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MEV

什么是 MEV？​

MEV全称是。Miner/Maximum Extractable Value

打包区块的人，也就是“矿工”（POW里的Miner,POS里的Validator）,通过在区块链中插入，排除，重排交易来获利。

MEV被Ethereum.org精确定义为 “通过包括、排除和改变区块中的交易顺序，可以从区块生产中提取超过标准区块奖励和gas费用的最大价值”。

MEV最早是由Daian等人（2019）定义的，《Flash Boys 2.0：Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges》首先研究了 "区块链系统中广泛和不断增加的套利机器人的部署"，然后推断出一个更普遍的现象，即通过区块内和区块间的交易优先排序来提取价值。

主要的方式是套利与三明治攻击。

在套利和三明治攻击之外，还存在许多其他形式的MEV，特别是所谓的 "异类 "或 "长尾 "MEV。例如，在Paradigm的Dan Robinson发表的一篇非常受欢迎的帖子《Ethereum是一片黑暗的森林》中，生动地说明了广义的前驱现象，Qin等人（2021年）在《量化区块链可提取的价值》中更全面地研究了这种现象。Flashbots Research Vault。

通过分析套利和三明治攻击，我们可以看到，两者都是从区块生产者任意重新排序交易的能力中积累价值，因此被适当地视为MEV。

套利。套利机会的特点是一连串的交易，使交易者以更多的初始资产数量结束这一系列的交易。当以原子方式进行时（即整个交易序列包含在一个单一的交易中，其中的每一部分只在整个套利成功时执行），这种利润是无风险的（扣除交易费用）。

假设两个市场的价格（包括，例如，同一AMM上的两个独立的流动性池）对同一资产有足够的差异，这样就存在一个可盈利的套利机会。这种 "不平衡 "状态必须是用户与相关市场进行交易的最终结果。假设一个用户创造了一个套利机会（例如，用一个非常大的购买或出售）；那么矿工可以在创造套利的交易之后立即插入他们的套利交易，以捕获套利。

在这种情况下，原则上，套利机会有可能在许多区块中无人认领。然而，区块生产者享有特权，能够 "回流 "创造套利的交易，这使得他们的利润性质没有风险。相反，试图利用套利机会的非区块生产者实体必须向区块生产者支付特权，以便在创造套利的交易之后立即插入他们的套利交易，或者在套利机会在他们的交易之前消失的情况下承担交易失败的风险。因此，我们看到，在这种常见的情况下，即使外部（非区块生产者）用户获取了部分套利利润，他们也从根本上依赖区块生产者重新排序交易的能力来确保无风险的利润。

三明治攻击。三明治攻击 "是指用户的交易被两个交易 "夹住 "的现象。一般来说，区块生产者有能力监测未决交易（这些交易尚未被订购和组装成一个有效的区块，它们驻留在一个被称为 "mempool"（"内存池 "的简称）的位置，因此，在某些目标交易之前插入自己的交易，这种做法被称为 "frontrunning"。当注意到一个用户即将购买某项资产时，夹心人（1）在目标交易之前立即插入同一资产的大量买入（frontrun）和（2）在目标交易之后立即插入所有购买数量的卖出（所谓 "backrun"）。由于中间执行了目标交易，卖出的价格比买入的价格要好，从而使夹层交易者获得了利润。

我们立即看到，三明治攻击的理想执行是依赖于交易订购权限的。如果没有按要求订购交易的能力，其他交易可能发生在三明治攻击的两半之间，有可能导致夹层者的损失。与套利机会类似，许多三明治攻击是由非区块生产实体进行的；然而，这些实体仍然依赖于区块生产者的特殊特权，并通过向区块生产者支付费用来竞争获取这些特权的价值。

很明显，最大的价值提取是如何依赖于重新排序交易的能力，这是给予区块生产者的特权。

严格的定义。一个MEV机会的特点是大部分或全部的价值都是通过交易订购权限获得的。

允许性定义。一个MEV机会的特点是，至少有一小部分价值是通过交易订购特权获取的。

然而，在这两种情况下，至少有一些价值（即使是相对较小的价值）是通过交易排序权限获得的。未能区分MEV、严格定义的MEV机会和允许定义的MEV机会，很可能是造成关于什么是 "或不是 "MEV的一些混乱的原因。

MEV是怎么产生的？​

由于去中心化的交易模式（Decentralized Sequencar），产生了MEV。

  • 传统的交易系统都是中心化的 FCFS-Fist Come First Serve。
  • 区块链里是去中心化的，由Miner从公开的Mempool中选取交易，打包上链。
  • 打包存在Gas上线，默认Miner会按照Gas Price从高到低排序，以获得最多的Gas Fee Payback
  • 如果仅存在转账交易，通过一般排序实现了MVE，但是出现DeFi交易之后，miner可以通过操纵交易顺序来从DeFi协议中获取额外的收益。

MEV的主要类型​

  • Front Running:抢先交易（front-runs），看到获利交易，前置插入一笔一样的交易。
  • Back Running:尾随交易（back-runs），看到影响大的交易，插入交易扳平它的影响。
  • SandWich
  • Time-Bandit
  • Attack
  • DeFi协议:DEX套利，Liguidations
  • 长尾NFT

