以太坊協議和更廣泛的生態系統不斷致力於提升以太坊能夠提供的價值。改善以太坊的一個關鍵生態系統瓶頸一直是最大可提取價值（MEV）。最大可提取價值(MEV)).MEV 是指負責在區塊中包含、排序和排除交易的協定代理可以從系統中提取的最大值。本文總結了為減輕MEV對應用和協定的負面影響而提出的方法，並探討了未來的研究方向。

本文組織如下:

第一部分提出了一個二維分類的協議外MEV緩解技術。探討了每個類別的一個示例。

此后的部分探讨了以太坊协议为什么无法作为防止或退款MEV的基础设施。

第三，我們探討以太坊協議如何防止MEV的負面外部效應。

最後，我們認為，討論過的任何協議內或協議外的MEV減輕技術都無法同時解決MEV造成的所有問題。

這篇文章的開頭部分對MEV減緩的知識進行了部分系統化。然而，第四節提出了一個相對新穎的論點，即協議外的MEV減緩並不能解決協議內的MEV問題。這個論點是基於...文件by大衛·克拉皮斯和我。

這篇文章提到了內部和外部協議的減緩技術。內部協議的MEV減緩技術指的是作為以太坊協議規則的一部分，或者需要更改以太坊協議規則的機制。外部協議的減緩技術是指所有不在協議之內的機制。

協議外MEV減緩

MEV對與區塊鏈進行互動的用戶徵收租金。為了增加以太坊提供的價值，減少MEV所代表的租金是直觀的。協議外MEV緩解技術的任務是減少MEV所帶來的價值抑制效應，而不改變以太坊的協議規則。

我們將以自動市場做市商（AMM）上提取MEV的方式，以及作為結果的減輕方式作為例子。 許多AMM的運作方式如下：

流動性提供者 （LP） 向 AMM 提供多個不同的代幣，並讓 AMM 設定使用者可以使用 LP 代幣進行交易的價格。

AMM僅根據包含在新區塊中的交易進行價格調整。這種離散的調整與外部市場中基礎代幣的連續價格波動形成對比。

當需要提出一個區塊時，區塊生產者可以包括使用可公開觀察的外部市場價格來套利AMM上的陳舊報價的交易，從而提取MEV。

這種MEV形式，被稱為損失與再平衡 (LVR)，是流動性提供者的成本。在將流動性提供者獲得的費用保持不變的情況下，從AMM中提取的LVR數量越多，提供的流動性就越少。較少的流動性意味著用戶交易的價格影響更大，這意味著用戶在AMM上進行交易更加昂貴。AMM設計的目標之一是減少LVR對AMM的成本影響。同樣，應用程序設計的目標一般是降低MEV對用戶的成本。

降低MEV成本有很多方法。大致上，協議外的MEV緩解技術可以分為兩個方向：

• 特定於應用程式或共用基礎架構的MEV緩解技術。
• 防止MEV或退还MEV。

第一個軸是應用程式是否自行減輕 MEV，或依賴於某些共享基礎設施。第二個軸更為複雜。應用程式可以設計成在第一時間防止暴露 MEV，或者可以出售提取 MEV 的權利並將銷售收入返還給那些提取的人。返還 MEV 稍微濫用了 MEV 的定義，MEV 是指負責包含、排序和排除交易的參與者可以從系統中提取的價值。返還的 MEV 並未從系統中提取，因此並不完全符合 MEV 的定義。然而，使用 MEV 這個術語可能是有幫助的，因為與 MEV 相關的所有概念都適用於返還的價值，除了收入的去向不同之外。我們將看到所有四種可能性的例子，並討論它們的相對優勢。

圖1：具有協議外MEV減緩技術的二維分類，並且每個類別都有示例。

特定應用和預防MEV：最大可提取價值(MEV)的功能最大化AMM。

對於第一次聽到MEV的人來說，通常最直觀的MEV緩解技術是一種防止暴露於MEV的應用程序。一個令人興奮的例子是最大化的AMM功能提議由Andrea Canidio和Robin Fritsch.它批處理在一段時間內收集的交易，並以統一的清算價格執行所有交易。作者表明，它消除了LVR和夾心，這是另一種MEV形式。直覺是，所有參與者在批次后都以池的邊際價格進行交易，並且套利者被激勵進行交易，直到該價格等於外部市場價格。該系統類似於Budish, Cramton, 和 Shim (2015)在傳統金融文獻中。順便說一句，它是去中心化和傳統金融之間協同作用的一個很好的例子。傳統的金融理念可以在去中心化金融中實現;這從實施中學到的經驗教訓 然後可以用來通知傳統金融。

