Layer2 Rollup方案的MEV防範技術解析

語言: CN / TW / HK

本週,我們以技術視角,進一步探尋Layer2上Rollup方案的MEV防範問題。

區塊鏈的公平性、透明性與可驗證性是其受到廣泛信任的基礎,然而這樣的特性也給整個生態帶來了不小的麻煩。其中,MEV(礦工可提取價值/最大可提取價值)就是隱藏的黑暗森林。每一筆交易背後都可能有它的身影。在DeFi領域中,MEV通常分為三類:

  1. 良性MEV,主要發生在套利交易與清算中。在套利交易中,比如某個使用者發起一筆較大數額的交易,產生了一定的套利空間,此時套利機器人進行套利交易,將價格拉至正常水平,在此過程中,機器人從中獲取了利潤,但使用者利益沒有被損害;在清算業務中,當抵押物價值降低時,如果沒有補足差價或者出售資產,就會觸發清算,清算人可以以低於市場價3%-5%的價格獲取抵押資產。

  2. 不良MEV,主要發生在三明治交易與機器人套利中。在三明治交易中,比如某個使用者想要發起一筆1000 A代幣兌換1000 B代幣,機器人監聽到這筆交易後先發起一筆同樣的交易,使得該使用者可能僅兌換得980 B代幣,之後機器人再將980 B代幣兌換為1020 A代幣,賺取差價;在搶先交易中,套利機器人看到可套利交易後以更高的手續費提交,從而搶先交易獲取差價。

  3. 災難性MEV,指對區塊鏈共識造成威脅和損害,在區塊獎勵遠小於MEV獎勵的情況下,礦工很有可能在損害共識的情況下獲取MEV利潤,從而破壞區塊鏈共識。

緩解MEV的方案有很多,上一節我們提到了擁抱MEV與消滅MEV的方案,然而在Layer2方案中,主流的專案是如何解決MEV問題的呢?我們重點介紹Optimism和 Arbitrum 使用的抗MEV方案。

Optimism Rollup——MEVA方案

MEVA(MEV Auction)方案,該方案最早於2020年初由Karl Floersch提出,巧合的是,Karl Floersch也是optimism的CTO。

MEVA的基本思想是將礦工的兩大核心權力進行拆分,即挖礦和定序。礦工(Validator)依然保有原先的挖礦權力,或者說是交易抉擇權力。但是一旦確定了交易,就無法對其進行排序,排序權力由定序器(Sequencer)決定。

從本質上來說,MEVA的觀念是:與其消除MEV,不如拍賣排序交易的權力,讓拍賣中的贏家任意排序交易,獲得最大收益。這種措施從某種程度上能夠降低競價導致的網路擁堵,但無法避免不良MEV給使用者甚至網路帶來的損失。

為什麼說這種MEVA方案會給使用者帶來損失甚至威脅網路安全呢?

讓我們思考一個問題,礦工加入網路進行挖礦的原因是什麼?當然是為了收益。那麼當收益降低之後,ROI下降,礦工數量也會降低,參與者數量減少,區塊鏈網路安全性變弱,整個區塊鏈網路的價值會下跌。所以,不管怎麼樣,我們需要假設礦工收益不變。

假設礦工每個區塊能收穫N個幣,其中包括挖礦獎勵、交易費和MEV,同樣假設每個區塊的MEV價值為M個幣。那麼為了保持礦工收益不變,我們有如下可選項:

  1. 將M個幣的MEV價值給其他人,讓普通使用者給礦工支付N個幣;

  2. 將M個幣的MEV價值仍然留給礦工,讓普通使用者給礦工支付N-M個幣。

第一種方案是拍賣方案,第二種方案是普通方案。對於拍賣方案而言,普通使用者需要承擔不該承擔的MEV損失,來彌補礦工缺失的幣。而這M個幣的收益只是給到了一個非常“富有”的拍賣者。MEVA提案建議一次拍賣一整天的交易排序權,這恰恰給了贏家絕對的壟斷排序權,贏家有巨大的權力能在這樣的時間視窗內任意推遲、重組和審查交易。這樣更加中心化的控制會使得網路遭受難以預估的損失。