MEV从DeFi协议获利​

DEX套利，DEX Arbitrage.例如DEX1的1BCT=20ETH ，而DEX2的1BTC=15ETH，既可以通过机器人进行“搬砖”获利。可以参考金融领域的三角套利来理解。

三角套利是利用交叉汇率定价错误进行的套利。套利使得实际交叉汇率与理论交叉汇率保持一致。在国际市场上，几乎所有的货币兑美元都有一个兑换率。两个非美国国家之间的理论汇率可以从它们与美元之间的汇率中推断出来，这种套算出来的汇率称为理论交叉汇率。在现实世界中，很少会出现根据交易商对美元汇率报价计算出的理论交叉汇率不同于交易商报出的实际交叉汇率的情况。如果差异大到足以与购买及出售货币的交易成本相比，就出现了无风险套利机会。

Liguidations清算，为借款人提供部分债务清算，使其抵押比例上升。通俗的说，帮借款人进行一部分“还款”，让借款人可以继续操作，不至于被“清算”。例如用1BTC借出1万USDT，两倍抵押，清算阙值是1.5倍，也就是当BTC跌至1.5万U。达到清算值。这时候允许任何人帮助借款人进行一定额度的还款。比如偿还3000U。3000U对于提供帮助还款的人可以获得当前价格下的等额抵押物即0.2的BTC，还可以获得额外的抵押物进行奖励，比如5%的奖励值（0.01BTC）。这个时候借款人还掉剩余的0.79BTC的抵押物，7000U的债务。回到清算阙值以上。

Mev是如何工作的细节​

以机器人工作机制为例，链上流动性是碎片化的，虽然类似 Uniswap 这样的流动性池子很多，但是它们之间没有相互通信，每个池子都提供实时交换资产的报价，而正是这种分散的流动性，创造了在不同池子中低买高卖的机会。

举例：一个用户在 Uniswap 的 WETH-USDC 池子卖出了 500 万美元的 WETH，当他卖出的时候，Uniswap 上的 WETH 价格下降，那么它就会允许其他用户以相较于 Sushiswap 上更便宜的价格购买 WETH。

因此，精明的用户就可以在 Uniswap 上购买 WETH，然后在 Sushiswap 上面出售。

MEV特性​

无需本金低风险​

Flashloan（闪电贷）提供同一笔交易内先借后还的操作。例如，我可以从 Aave 借贷池免费借到 500 万美元的 USDC，前提是我在交易结束时将 500 万美元的 USDC 准确归还给借贷池，这就是传说中的「闪电贷」，相信你在很多项目被盗的新闻中经常听到。

即借贷和还贷两个动作在一条交易里面执行，通过借贷而来的资金赚取更多的收益，这样就能一瞬间还清贷款，并保留收益。

闪电贷为那些没有大量资金的用户免费创造了大规模链上套利的机会。当然了，这种钱并不容易赚。以上套利思路的出现，就带来了「套利空间的竞争」。

Multi-hop​

链上套利有什么不同？区块链一笔交易中可以连续多次进行交换操作。并且提供了交易的原子性（要么执行，要么不执行）。

我们都知道，区块链的状态逐块更新，这意味着一个交易里面可以执行多个操作，前提是这个交易的最终状态是正确的，即这个交易最终要是成功的。

而大多数原子套利的空间都由少数地址主导，这些地址获得了大部分的利润，所以这大概率是所有领域中竞争最激烈的一块儿。套利的成功，是套利者的智慧、网络的低延迟以及良好的基础设施的结合。

MEV机器人是如何工作的？​

机器人会直接连接到交易内存池（mempool），交易内存池是一个队列，里面存储着一组等待被确认的交易。机器人会埋伏在池子里面，等待可以创造套利机会的交易出现。

一旦发现可套利的交易，机器人会自动计算套利的最佳方式，然后将一系列操作，放到一个交易里面，直接将这个交易提交到内存池中，和可套利的那个交易放在同一个区块中进行打包。

我的机器人会在类似 Uniswap 这样的交易所中寻找的套利机会，它可以在目标交易出现后执行，最后以利用不同池子之间流动性的差异，来获取利润。

为了搞明白什么样的交易算是可套利的机会，你必须先要了解 Uniswap V2 的工作原理。

Uniswap V2 的工作原理​

假设一个池子里面包含 X 个 WETH 和 Y 个 USDC，并且它允许用户在池子中进行 WETH 和 USDC 的交易。那么池子的管理原则是：保证这个 X 和 Y 的乘积始终是一个常数我们称之为「Uniswap 不变量」。

因此，对于一个储备为 (X, Y) 的池子，我们可以通过求解以下等式计算出我们期望将 ΔX WETH 卖出多少 USDC 到矿池中：

这里的 ΔX WETH 指的是一个增量，是数学中函数的相关概实际操作中，池子还会收取大概 30bps（约 0.3%）的手续费，在计算上面的公式时，你可以通过将 ΔX WETH 乘以 0.997 来保证计算结果的准确性。为了解释起来方便，我们这里简化一下，省略这个步骤。

