矿工经济学和提取 MEV 的更高激励措施

包含在伦敦硬分叉中的 EIP-1559 将对以太坊的费用机制进行重大改革，旨在让用户更容易估算费用，并通过销毁部分交易来巩固 ETH 作为网络基础货币的地位费用。

本文将分析这个 EIP 在 MEV（Maximum Extractable Value）现象下（即通过对交易重新排序、添加交易或审查交易进行无许可的价值提取）的一些后果。

在新的收费机制下，用户不是为他们的交易选择一个gas价格，而是为矿工设置一个“优先费用”来激励他们打包，并设置一个“最高费用”来表明他们愿意支付绝对最高价格。该协议为每个区块确定一个“基础费用”，通过编程前一个区块消耗的气体量来计算。计算方程是一个负反馈循环，旨在将块大小稳定在目标值 s0（该值最初等于当前最大块大小）。

一次有效交易支付的gas价格等于base fee和tip之和（只有在base fee突然增加的情况下，两者之和才会上升到fee cap）；小费归矿工所有，关键是基础费会被烧掉。

这些变化对 MEV 相关的基础设施有一些显着的直接影响，例如将不再有交易费用为 0 gwei 的交易，像 MistX 这样的 DEX 现在正在利用这些作为抢先保护，因为在抢先交易中会提取矿工费直接来自转账中的代币。另一方面，我们预计新的收费机制不会带来全新的 MEV 来源。

在本文中，我们将重点关注 EIP-1559 可能对 MEV 产生有趣影响的三个领域——矿工撤回 MEV 的更高激励、以太坊协议中共存的不同拍卖机制及其对 EIP 设计的影响，还有Flashbots 作为矿工协作及其道德影响。

矿工经济学和提取 MEV 的更高激励

无论是由于大量的经济激励还是对网络的忠诚度，自以太坊创建以来区块链矿工，矿工一直在生产区块，而没有恶意违反协议。然而，Flash Boys 2.0 论文警告说，不分青红皂白地提取 MEV 可能会对协议产生不利影响，例如交易审查或链重组，这最终会威胁到共识的稳定性。

然而，值得注意的是，直到最近，当 Flashbots 引入 MEV-geth 时，MEV 提取才成为矿工的标准操作。MEV-geth 是从 geth 客户端分叉出来的，矿工可以运行它来开始接收“MEV 交易包”——打包成块时的组合交易集可确保向矿工支付费用。

也部分由于 EIP-1559 迫在眉睫的威胁减少矿工的收入，大多数矿工很快采用 MEV-geth 来部分缓解打击。因此，有理由问当 EIP-1559 在主网上上线时，矿工是否会进一步投资于提取 MEV，尤其是在损害网络的方式上。

虽然忠诚度部分难以量化，因此我们无法进行量化预测，但我们发现将 MEV 提取视为矿工必须使用其他策略来弥补其收益减少（例如将其计算能力奉献给其他 GPU 链）可以帮助我们量化。

为此，我们提供了一个矿工经济学的基本模型，以估计实现可提取价值（REV [1]）需要增加多少才能覆盖伦敦升级后转移到其他区块链的利润增加。.

译者注：REV的定义来自Flashbots之前的文章《量化实现的可提取价值》，其中介绍：MEV是我们只能不断接近的理论量，REV是实际可以从MEV中提取的值区块链的机会，所以REV≤MEV。

我们首先定义了一组 X 组基于 GPU 的 PoW 区块链，而不是以太坊，这些链上的矿工可以相互转移计算能力/哈希率（我们假设是免费的）。然后，我们假设，在均衡状态下，总 GPU 算力 H 将在以太坊（伦敦升级之前和之后）和 X 之间分配，算力利润最大化（否则，在达到均值之前会有更多）。矿工切换到其他链）。最后，假设所有链的计算能力成本是恒定的，我们可以推导出在以太坊伦敦硬分叉之后保持不变的计算能力分数。这个分数可以简洁地表示为：

其中，H1559为以太坊伦敦升级后的算力，HE为以太坊伦敦升级前的算力，γ=R1559/RE表示EIP-1559上线后以太坊中留给矿工的总收益，δ=RX /RE 是 X 的总收益与伦敦升级前的以太坊收益之比（我们这里省略了代数过程，读者可以在这里查看）。

