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CoinEx研究院|以太坊世界的黑暗森林法则

宇宙就是一座黑暗森林,每个文明都是带枪的猎人,像幽灵般潜行于林间,轻轻拨开挡路的树枝,竭力不让脚步发出一点儿声音,连呼吸都小心翼翼……他必须小心,因为林中到处都有与他一样潜行的猎人。如果他发现了别的生命……能做的只有一件事:开枪消灭之。在这片森林中,他人就是地狱,就是永恒的威胁,任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭。(三体II—黑暗森林,刘慈欣,pp.446—447)

在三体黑暗森林中大刘给我们描述了这样一个危机四伏的宇宙:在一个昏暗无光的森林中行走,发出一点声音都可能被发现,最终迎接你的是一颗冰冷的子弹。在区块链世界中,以太坊也是一个黑暗森林,首先提出这个概念的是Dan Robinson 与 Georgios Konstantopoulos 合著的“以太坊是一片黑暗森林”一文中,两位作者将以太坊中对抗性的环境比喻为“黑暗森林“。

在以太坊世界中,的确是一个弱肉强食的强对抗环境,但是它却不黑暗,相反的,以太坊是一个光明的世界,换句话来说,区块链的去中心化和交易全网广播的要求导致了透明度的必要性,全部的交易信息都是公开的。在以太坊的交易环境中,每一次的区块打包之前都需要进入一个虚拟池mempool,称之为内存池。内存池是一个内存缓冲区,用于保存等待执行的交易,内存池会把交易保留一段时间(在以太坊中,每次区块平均打包的时间大概是13秒)。而且,这个池子是完全公开透明的,是一个共享的内存池,因为这些内存池之间的交易与其他验证器共享。https://explorer.blocknative.com/ 就是一个mempool 的浏览器,在这个浏览器中可以显示内存池中等待被打包的交易情况。

随机选取其中一个Uniswap V2中待打包的交易,可以看到这条交易的基本信息:

Status显示等待pending; 有发出地址和接受地址信息;包括value以及 Gas的数量。

这就相当于在以太坊的黑暗森林之中点燃了一盏明灯,其他的猎人仿佛闻到了资本的血腥,将会毫不犹豫的扣下扳机。与宇宙黑暗森林不同的是,暴露者不会付出生命的代价只会被劫取一定数量的财富,而且这种抢劫是在无声无息之中发生的,受害者往往在不经意之间已经遭受了损失。其他猎人的武器就是交易机器人,他们将会敏锐的发现内存池中潜在的套利机会,运用既定的交易策略果断出击,从容得手,潇洒离去,正是事了拂衣去,深藏功与名。

接下来我将介绍一种常用的交易策略—抢跑交易front-running。

以太坊中有最优Gas 费竞拍的模式(Priority Gas Auction—简称PGAs),简单来说用户可以通过设置手续费Gas 进行拍卖,出价最高的Gas 费的交易将会被优先执行。这就给了抢跑机器人最大的发挥空间,机器人将会扫描内存池中的等待打包的交易,通过设定更高的手续费抢在客户之前执行交易。这么说非常的抽象,接下来我将以DEX之中常用的AMM交易模式进行实例讲解抢跑交易之中非常常用的三明治交易策略:顾名思义,三明治交易指的是通过调高Gas 费后抢先客户交易,并在客户交易后进行反向交易而获利的策略。

假设在一个AMM做市池中有一个交易对X/Y,在AMM的交易中,池中资产的乘积是一个常数,即X*Y=a, 我们假设初始流动性 X=100, Y=100 ,a=10000;

在不考虑手续费的情况下:

B想用10X买入Y,当时A发现了B的意图,于是使用了三明治策略进行攻击:

A抢先买入Y,现在池中X=100+10=110,Y=10000/110=90.9,A获得100-90.9=9.1Y;

B再买入Y,现在池中X=110+10=120,Y=10000/120=83.33,B获得90.9-83.33=7.57Y;

A在B执行完交易后再卖出手中的Y,现池中:

Y=83.33+9.1=92.43,X=10000/92.43=108.19,A获得了120-108.19=11.81的X;

A:最终支出10X,获得11.81X,套利1.81X。

B:本来可以用10X购买9.1Y,现在只有7.57Y,亏损1.53Y。

从以上的交易结果来看,机器人A获得了套利利润而交易者B遭受了损失,当然,由于Gas费的介入,A的最终利润不会像理想情况下那么高,需要减去为抢跑支付的Gas以及交易手续费。那么拥有一个机器人是否可以一本万利了呢?现实往往比理想情况更加残酷血腥,小机器人会被性能更好、算力更快的大机器人抢跑,在黑暗森林中,开枪的同时也会暴露自己的位置,终将会被其他猎人发现并射杀。