重要的是，我们可以重新拓展和排列这个方程，然后根据 WETH 输入的 ΔX，得到一个 UDDC 输出的 ΔY 的表达式：

不错，现在在任何一个 Uniswap V2 池子中给你一个输入量，相信你都能确切地计算出预期输出量了。

套利机会是如何运作的？​

套利一般可以简化为「低买高卖」，在这种情况下，我们需要找到一个 A 池去购买 WETH，A 池的 WETH 价格比 B 池的便宜，然后我们将 WETH 在 B 池中出售，即在 A 池中低买，在 B 池中高卖。

假设 A 池有储备金 (X, Y)，B 池有储备金 (X, )，那么如果我们在 A 池中卖出 ΔX 个 WETH，收到 ΔY 个 USDC，那么我们可以计算这些 USDC 在 B 池中能后换到多少个 WETH，如果有得赚，那么一个套利机会就形成了。

所以让我们计算一下，在第一次交易中，我们将 X 换成 Y，第二次交易中，我们又将 换成 X，根据前面的方程，计算如下：

这里的 ε 表示输入的 ΔX 与执行两次交易之后的输出之间的差异。如果我们能找到将 ε > 0 最大化的方法，我们就找到了有利可图的套利。

这个差异 ε 即你套利前投入的 WETH 与套利完成后的 WETH 的差，如果 WETH 变多了，说明套利成功，如果操作结束，WETH 反而还少了，那说明这是一次失败的套利。

所以我们可以用下面这个表达式来简化我们上面的方程：

套利机器人的其中一项工作就是使得利润最大化，在我们的方程中，这相当于最大化 ε。只有当 A > B 时，方程才会有一个唯一的最优解，一旦 A < B，那就不存在套利机会了。

MEV机器人如何从机会中获利？​

一旦我们弄清楚了如何执行交易以获得最大利润的话，剩下的事儿就简单了，我们需要让机器人获得初始资金来进行套利，放到上面的公式里，就是获得 ΔX。

初始资金可以从 AAVE 中操作闪电贷中获取。机器人需要将借贷、交易以及还贷三个操作，捆绑在一个交易里面。这个过程，我们可以通过使用预先部署在链上的自定义智能合约来完成。

一旦我们的交易被创建，同时签名成功，它就会被提交到内存池等待矿工挖矿，即等待交易成功。但是由于还有其它很多的机器人同样也在寻找套利的机会，我们需要保证我们的交易被首先通过。

这意味着我们的套利交易应该跟随目标交易，被打包在同一个区块中，然后立刻完成交易。

这就是所谓的尾随交易（back-runs），这种情况下，开采区块中的交易顺序如下所示：

为了实现尾随交易，机器人必须要先知道目标交易所提供的 gas 费是多少，然后将这些参数准确的复制到我们的套利交易中。最后，套利交易由机器人进行签名，并提交到内存池中进行验证，利润到手！

最大可提取价值（MEV；以前称为矿工可提取价值）的现象占据了公众的意识，一方面原因是提取MEV需要明显的高水平技术，另一方面原因是成功提取MEV的利润丰厚。然而，尽管MEV在区块链生态系统中发挥着越来越重要的作用，但对MEV的讨论往往是混乱和不精确的。由于提取的MEV总额可能达到数十亿美元（通过MEV-Explore，仅以太坊主网上的跟踪MEV就有6亿），因此MEV的大部分对话都集中在MEV提取者的利润上，这并不奇怪；然而，MEV的范围、演变和管理是影响深远的话题，从长远来看对区块链安全有潜在的影响。

区块生产者、搜索者、协议和用户在MEV的创造和提取中的角色相互交错，以不同的动态方式相互影响，常常使MEV的讨论变得有些混乱。通过这篇文章，我们将试图从不同的系统或建议的解决方案如何使系统中的不同参与者受益和受损的角度来分析MEV。我们将看到，这是一个清晰有效的框架，通过它我们可以开始推导出不同加密经济系统中MEV的长期最终状态。

MEV的影响​

正面影响​

帮助DeFi的运行

负面影响​

GAS不稳定

价格波动导致大量清发生

DarkForest(黑暗森林):交易攻击，进入Mempool容易被攻击

Reorg(分叉)：影响区块链终局。

解决方案​

EIP-1559

Flashbots/MEV-boost 引入中心化的Sequencer(交易排序)

提供Private Mempool (私有化交易池)防止黑暗森林

PBS 提案人/区块建设者分离

去中心化的拍卖。PBS大致类似于要求所有区块生产者运行（某种版本的）Flashbots拍卖，他们必须接受最高的出价，并且一个交易包包括整个区块的价值。从本质上讲，它是Flashbots拍卖的加强版。在这个意义上，PBS可能会进一步使MEV的提取民主化，允许小型验证者保持一定的竞争力。然而，在大量的规模经济和复杂的、概率性的MEV扩散的情况下，倾向于区块生产者中心化的动力只是被抑制而不是被消除。

展望​

随着DeFi继续发展，MEV也会继续发展，其中有大量的机会。