應用特定和回扣MEV: 捕獲MEV的AMM。

最大可提取價值(MEV)捕獲AMM (McAMM)是一個依賴於退款的特定應用MEV減少的示例。 McAMM拍賣掉成為在區塊中與AMM互動的第一個交易員的權利，從而允許該交易員提取可能的套利。然後，拍賣所得分配給套利的流動性提供方。如果拍賣效率高，所得應該等於從流動性提供方提取的套利價值。即使方法完全不同，此設計也可能導致與上述最大化AMM討論的LVR消除相同的結果。在實踐中是否會出現這種情況，很大程度上取決於拍賣的具體實施。

基礎設施和回贈MEV: 最大可提取價值(MEV)-Share.

折扣不一定要特定于应用程序。在区块结构领域运营的公司Flashbots已开发出最大可提取價值(MEV)-Share. 它允許用戶在拍賣中選擇要共享的交易數據，而保持隱私。競標者出價以獲得將該交易放入捆綁交易並從中提取MEV的權利。用戶可以收到拍賣收益。該基礎設施不是特定於應用程序的，因為交易可以與任何應用程序互動。

基礎設施和預防MEV：在尋求利潤的世界中保護訂單流程。

最後，還有一些基礎設施機制旨在防止MEV的提取。一個例子是在尋求利潤的世界中保護訂單流(PROF)。PROF 依賴於可信執行環境 （TEE） 中的區塊生產者，該環境可靠地承諾遵守排序規則，例如先到先得。TEE具有使承諾可信的兩個關鍵屬性，即：

• 完整性: TEE 中的代碼和數據無法被修改或篡改，無論是在執行還是存儲期間，也無法受到操作系統、虛擬機或惡意角色等外部實體的干擾。
• [ ] 保密性：TEE 內部的數據和計算保持私密並且無法被未經授權的實體存取，包括主機系統、其他應用程式或攻擊者。

將交易發送給承諾運行排序規則的區塊生產者的任何用戶都知道在 TEE 中運行排序規則的區塊生產者將這樣做。因此，PROF 可以防止某些類型的 MEV 提取，如任何應用程式的前置交易，而無需更改 Ethereum 協議的規則。

不同的MEV減緩技術有不同的優缺點。應用特定的MEV預防技術很難找到，因為它們需要每個應用的大量研究和實施工作。另一方面，基礎設施MEV預防需要很多開銷。例如，一些基礎設施MEV預防技術需要運行昂貴的硬件並進行大量的業務開發。是否退款有效很大程度上取決於拍賣是否競爭，這取決於拍賣的具體情況，例如其格式和時間。

這四種MEV減緩技術可能不是完全穷尽，也不是完全互斥的。還要注意，這些維度類似於光譜，而不是二元的，正如圖1所示。例如，有些MEV減緩技術可能比其他技術更注重基礎設施。這個領域發展非常迅速，這使得任何分類都具有挑戰性。最後，這個領域感覺樂觀，許多人可能會贊同MEV占總價值的百分比會迅速縮小.

在協議中缺乏MEV減緩措施

這些MEV緩解技術對某些人來說可能似乎不令人滿意。為什麼以太坊不能成為全面解決MEV的協議基礎設施？也許一些讀者會建議使用特定的排序規則。在以太坊中強制執行特定的排序規則的提案，例如先到先得，尚未獲得廣泛支援。我認為該協定無法全面解決MEV給最終使用者和應用程式帶來的負擔有兩個根本原因 - 兩者都與乙太坊的可信中立性約束有關。

首先，以太坊無法獲得滿足“公平性”的遞移全局排序。以太坊托管了各種應用，每個應用可能都可以從不同類型的排序規則中獲益。雖然先到先得的排序可能對一些應用有幫助，但它可能會抑制他人的成長因此，生態系統很難達成公平協議。除此之外，即使生態系統達成了一個公平的排序規則，要獲得一個全球可轉移的排序規則也是困難的，因為一筆交易可能會在不同的節點上在不同的時間到達。

這些不一致會導致先到先得的訂購協議出現問題。具體來說，即使單個節點接收交易的順序是可傳遞的，也不意味著聚合順序也是可傳遞的。先到先得的排序規則可能會卡在迴圈中以恢復傳遞性，有時，這些循環必須通過任意規則來解決，例如按字母順序選擇總排序。這可能意味著，先到先得的排序最重要的交易，如時間敏感的套利交易，不是以這種方式排序，而是任意排序。

