 提出的 SUAVE ，通过不断引入竞争的多样性，确保竞争条件均衡以限制 MEV 。本课题旨在探究 PBS 和 SUAVE 技术细节，从机制设计角度去理解各个环节的博弈，探索「不可能三角」的平衡并延伸出「第四角」的可能性。
一、PBS 历程回顾
1、PoS 出块流程
- 运行节点：验证节点需要运行以太坊的执行客户端、共识客户端和验证者客户端。
- 成为验证节点：验证节点需要质押32个ETH成为验证节点。
- 选举出块节点：在每个时隙中随机选择一位验证者作为区块提议者，该验证者负责创建新区块并发送给网络上的其他节点。
- 打包交易：被选中的验证节点需要打包交易并广播到网络中。
- 广播交易：验证节点需要将打包好的交易广播到网络中。
- 验证节点确认：其他验证节点会对这个区块进行验证和确认，如果验证通过，这个区块就会被添加到区块链上，这个过程也被称为“出块”。
2、PBS 定义
Proposer Builder Separation 指的是将原本 Proposer 所负责的交易排序的工作，分拆给另一个角色 Builder 来负责，让 Proposer 专心验证区块并投票以确保 PoS 网路的安全。而 mev-boost 其实就是一种 PBS：Builder 透过 Relay 去竞标收入自己区块内容的权利，Proposer 透过 Relay 选择对他最有利的区块内容。复杂的交易排序由 Builder 来计算，Proposer 只需单纯地选择竞标价格最高的区块内容，如此即便是普通人自己跑的 Proposer 都能享受到 MEV 收益，而不必担心自己需要参与激烈的 MEV 套利竞争。
而这裡指的 PBS 是 由 Ethereum 协议本身去实行 PBS 的规则 ，而不再像是 mev-boost 一样是单纯 Proposer、Relay 及 Builder 之间没有强制力的私下协议。
原本在 mev-boost 中是由被信任的 Relay 来担任 Proposer 及 Builder 之间的中间人。Relay 负责保管区块内容，确保 Proposer 会拿到区块内容但不能轻易偷走 Builder 的区块内容。但如果 Relay 是恶意的，则 Proposer 和 Builder 都会受害，且他们只能转向和其他 Relay 合作并期望其他 Relay 不是恶意的。PBS 则是以 Ethereum 协议来取代这个需要被信任的 Relay 角色，如果 Proposer 或 Builder 任一方作恶，都能由 Ethereum 协议本身来施加惩罚（使其付出代价），而不是必须要仰赖对某个角色的信任。但要移除这个信任的代价不小，首先我们必须要确保：
- Builder 的区块内容需要被保护，不能直接揭露
- Proposer 如果偷走 Builder 的区块内容，他必须要付出代价
- Builder 如果没有公佈区块内容，他必须要付出代价
综合第 1, 2 点，Proposer 必须要先对 Builder 的区块内容进行承诺（commit），然后 Builder 才揭露实际的区块内容。如果 Proposer 违反承诺，改为 propose 其他区块内容，则他会被惩罚：他的押金被部分没收（即被 Slash）而且他 propose 的区块内容无效，也就是收不到该区块内容的手续费及 MEV。这也是目前 mev-boost 有的惩罚机制。
第 3 点，如果 Builder 没有公佈区块内容，Builder 还是要将竞标费用支付给 Proposer。这会由 Ethereum 协议来强制执行，也是 mev-boost 做不到的。
3、MEV 去中心化之路
3.1 Flashbots Auction——矿工去中心化