Arbitrum Rollup——FSS方案

FSS(Fair Sequencing Service)是由Chainlink提出的MEV防範方案。簡而言之,FSS讓使用者首先將交易傳送至專門的智慧合約SCON中。Oracle網路觀察記憶體池中的這些交易,按照其到達記憶體池的時間(或其他特定的順序)進行排序,排序完成後再將其轉發給SCON,如下圖所示。

具體而言,首先如何實現排序的公平性?關於拜占庭容錯共識的研究已經持續了幾十年,但彷彿大家都忽略了“排序公平性”問題。Kelkar等人近期在研究中首次給共識加入了“排序公平性”的維度,大致目標為:如果大部分節點先收到交易T1,再收到交易T2。那麼交易T1不能排在T2後面,這種協議被稱為Aequitas。目前該協議執行代價很高。但未來具有非常大的實用價值。FSS在執行交易排序是就支援Aequitas。當然它還可以支援更簡單的方案,例如它可以直接將交易加密,節點只有在排序後才能使用門限簽名來解密。

FSS框架中交易的生命週期是怎樣的呢?首先使用者需要將交易傳送到SCON合約的記憶體池中,之後預言機代替SCON合約來獲取交易池中的資料,並根據交易到達記憶體池的時間進行排序,最後排好序傳送給SCON合約。這種方案的優勢如下:

  • 相容性較高:使用者無需適配預言機網路,直接傳輸至區塊鏈節點即可

  • Gas費低:預言機網路可以批量打包傳送交易給區塊鏈,使用者無需單獨上鍊,Gas費較低

但Arbitrum仍然需要依賴外在的Oracle Network來提供服務,Oracle Network的激勵方案不確定。

EigenNetwork——TEE方案

EigenNetwork從公平定序器和隱私mempool兩方面,在緩解MEV問題上做了雙重保證。

Eigen Network同樣依賴Layer2 Sequencer來完成定序,但與其他方案不同的是,Eigen Network將Sequencer放在Eigen Node中的EigenTEE中執行,這要求所有的定序器必須按照給定的定序程式碼進行定序,定序的過程不允許被任意更改。一旦定序器將批量交易釋出到Layer1,交易順序就得到了確認,這就是Eigen Network的公平定序器。

與此同時,Eigen Network支援交易的加密再廣播,保證mempool的隱私性,Sequencer無法直接進行獲取MEV資訊。使用者可以根據需要使用合適的解決方案。

EigenNetwork的抗MEV方案從某種程度上來說以最低的代價緩解了MEV,沒有引入存在風險的MEVA方案,也沒有使用複雜的Oracle Network方案,而是將Sequencer天然整合到Eigen Node中,是最簡單且可靠的方式之一。

Eigen Network 是Layer2上第一個端到端的隱私計算網路。

基於TEE等隱私計算技術與Layer2 計算能力無限擴充套件,Eigen能解決目前面臨的兩方面問題:1)由區塊鏈天然資料公開性導致的鏈上資料隱私洩漏問題;2) ETH 擴充套件性不足導致的高昂手續費問題。除此之外,Eigen還將改革現有鏈上資料資產流通生產關係,從應用場景到技術棧考慮個體的隱私保護,成為對開發者友好且切實可行的隱私保護基礎設施,為Web2到Web3的轉換貢獻力量。

參考資料:

https://medium.com/offchainlabs/mev-auctions-considered-harmful-fa72f61a40ea

https://ethresear.ch/t/mev-auction-auctioning-transaction-ordering-rights-as-a-solution-to-miner-extractable-value/6788

https://blog.chain.link/chainlink-fair-sequencing-services-enabling-a-provably-fair-defi-ecosystem/

https://link.zhihu.com/?target=https%3A//eprint.iacr.org/2020/269