黑暗森林中是否存在一个绝对的强者呢?矿工就是这样一个角色,他们既是裁判还是玩家。在Phil Daian和V神的(Ethereum Reorgs After The Merge)一文中,首先提出了一个概念MEV(矿工可提取价值),他们在文中创造了这个术语用于描述以太坊DEX的抢先交易活动。矿工可以通过自己的打包特权,重组交易序列,插入或者提前交易使得自己最终获利,The Block 为这种行为做出了解释:简而言之,矿工有可能在新区块中看到利润丰厚的交易,然后回到链中对交易发生前的区块进行重组,创建一个新序列——用自己的交易替换原始交易,从而拿走其中的利润。这也被称为「时间强盗攻击」,因为它就像区块链的一场时间旅行。

相对于黑暗森林之中玩家的互相残杀,矿工MEV显然更为恶劣,它像是一个高维度的神级文明,可以简简单单对低维度的玩家进行降维打击,以极小的代价轻松毁灭另一个文明。对整个以太坊的生存都构成了威胁,严重破坏了人们对以太坊的安全性和抗审查性的信心,同时打击了大资产池进军加密货币领域的主观能动性。

以太坊的黑暗森林终将会迎来他的曙光,区块链是一个开放的、去中心化的时代,每个人,每个社区都可以为区块链的发展出谋划策,现在主流的MEV解决方案一共有3种:

  1. 隐私交易:其原理是绕开公开的mempool,将交易放入隐私的私有池中等待矿工打包。这样做的好处是交易信息不会广播到其他节点,目前提供隐私交易的有1inch的Stealth Transactions、TaiChi Network 和 BloXroute.

  2. MEV Auction:顾名思义,MEV Auction 通过将矿工的两大权利“交易抉择权”和“交易排序权”进行拆分。在MEV Auction 机制中,矿工只保留交易抉择权,交易排序权则交给另外一名角色Sequencer。Sequencer 通过质押竞标选出,当然这种机制也存在很大的问题,如果Sequencer和矿工恶意串通共同割韭菜的话一样会导致情况的恶化。

  3. FaaS 通过提取MEV然后进行利润再分配,这是目前比较受欢迎的解决方案。Flashbots便属于其中的一种,让获取 MEV 实现大众化,向生态系统中的开发者提供可以公开访问的 MEV 基础架构以及矿池支持。

最后,让我们展望一下未来,在以太坊进入2.0时代之后,MEV是否还存在呢?

ETH2本质上来说是合并在一起的两条链,那么他的客户端就会有两个子客户端组成,一个用来执行引擎,另一个用来共识。值得注意的是,当前的PoW以太坊客户端将继续存在于ETH2中,并与信标客户端一起运行,在彼此之间分担责任。当以太坊的共识机制从PoW改成PoS之后,交易的排序流程却没有较大的改动,我们有理由相信MEV的机会将继续存在ETH2之中。不同的是,交易顺序的控制者从矿工(Miners)变成了验证者(Validators),验证者会被选中参与某一个信标块的执行。

这意味着以Flashbots’MEV-geth 为代表的MEV分配机制还将继续存在。

Pintall做了一个有趣的数据分析(感兴趣的同学可以点击文章末端jupyter、 python 的文件查看源代码)。众所周知,MEV是难以衡量的,他们使用了Flashbots的数据作为阻止提议者从MEV获得的最低额度的下限(因为只有一部分MEV是在Flashbots上面执行,数据比较好获取)。

实际上,验证者通过将他们的资源集中在验证者池中来消除区块提案的选中概率和 REV 分布的差异。虽然以太坊 PoS 的设计使得验证者可以通过有效证明获得相当大的近乎恒定的奖励(而不是像 PoW 那样只在他们提出一个区块时获得),但在验证者奖励中引入 MEV 可能是一种集中力量,通过阻止单独验证器并使其加入验证者池以获取可预测和更早的流动性在财务上更具吸引力。

Ref:

https://www.paradigm.xyz/2020/08/ethereum-is-a-dark-forest/

https://learnblockchain.cn/docs/libra/docs/crates/mempool/

https://www.chainnews.com/articles/524844591299.htm

https://hackmd.io/@flashbots/mev-in-eth2
https://hub.gke2.mybinder.org/user/flashbots-eth2-research-i9ogkrf8/notebooks/notebooks/mev-in-eth2/eth2-mev-calc.ipynb

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