这些量之间的关系可以形象化为下图：

以太坊的gas价格发生了两个数量级的变化，让我们很难准确估计模型的参数。根据最近的 gas 价格，我们仍然可以使用 Flashbots 仪表板和 Etherchain 上的挖矿奖励数据来为 1559 γ=0.86 之后以太坊上可用的矿工总收入的一部分选择一个值。

最后，使用来自 CoinMetrics 的数据找到除以太坊以外的基于 GPU 的 PoW 链的每日挖矿收入（以美元计）RX，我们得到 δ=0.15 [2] 的近似值。插入这些值，我们在伦敦分叉后得到以太坊的哈希值 [3]

这构成了一个极其简化的矿工经济学模型，尤其是忽略了转移到其他链的成本。然而，它确实为在更广泛的矿工经济学背景下分析 MEV 回报提供了一个框架。同样基于高度可变的 Flashbots 数据，我们发现，在其他条件相同的情况下，矿工收入来自实际可提取价值的部分结果从伦敦升级前的 2.9% 上升到分叉 3.4% [4] 之后。

如果算力在达到平均值之前没有转移到其他链，并且矿工决定通过提取更多的 MEV 来弥补减少的收入，他们需要额外提取 22％的 MEV 以抵消转移到其他链的收入增加连锁店（与伦敦的升级前相比，这仍然意味着收益显着萎缩）。

一个更详细的模型，其中包含比较额外 MEV 提取与转移到其他链的成本的显式公式，超出了本文的范围。所涉及的价值本质上是非常异质的，这对高度精炼模型的有用性提出了质疑。另外，矿工忠诚度的主观因素在这件事情中起到了非常大的作用。

整合多种拍卖机制

EIP-1559 提出的费用机制是为仅一种用于交易打包的拍卖机制而设计（后来分析）的。然而，事实上，以太坊上的大多数活动不仅与打包有关，还与区块内交易的排序有关。大多数 MEV 提取机会取决于交易的相对位置，仅仅将交易包裹起来并不足以赚取 MEV。

当前首价机制的局限性在于，用户可以表达希望在某笔交易之前将其交易打包，或者最多通过选择其特定的gas价格，以便在交易后打包到某个仓位（跟踪交易） . 这种限制导致像 Flashbots 这样的系统提供了更丰富的语言来表达偏好（用户可以竞标交易集的精确相对排序，这指的是前面提到的“MEV 交易包”）。

当前定价机制不提供的另一个理想属性是“隐私”。提取 MEV 的寻求者特别希望他们的策略保密——至少在区块被开采之前，这不可避免地会公开——以防止其他参与者窃取他们的机会。Flashbots 和其他隐私交易池提供商提供此保证（叔风险或矿工不当行为除外）。

最近，一些面向用户的应用程序，例如 MistX 和 1inch，已经在其交易中转向 Flashbots，为用户提供抢先保护。如果网络中越来越多的参与者关心交易排序和隐私的竞标而不是简单的打包，这就提出了 EIP-1559 是否会在处理这方面具有优势，还是会被类似 Flashbots 所淹没的问题，更具表现力的机制被完全取代。

在一种极端情况下，这些不同的、共存的拍卖可能会产生负面影响，即参与一个拍卖的用户可能会扰乱其他拍卖的用户。

用户越多地关注交易排序和隐私，而不仅仅是包装，该领域将扩展得越广，从而为像 Tim Roughgarden 所做的那些严格的形式分析提出了实际适用性问题（如上所述）。

在他的论文中，他展示了 EIP-1559 机制与近视矿工激励机制兼容（Myopic Miner Incentive Compatible，缩写为 MMIC，即激励矿工在单个区块大小上按照 EIP-1559 行事），可以防止Off-Chain Agreement-proof（简称OCA-proof，即用户和矿工不能突破系统规定使用链下通信达成协议），兼容用户激励（User Incentive Compatible），除了对于高需求阶段。，缩写为UIC，即它实现了预期的用户体验提升——用户可以表达自己对包装的真实偏好，而无需推测其他用户的行为）。