在PoW时代，MEV的主要参与者包括搜索者和矿工，其中矿工拥有出矿权，并且在交易排序、插队和篡改方面具有特权，从而占据利润的大头。同时，搜索者愿意支付高昂的Gas费用，以确保自己的交易被包含在区块中，某些情况下，搜索者可能会拿出MEV的90%甚至更多作为奖励支付给矿工。
显而易见，这种特权地位对交易的隐私以及安全造成了威胁，带来了包括网络拥堵、Gas竞争等负外部性。
Flashbots Auction 提供了以太坊用户和矿工之间的私密通信渠道，通过透明和公平的方式来协商交易的执行顺序和价格。
- 提交拍卖：搜索者将交易打包成Bundles提交到Flashbots拍卖系统中，同时指定一个最低价格展示交易的潜在价值；
- 矿工竞价：矿工在拍卖系统中对感兴趣的 Bundle 进行竞价，指定自己愿意接受的最低价格；
- 构建区块：矿工从拍卖系统中选择一个或多个竞价最高的Bundle，将其包含在区块中；
- 结算和执行：区块中包含的交易和 Bundle将按照拍卖中达成的顺序和价格进行执行。
通过Flashbots Auction，搜索者不再需要通过Gas War的方式来确保自己的交易被优先打包，也无需支付失败交易的费用，这样使MEV分配更加公平合理，大大提高以太坊网络的安全性和执行效率。
3.2 MEV-Boost——验证者去中心化
PoS时代，PoW矿工被验证者替代（在信标链质押32个ETH并运行以太坊客户端即可成为验证者），在每一个Epoch里会随机选择一个验证者作为proposer打包交易并提交至以太坊主网。
Flashbots Auction推出MEV-Boost，引入一个新角色——Builder，负责构建区块。通过PBS（Proposer-Builder Separation）将提议者和构建者分离，促进验证者竞争、去中心化和抗审查。同时验证者接入MEV-Boost，降低寻找利润最大交易的门槛，可大幅增加质押收益。
搜索者通过mempool等渠道寻找有套利机会的交易，将其与自己的交易打包成bundle，发送给区块构建者；
构建者试图挑选最有利可图的bundles打包成区块，发送给Relay；
Relay实际上是为验证者托管构建者打包的区块，relay转发区块头至MEV-Boost，验证者签署区块头来锁定打包区块的承诺后，relay将完整区块转发给验证者；
验证者签署承诺成为区块提议者，负责提议区块到网络中，并将区块添加到链上。
二、mev-boost 架构
MEV-Boost是一个协议基础设施，是Flashbots机制的迭代，旨在抵消最大可提取价值（MEV）对以太坊的负面影响。它使所有出块者都能够民主地访问MEV，而无需与构建者或搜索者建立信任关系，这有助于以太坊的长期去中心化。MEV-Boost的设计是为了使得个人质押者也能参与MEV的提取，从而避免MEV集中化，同时为解决一些提议者-建造者分离问题提供一个很好的选择。
1、PBS 角色
1.1 构建者：
区块构建者需要开放一个 rpc 端点，使得搜索者能够将捆绑包发送到指定的构建者之中。构建者本身分为矿工（geth）和构建（prysm）两个模块，矿工模块通过算法程序来选取符合其程式要求的捆绑包以及从内存池中选取交易并将其塞入创建好的区块之中。构建者模块在不断的与中继器和矿工模块沟通的同时开始生成块的数据，其中包括了块的哈希值、收款地址、和额外信息（通常构建者会在里面写上自己的名字）。并且设立一笔交易，将整个区块的收益以转账的方式发送给验证节点的收款地址。
1.2 提议者：
在以太坊合并之后，新的共识层被添加进了网络。提议者的架构由四个客户端组成：执行层节点、共识层节点、验证人（32eth）、mev-boost。这也是目前大部分以太坊节点质押商的底层架构。原先的节点质押商由前三个软件组成，可以把 mev-boost 理解成一个插件，用来协调两个节点的沟通并且从中继层获取额外的区块信息。
1.3 中继器（relay）：