圖2：顯示康多塞周期的幻燈片，先到先得的訂單規則可能會陷入其中。幻燈片來自Mahimna Kelkar關於Themis的演示。

除了先到先得的排序規則存在理論問題之外，還不清楚它們是否可取首先。這種排序規則有利於那些具有更快連接的人。如果快速連接足夠有價值，這可能導致延遲競賽，就像在中看到的那樣傳統金融通過大量投資於速度技術。 速度技術可能會損害區塊鏈中的可信中立性，因為它促使地理集中。

交易何時到達的不一致視圖會導致先到先得的訂購規則和每個訂購規則出現問題。排序規則通常旨在實現某些經濟屬性。例如，優先氣體排序試圖按照它們首先包含的價值順序包括這些交易。通常，只有當對應訂購哪些交易具有全域視野時，這些經濟需求才能實現。由於很難從傳遞的局部視圖中獲得傳遞的全域視圖，因此很難獲得這樣的全域視圖。換句話說，一些驗證者會認為交易應該在一個插槽內排序，而另一些驗證者則認為它應該在另一個插槽中，從而降低了生態系統期望從固定排序規則中獲得的經濟屬性。

其次，共識協定不知道在執行層玩的MEV博弈。這將使設計協定內回扣方案變得困難，因為協定目前無法理解MEV的價值是什麼以及應該返還給誰。最後，協議必須保持可信的中立性。它不應該處於這樣一個位置，即使可以，它也不應該不得不對誰回扣MEV做出固執己見的選擇，也不應該選擇有利於特定應用而不是其他應用的MEV預防技術。

一個有趣的例子是一種接近協議內最大可提取價值(MEV)回扣技術的最大可提取價值(MEV)稅，提出者 丹·羅賓遜 and 戴夫·懷特它允許任何應用程序通過設置一個參數（比如$k$）來超載協議中的優先費。與應用程序互動的任何用戶都必須向應用程序支付優先費的$k$倍，以支付給共識驗證器的優先費。您可以看到這個系統如何以一般化的方式向應用程序退還MEV收益。例如，如果有10個ETH的MEV可以從一個應用程序中提取，並且$k=9$，通過成為第一個與其互動的用戶，該用戶可能向驗證器支付1個ETH的優先費，並向應用程序支付9個ETH，假設交易按優先費排序。

MEV稅是一個有前途的方向，但正如其作者所述，必須進一步探討才能了解它在以太坊上的運作方式。其中一個具有挑戰性的方面可能是，MEV稅假定優先費是一種通用的信號，用於表示MEV的數量。雖然如果強制執行優先順序，這可能是真實的，但排序本身可能會降低MEV的總量，就像多單位一次性拍賣的收入可能會比組合拍賣低一樣。Flashbots的...SUAVE似乎正朝著相反的方向發展，這樣可以允許更具表現力的偏好。SUAVE目前尚未上線，但旨在建立一個分散式區塊生成器，可以在沒有特定排序規則的情況下最佳地合併捆綁。

當搜索者希望以比一維優先權費更複雜的方式表達他們的偏好時，優先權費可能與MEV不太相似。也許搜索者希望在其他競爭搜索者的捆綁包之前包含在塊中，但不關心塊中的絕對位置。使用優先費意味著搜索者與所有用戶競爭位置，無論他們與該搜索者的相關性如何。

除了訂單規則之外，還有其他減少從用戶提取MEV的方法。一個研究方向是加密交易池. 這意味著用戶以加密形式廣播交易。 只有在包含後才解密交易。 因此，區塊生產者不知道交易內容，從而無法根據現在的屏蔽數據進行前面交易。

加密的交易池已經在Gnosis Chain上線，該區塊鏈具有類似以太坊的架構。生態系統參與者，特別是 Shutter Network，旨在將加密的交易池引入以太坊主網。目前的一些限制因素是基於閾值加密技術的信任假設，可驗證延遲函數的狀態，以及免費數據可用性問題與加密交易池相關。

總的來說，以太坊無法成為阻止MEV的基礎設施，因為該生態系統尚未就公平的排序規則達成共識，且基於任何排序規則都難以實現遞移全球排序。一些有關排序規則的提議，如上面提到的MEV稅收例子和協議升級，已被討論，這可能有助於實現滿足“公平性”的遞移全球排序。然而，目前尚無對這些提議是否值得的粗略共識。以太坊無法成為回扣MEV的基礎設施，因為共識層對執行層的情況一無所知，且以太坊無法在應用程序之間進行選擇，因為它必須保持中立。