不过，这些结论都依赖于“简单一揽子”拍卖模式，在当前较为复杂的环境下是否仍然成立，尚不得而知。

特别是，论文讨论了另一个提议——“无小费机制”，即不给矿工小费，论文称这与短视的矿工激励兼容，始终与用户激励兼容，并防止链下协议（除了在高需求时期）。简而言之，它牺牲了阻止链下交易的功能，以保持整体用户体验的改善。

事实上，与论文所说的不同，如今通过 Flashbots 这样的系统，链下协议已经司空见惯，这表明没有小费可能是比 1559 的“基本费用 + 小费”模型更好的机制选择优化了普通用户的标准竞价机制，因为他们只关心包装，将需求更复杂的用户引导到以分拣为主的竞价机制。

不幸的是，排序拍卖的严格建模非常困难（想象一下，分配规则不能简单地用“打包”和“拆包”的二进制术语来表示，或者可行性条件需要考虑交易之间的相互作用，因此它们不能表示为单个不等式）。相反，将上面提到的不同拍卖模式分开，然后分析它们之间的相互作用可能更有用。

我们可以使用打包交易的边际成本作为这种交互的实例 μ。在 MEV 很少的环境中，这可以看作是一个常数，并且实际上已经被估计了。然而，在 MEV 大量的环境中，交易池中的 MEV 奖励巨大，这可能使得在一个区块内运行定期拍卖打包打包毫无意义，因为 μ 的值大大增加，导致它是用户不可能收敛到一个合理的小费值。

综上所述，我们现在有几种拍卖模型共存于以太坊：

在 Flashbots，我们正在考虑扩展拍卖机制的表现力，以包括那些不关心排序而只想获得抢先保护的用户的用例。尽管当前的定价公式可能偏向于某些类型的提款（尤其是对清算套利）。

如上所述，从设计的角度来看，这种事实上的分层系统可能不是最佳的，因为它是由试图单独解决部分问题的参与者拼凑而成的。在传统金融中，不同的工具（股票、期权等）具有不同的市场以适应其不同的特征。

这是 Flashbots 的一个活跃研究领域和长期目标——创建一个“图灵完备”的拍卖机制，允许用户有效地表达他们的任意偏好 [6]。最终，这需要围绕多种共存拍卖机制进行更多讨论，以便可以直接在协议层采取更全面的方法。考虑到即将到来的 Ethereum2.0 将带来的变化，这一点尤为重要。

Flashbots的道德原则

如上所述，Flashbots 为搜索者引入了一种向矿工表达交易排序偏好的方法，从而形成了一个更高效的市场，所有以太坊用户都可以从中受益。为实现这一目标，Flashbots 向大量矿工提供定制挖矿软件（MEV-geth），这些矿工共同控制着以太坊绝大多数的计算能力（撰写本文时为 85%）。

这相当于 Flashbots 建立了一种有效的链下矿工协作机制，这自然会引发对其潜在有害影响的探索。特别是，Flashbots 创建了一个新的脱壳点，矿工使用该软件及其默认设置自动协作 - 与以前使用的 geth 不同。

这里说的矿工协作，我们只指协议内协作，即矿工的联合行动可能会损害网络，但在共识层仍然可以接受（即不能双花，否则无视以太坊协议的行为） ）。真正的 51% 攻击会严重破坏网络，并且通常会损害矿工的利益。相反，我们关注更“良性”的情况，即矿工在遵守协议规则的同时与其他参与者协调自己的利益。

目前还没有关于矿工协作的集中点如何影响网络的分析（因为这已经可以通过 geth 升级来实现），但我们想问一个更具体的问题 - 引入 EIP-1559 是否可能会添加 Flashbots 作为矿工协作机制的不良后果。

我们已经介绍了 EIP-1559 如何通过增加 MEV 奖励在矿工总收入份额中的相对份额来改变这个领域的格局，这与 Flashbot 无关。Flashbots 影响这个空间的一种方式是通过改变用于交易捆绑的块空间与正常交易的份额，或上一节中描述的不同拍卖机制的相对权重。