区块构建者需要一个信任的第三方来将其发送的区块送到验证者手上而不被泄露，同样的验证者也需要一个信任的中继层来帮其确保区块的合法性。当然不同的中继器其特点和特点都有所不同，一个验证者借由 mev-boost 来接入多个中继器从而获得最多的区块选择权。
从上述架构上，我们可以发现中继器也需要运行共识层节点和执行层节点用来接受和送出区块信息。中继器的外部有两个api分别对接区块构建者和mev-boost。这样的架构能够在保证区块信息不被泄露的情况下，最大化的降低提议者和构建者的沟通和信任成本。
2、交易链条
当一个用户发起一笔交易时，首先会进入公共内存池，如果这是一笔普通的交易，那就会在等待一段时间之后被区块构建者放入其创造的区块中、如果这是一笔被搜索者盯上的交易，就会以捆绑包的形式进入区块中。再经过中继层、最终被区块提议者签署证明并将其广播到网络。用户也可以使用区块构建者的私人节点，从而避开公共内存池。
**收益链条：**搜索者在内存池中寻找能够捕获利益的交易，将这一笔交易打捞起来并与自身创建的交易组合并且放入捆绑包中。搜索者获得的利润会直接进入其钱包内，而为了让这笔交易能够被区块构建者打包入区块，搜索者需要支付一笔的手续费给区块构建者（通过gas 或者coinbase transfer）。
- 区块构建者的收益 = 交易费用（gas）+ 搜索者支付手续费-销毁的gas费用
- 区块构建者的利润 = 交易费用（gas）+ 搜索者支付手续费-销毁的gas费用 - 区块构建者给验证人的费用（成本）
- Mev-boost收益 = 区块里的最后一笔转账 = 区块构建者给验证人的费用（成本）
三、Flashbots SUAVE
在成功地将 MEV 的集中效应与区块构建者的角色隔离开来之后，Flashbots 将自己转向一个新的挑战：去中心化区块构建本身。排他性订单流（Exclusive Oderflow）和跨域 MEV （cross-domain MEV）对所有加密货币都构成了新的中心化威胁。
1、排他性订单流
我们知道，构建者的订单来源主要有三种：Mempool、私密交易渠道和搜索者提交的Bundle；构建者的终极目标是构建一个最值钱的区块。在区块构建中，订单流是最基本的生产资料，得到的订单流越多，能够表现MEV的机会也越多。如果构建者无法掌握足够多的订单流，即便有再好的策略，也是巧妇难为无米之炊，几乎不可能在区块构建的激烈竞争中胜出。
在这方面，OF优势方的网络效应非常明显。一方面，他们有更多的机会表现MEV，意味着更有可能构建一个最值钱的区块；另一方面，如果 OF 劣势方迟迟不能赢得区块，那么把订单提交给他们的Orderflow Owner的交易也迟迟无法得到确认。一段时间后，这些Owner将转向可以更快确认交易的构建者。两方的差距将迅速扩大并且劣势方最终将不得不退出竞争。
为了尽可能获取更多的订单流，构建者可以灵活采用多种方式：类比传统券商中出现的PFOF（Pay for Orderflow），构建者可以向钱包、RPC服务提供商和dApp支付回扣以获得他们的订单流——钱包做这件事情是很容易的，只需要修改默认的RPC端口，并且大多数用户不会留意自己的交易被发送到公共Mempool还是私有中继。
构建者还可以为用户提供额外的服务，例如提供三明治保护、交易预先确认、补贴用户的Gas费等，吸引用户把交易提交给他们。
上图展示了EOF可能带来的恶性循环——独占的订单流使得构建者在如何表现MEV上有更多的自由度和腾挪的空间，从而构建出具有更高价值的区块；随着时间推移，这些构建者会占据更多区块构建的市场份额，验证EOF的合理性，这又成为构建者进一步优化和推动EOF的激励因素。
根据Rated统计，在14天内由builder0x69构建的区块中有529,633个地址不在其他构建者的区块中；即来源于其中32.7%的地址的订单流是其独占的。可见EOF在顶级的构建者中已经占据了较大比例。