此協議的功能是什麼？

上一段展示了協議如何難以消除MEV對用戶的負擔。然而，許多協議機制處理MEV，整個Vitalik的路線圖部分致力於此。這些機制有什麼作用？

這些協議內機制旨在解決與先前討論的減輕技術不同的問題。這些協議內機制的目標不是通過最大程度減少從用戶那裡提取的MEV來最大化以太坊促進的價值，而是通過最小化MEV的負面外部性來最大化以太坊的可信中立性。MEV不僅降低了從中提取的人的效用，還極大地扭曲了提取者的行為，例如，它通過規模經濟激勵了中心化並導致共識不穩定性.

經濟力量對以太坊的共識機制和可信中立性構成重大的集中化風險。如果存在規模經濟，可以預期小型共識代理將與大型代理合併以獲益。如果存在對複雜性的回報，理性驗證者可能會與誠實的規範不同。共識代理的規模經濟或複雜性回報是MEV的負外部性。

該協議旨在通過將以太坊共識代理人在外部具有的負面影響解除綁定並將它們相互防火牆化來防止。目前，以太坊將所有以下角色分配給一個代理人，但原則上，這些是獨立的角色。到目前為止已識別出三個角色，分別是：

• [ ] 在以太坊的共識機制中，證明共識所需的信息並創建共識塊是最關鍵的角色。例如，證明鏈的頭部，證明 timeliness當需要時，驗證交易，處理訊息並創建共識區塊。這些角色的獎勵在參與者之間相對均勻。
• [ ] 提議執行區塊。 這個角色確保執行層的活力。 它可能包括及時提交執行有效載荷和有效分配執行有效載荷構建權利。 這個角色的獎勵取決於參與者的風險承受能力和速度。
• [ ] 構建執行塊。該角色決定執行有效負載中交易的排序。它具有從系統中提取MEV的最大潛力，並且與該角色相關的經濟規模效應、高進入門檻和複雜性非常不同。因此，參與者之間的獎勵非常不均。

以太坊生態系統的目標是隔離這三個角色，以便一個角色產生的激勵不會影響履行另一個角色的激勵。一些角色，比如交易排序，可以更加集中化，只要區塊驗證是無需信任且高度去中心化的，並且一個去中心化的參與者集合可以確保抵抗審查，正如Vitalik在他具有影響力的論述中所述。終局後.

提議者-建造者分離 (PBS)旨在分離提議和建立執行有效負載的角色。這是一種設計哲學，它認識到不同的角色，並促進提議者將其區塊構建任務外包給專門的一方。MEV-Boost是PBS的當前協議外實例。它允許所有提議者，無論其複雜程度如何，都可以進入相同的MEV市場。具體而言，它強制執行構建者獲得構建區塊的權利，並且提議者為出售此權利而獲得付款。有了MEV-Boost，提議者不會因投資於複雜的MEV提取技術而受益更多，而是可以在這一領域保持相對不複雜，並獲得與更複雜的提議者一樣的獎勵。

Attester-Proposer Separation (APS)在概念上類似於PBS。它也認識到兩個角色之間的區別：證明和提議共識區塊以及提議執行區塊。APS目前處於研究階段，沒有實際運行的協議版本。提議者 可能想要快因為它允許他們稍後提交他們的區塊，這意味著他們可以包含更多的交易。對共識協議來說，不應該激勵延遲是至關重要的，因為這導致地理集中化。APS有時被視為以太坊協議的最後防線。

PBS和APS顯示了這三個角色如何被隔離。然而，實施這兩個協議升級也意味著創建塊的參與者將非常集中，這對於抗審查是可怕的。以太坊旨在通過在這些角色之間建立單向閥門來解決這些問題。該協議可以將對塊的證明負荷與對mempool中待處理交易的證明相結合。然後，一個證明委員會將負責創建塊生產者必須包含的交易清單，否則他們的塊將被證明者忽略。這些類型的機制稱為 包含列表.