MEV-geth 可以设置考虑打包成块的最大交易包数。基于此，有人为每个交易束的数量（从 0 到可配置的最大值）构建一个模板块，然后将所有这些模板块用于后来的盈利能力比较。设置的值越高，该块的利润越高，为标准用户交易留下的块空间就越少。

EIP-1559 激励矿工追求更多的 MEV，可能导致他们可接受的交易包越来越高，导致区块中只有 MEV 交易。但是，这不太可能发生，因为排除高小费交易和打包交易捆绑存在机会成本。总体而言，我们认为 EIP-1559 不会增加由 Flashbots 促成的已知恶意行为的风险。

但是，EIP-1559 可能会引入一种不良行为：矿工合作挖掘低于目标容量的区块，以将基础费用降至 0，这有效地消除了该 EIP 旨在提供的用户体验改善。同样，Flashbots 处于特殊位置，通过提供版本更新使这种行为成为可能。

更具体地说，软件不会消耗超过目标gas限制的gas，以便将所有需要超过0个tips的基础费用的交易打包成块，软件会将块大小设置为s0∈(1 -ϵ)，其中s0 是目标块大小，而 ε∈[0,1] 是一个特意设计的参数，旨在降低基础费用，具体取决于运行 MEV-geth 的计算能力的百分比。

我们使用以太坊基金会的 Robust Incentive 小组的框架来探索这种攻击的可行性（带有这些结果的代码的笔记本在这里）。拿一个简单的冲击需求情况，设置矿工运行MEV-geth的可能性为PFB=0.85，我们模拟了不同ε值的系统动态，说明这个值需要多大，基本费用为驱动到 0。

与前一种情况一样，矿工采用这种策略会立即造成经济损失，因为他们在每个区块上都会损失一些钱。

应该问的下一个问题是，矿工需要多长时间才能亏本工作才能赚回这么多钱，以至于他们的勾结是有利可图的，直到基本费用下降。在模拟中，我们发现这个问题对需求的性质极为敏感，特别是取决于用户是否会继续提供接近其真实价值的出价，或者通过适应新的、人为降低的基本费用来降低出价。

虽然在看到 EIP-1559 在主网上上线之前我们无法提供有意义的答案区块链矿工，但我们会提高对该问题的认识，同时指出即使在短时间内这种勾结证明是有利可图的，它也可以被打破一个自私的矿工随时打包大量交易，所以这在实践中不太可能发生。

总结

我们没有找到 EIP-1559 与 MEV 提取交互的关键方式。然而，我们确定了几个可能出现新动态的领域，特别是围绕激励矿工提取更多 MEV 或被动串通通过可能的恶意 Flashbots 软件更新来击败新的收费机制。毫无疑问，提供这样的更新并不符合 Flashbots 的利益，但以太坊 85% 的算力都在运行 MEV-geth，这一事实需要我们更多地考虑它的影响。

最后，我们指出，虽然 EIP-1559 被设计为仅包含一种交易打包拍卖机制，但现在以太坊上有许多不同的拍卖机制。认识到上述情况，如果我们要满足以太坊的开放标准，设计我们的系统以适应这些不同的拍卖机制是至关重要的。

我们要感谢 Barnabé Monnot 和以太坊基金会的 Robust Incentive 团队、Leo Zhang、Tim Beiko、Tina Zhen 和整个 Flashbots 团队参与导致此处提出的想法的对话。

1. 真实可提取价值 (REV) 的定义在我们之前关于量化 MEV 提取的文章中给出。

2. Dogecoin、Ethereum Classic、ZCash、Dash、Monero、Bitcoin Gold 和 Verge 都包含在 X 链收益的计算中。

3. 在撰写本文时，这些值的计算方式如下：

4. 其他条件相同的情况下，如果我们假设在交易捆绑中燃烧的gas费用将等于在挤压区块的尾部交易中燃烧的gas费用，那么燃烧基础费用不会减少实际可提取的价值。

5. 但是，请参阅此说明以了解在具有大量 MEV 的环境中限制叔叔风险的方法。

6. 拍卖设计领域已经对可计算性偏好/分配进行了丰富的研究，有关介绍，请参阅 Tim Roughgarden 的讲义。

Kristof Gazso (Nethermind)、Alejo Salles (Flashbots) 的文章