2、跨域 MEV
跨域MEV是导致构建者中心化的另一个问题。
跨域MEV的背景与Vitalik提出的以太坊Rollup-centric Roadmap直接相关。未来数年内，以太坊L1的大部分活动将由各个Rollup进行承载，而以太坊主链本身仅作为DA和安全基础层。在此愿景下，大量的金融活动将频繁发生在Rollup以及跨Rollup之间，由此产生更加复杂的套利机会与组合。
容易想到，多个域的构建者相比单个域的构建者而言，拥有更多的捕获跨域MEV的机会，从而逐渐主导各个域的区块生产。
3、SUAVE
SUAVE（Single Unifying Auction for Value Expression）进一步地将 Mempool 和 Sequencing 从多个执行层中抽象出来，作为统一的协调层。SUAVE想要做的事情是解决构建者的中心化问题，更具体而言，需要同时解决上述的 EOF 和跨域 MEV 两个问题。
SUAVE 的交易类型和费用结构等设计可以为「表达」MEV 而进行定制和适配，无需与先前的区块链设计完全相同。在多链和多方协作的场景下，区块链更多以协调层的形式存在。
- Single：目标是提供一个统一的拍卖平台，让各种不同类型的价值表达能够在同一个平台上进行拍卖。
- Unifying：将不同类型的价值表达整合到一个统一的框架中。
- Auction：拍卖机制确保了公平、高效的竞价过程，并根据参与者的竞价情况分配价值。
- Value Expression：参与者可以使用 Suave 来表达他们对某种价值的兴趣和需求，例如在拍卖中竞价购买某种数字资产或参与某种市场交易。Suave 为参与者提供了一个表达价值的平台，并通过拍卖机制将这些价值表达转化为实际的交易和分配过程。
3.1 Preference Environment（偏好环境）
偏好环境对应于跨域 MEV。
偏好的定义相对宽泛：例如对用户而言，限定某笔Swap的参数是一种偏好；对MEV搜索者而言，指定一笔交易的位置，或者其构建的Bundle也是一种偏好。偏好的范围可以从单个域的简单交易到跨域的复杂事件序列。用户会为他们的偏好进行付费，若偏好得到满足，费用将得到解锁。
从技术上讲，用户的偏好最终以交易的形式反映在Mempool中，而偏好环境是一个公共的多链Mempool，将尽可能多的偏好汇总在了同一层。
为什么偏好环境可以解决跨域MEV问题？
上述提到，多链构建者会比单链构建者在跨域MEV上更加有优势，这是因为多链构建者能够看到并捕获的MEV机会更多。而SUAVE本身就是多链的通用排序层，偏好环境相当于把多链的用户偏好放置在同一层，因此无论对多链或单链构建者而言，用户的偏好都是公开透明的。这样使得信息差导致的优势不复存在。
3.2 Execution Market（执行市场）
执行市场对应于EOF。
既然用户偏好已经在SUAVE Mempool得到了体现，SUAVE又进一步在执行市场中引入了执行者（Executor）的角色，他们之间相互竞争，为用户的偏好提供最佳执行。根据用户提出的不同偏好，构建者、RPC服务提供商、钱包——任何人都可以是执行者。
首先，用户的交易产生了MEV；其次，执行者们为满足用户的偏好而相互竞争，在同样提供最佳执行的情况下，竞争将反映在价格上，最终使得尽可能多的MEV返还给用户。这个过程可以理解为招标与择优录取。这也就是为什么在上图中，执行市场实现了「Minimizes MEV for users」。
偏好环境使得所有用户的偏好都变得公开透明。而执行市场把这些偏好放在一个公开市场里面，让所有执行者通过竞标的方式去实现用户的偏好，而非由单独的构建者来满足，从而解决了EOF的问题。
3.3 Decentralized Building（去中心化区块构建）