這些閥門挑戰了角色的分離。非常難設計有意義地利用一組參與者的屬性，例如限制另一組參與者，同時確保那些位於閥門另一端的參與者不會影響影響他們的參與者。例如，分散式的認證者組合將負責創建包含名單。我們不希望區塊生產者或與區塊生產相關的集中化激勵措施影響認證者。

圖3：通過鑑證者 - 提議者分離（APS）和提議者 - 建築者分離（PBS）以及包含列表和出售建築權利作為角色之間的單向閥門的勞動分工。

兩個獨立問題沒有單一解決方案

協議內部MEV機制的主要目標基本上不同於應用和基礎設施MEV減緩技術。協議外的減緩技術通常旨在減少每單位價值所促成的MEV。相比之下，協議內的減緩技術旨在防止MEV帶來的負面外部性對以太坊的共識機構進行中央化。特定的MEV減緩技術可能會對兩個目標都有貢獻。例如，MEV-Boost在技術上是協議外的，但其唯一目標是防止MEV帶來的負面外部性。

此外，這兩個問題的限制是不同的。在協議內機制必須考慮硬體需求和中立協議。相反，協議外的MEV緩解技術的限制取決於應用程序或基礎架構設計師的期望，可以適應特定的用例。

由於這些問題具有不同的目標和約束條件，可以直觀地看出沒有單一解決方案能夠應對兩者。此外，這兩個問題之間可能存在更基本的二分法。本節對這種二分法提出了一個論點，也在上一節中提出。Davide Crapis和我自己的論文.

應用程式設計師希望減少每單位價值的最大可提取價值（MEV），因為這樣做將吸引更多用戶，從而增加這些應用程式所促進的總價值。如果每單位價值的最大可提取價值減少，但所促進的總價值增加，則最大可提取價值的總數可能會減少，但也可能會增加。在協議內部的MEV機制關心共識代理人可以提取的MEV總額。即使MEV的總額在以太坊促進的價值中佔比微不足道，但協議是否仍然需要對以太坊共識參與者的不同共識角色進行防火牆保護尚不清楚。

作为这个论点的例子，考虑一下的情况：損失對再平衡（LVR），早前被介紹為流動性提供者在AMM中面臨的潛伏套利損失，因為他們的鏈上報價在區塊之間保持不變，與不斷更新的外部市場相比。在他們的研究中，Milionis等人發現一個時隙中的累積LVR與時隙時間的3/2次方成比例。

初步檢查，這表明減少時隙時間也會減少最大可提取價值(MEV)。然而，LVR是每單位流動性的套利損失。此外，喬爾·哈斯布魯克（Joel Hasbrouck）、托馬斯·里維拉（Thomas Rivera）和法哈德·薩利赫（Fahad Saleh）展示單個LP項目可被視為可投資的資產。資產的預期回報通常基於其風險。不清楚LP項目的風險在插槽時間減少時會如何變化，但為了辯論的目的，假設它保持不變。然後，LP項目的回報應該保持不變，無論插槽時間如何；因此，如果流動性的成本每單位下降，每單位的收益也必須下降。在AMM中，收入會減少，因為更多的流動性流入AMM。更多的流動性意味著更多的流動性面臨LVR。因此，總體效果是不明確的。因此，不清楚從LVR中產生的MEV的總金額在插槽時間改變時如何變化，即使每單位的價值MEV可能會減少。

此外，降低LVR將使AMM成為更具吸引力的交易場所，因為有更多的流動性，這意味著更多支付手續費的交易者使用AMM，從而進一步增加了流動性。此外，用戶體驗受益於更短的時隙時間，而由LVR引起的MEV總量可能隨著時隙時間的增加而增加。儘管用戶可以享受更高效的交易，但這對協議而言是有問題的。

表1：時隙時間對LVR的影響，流動性和總MEV金額。此表顯示了槽時間如何影響每個槽的 LVR 以及流動性乘以的係數。它假設費用收入保持不變，並且每個插槽的機會成本為零。使用與用作基線的 12 秒時隙時間對應的值對結果進行規範化。

表1顯示，即使插槽時間減少，從LVR產生的MEV總金額可能保持不變。該表中的數值是在假設費用是唯一收入、延遲套利是流動性提供者的唯一成本，且每個插槽的機會成本保持為零的情況下生成的。這些假設過於簡化。因此，這些數字可能呈現每個插槽增加的流動性上限，進而影響MEV總金額的上限。

很難說這些預測將如何站得住腳。生態系統對流動性提供者的動機和風險回報權衡知之甚少，並且甚至更少了解流動性交易者的行為也許 LPs 會根據插槽時間不同的考慮 LP 倉位的風險，這有助於預測隨著插槽時間的減少，MEV 的總量會發生什麼變化。

潛在地，這個例子可以被概括。旨在將每單位價值的MEV最小化的協議外MEV緩解技術同時引起更多價值通過系統流動；因此，MEV緩解對MEV總額的影響是模糊的。因此，我認為以太坊不能依靠協議外MEV緩解來防止MEV對共識代理人的負面外部影響。

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