最后，在整合偏好环境和执行市场的输出之后，由构建者网络共同协作来构建完整的区块，而非由单个构建者构建区块。这一步需要在不泄露Orderflow和Bundle内容的前提下，在构建者之间共享这些信息，在SUAVE路线图的后期将引入SGX等安全解决方案来实现这个需求。
4、工作流程
Suave 的核心原理是通过拆分和重新排列以太坊区块中的交易，以最大化交易的效率和可组合性。具体而言，Suave 利用一种被称为“交易池”的数据结构来管理和组织待处理的交易。交易池是 Suave 的关键组成部分，它负责收集和存储待处理的交易。
Suave 利用预处理技术，对交易进行分析和识别其中可能存在的重要特征和依赖关系。然后，根据这些特征和依赖关系，Suave 优化交易的执行顺序，以减少冲突和重复计算，从而提高整体交易处理效率。
Suave 的工作流程包括以下几个关键步骤：
- 交易预处理：Suave 首先对待处理的交易进行预处理，以识别其中可能存在的重要特征和依赖关系。通过分析交易的智能合约代码和交易之间的关联，Suave 能够更好地理解交易之间的依赖关系，并为后续的交易排序提供依据。
- 交易排序：基于预处理结果，Suave 通过优化交易的执行顺序来最大化交易的效率和可组合性。这一步骤是 Suave 的核心部分，通过合理安排交易的执行顺序，可以减少重复计算和冲突，从而提高整体交易处理的效率。
- 结果验证：Suave 在对交易进行排序后，通过验证确保交易的正确性和有效性。通过执行交易并验证其结果，Suave 确保每个交易都按照预期执行，并且不会产生异常或错误的结果。
- 交易执行：最后，Suave 按照排序后的顺序执行交易，并将执行结果返回给相应的参与者。通过合理的交易排序和结果验证，Suave 确保交易能够高效、准确地执行，并且参与者能够获得正确的执行结果。
5、优势
共享SUAVE作为相同的排序层可以带来以下好处(按堆栈顺序)
- 对于区块链:最大程度的去中心化排序，最大程度的中性网络弹性。
- 对于验证者:在他们的区块空间上获得最大的收入。
- 对于构建者/搜索者：开放访问用户和搜索者交易，表达复杂的偏好，跨链协调。
- 对于用户:私下交易，以最好的执行和最低的费用。
SUAVE的核心是偏好的概念。偏好是用户为表达特定目标而签署的消息，如果满足用户的条件，则解锁付款。这些偏好可以从单个域中的简单传输或交换到跨多个区块链的任意复杂事件序列。您可以将首选项视为SUAVE上的本机事务类型。它们既可以包含要在特定域(如以太坊)上执行的有效载荷，也可以对用户想要实现的目标进行更抽象的陈述，并将最佳路由留给用户。
总结
我们能够看到，基础设施逐渐由集中化的通用层向精细化的专业层演变。功能模块化和专业化程度的提升，使得「整体大于部分之和」成为可能，例如我们在通用结算层上能够实现更佳的可组合性；在通用排序层上能够表现和捕获更多的 MEV。
从PBS到SUAVE，我们可以看到的趋势是，不断引入竞争的多样性，并确保竞争条件均衡。社区始终朝着去中心化的目标不断迈进，我们尊重社区为照亮黑暗森林所付出的一如既往的努力。
我们描绘的MEV新十年：竞争，而非垄断；共享，而非独享；共治，而非独裁。
参考
PBS 和 mev：https://mp.weixin.qq.com/s/zgQii6y88gtlG8fsXdqYZw
从PBS到SUAVE：以太坊MEV增长的新十年：从PBS到SUAVE，黑暗森林将被照亮 - PANews
Flashbots：The Future of MEV is SUAVE | Flashbots
MEV去中心化之路：https://mp.weixin.qq.com/s/lhpVswjPyR-JDA9E3lPa5g
让MEV变成以太坊的一层：读懂Suave：让MEV变成以太坊的一层_资讯-odaily