摘要我们从最大可提取价值（MEV）的角度讨论了中心化和去中心化的排序器所扮演的角色。
随着新区块链和 L2 的兴起，MEV 问题变得更加突出。
这些新的生态系统都试图以各自的方式减少 MEV。
我们提供了有关 Cosmos 生态系统 Sei 和 Skip、以太坊 L2 Arbitrum、序列器网络 Espresso 和 Solana 的案例研究。
我们讨论了每个生态系统采取的方法及其影响。
我们发现，一般来说，中心化定序器可以消除某些形式的有害 MEV（如前置运行），但存在垄断威胁和单点故障。
与此相反，拜占庭寡头去中心化排序器会鼓励前沿运行，因此需要类似于 PBS 的机制或排序约束来防止 MEV 利润的集中化。
我们进一步考虑 Solana 的 \"历史证明\"（Proof of History），将其作为将风险与 MEV 关联起来的一种方法，以及围绕拜占庭民主制的文献发展。
本报告假定读者熟悉区块链基础设施、共识和 MEV。
在阅读本报告之前，请考虑查看附录部分，了解 MEV 核心概念的定义。
简介第 2 层（L2）扩展解决方案（也称为卷积）旨在减轻以太坊上的高执行成本。
它们在以太坊（L1）之外处理交易，并在以太坊上记录有关交易的浓缩信息。
这些 L2 通常采用一种称为排序器的独特软件组件来排序和处理进入的交易，然后再将其写入 L1。
像 Arbitrum 这样的大多数 L2 都依赖于一个中心化实体来执行排序（1）。
虽然在区块链发展初期，这种简化协议的做法带来了各种好处，但中心化也带来了一些风险，包括审查、MEV 问题和缺乏可靠性。
为了解决这些问题，人们在不同的方向上开展了研究，包括去中心化排序器、提议者-生成者分离（PBS）和替代性 rollup 设计。
由于中心化排序器所创造的独特环境，L2 中出现的 MEV 机会在很大程度上不同于以太坊 L1 中出现的 MEV 机会。
因此，我们的研究重点是确定排序器类型对生态系统中的 MEV 有何影响。
此外，我们还为链提供了一些基本准则，以确定每种类型的权衡，希望能为 L2 社区未来的决策提供参考。
第二层排序器格局随着 L2 的日益突出，出现了一种常见的设计模式：集中式定序器。
虽然中心化排序器通常是帮助初步扩展网络吞吐量的第一步，但它们可能会导致许多负面的外部效应。
最值得关注的是，中心化排序器是单点故障，会导致延迟博弈，并提供垄断权力。
如果中心化排序器出现故障，就会导致整个网络的中断，这种情况在 Solana 和 Arbitrum 等网络上已经发生过多次。
验证者无法将交易纳入区块，这意味着区块链处于停滞状态，直到定序器恢复运行。
中心化排序器还特别容易受到黑客攻击或政府监管行动和审查造成的故障的影响。
中心化排序器最令人担忧的问题可能是，有效控制排序器的一方能够成为垄断者。
虽然这种威胁尚未在任何运行中心化排序器的区块链中出现，但它完全在排序器所有者的战略空间之内。
所有者可以采取许多行动，但最不利的是审查和不公平的交易优先级排序。
例如，所有者可以实施一项政策，规定所有费用低于 10 美元的交易一律被拒绝，或者总是优先处理自己的交易。
一般来说，如果我们把所有者视为纯粹的经济理性人，那么他们的最佳利益就是设定一个能使其收益最大化的最低收费标准。
当然，这样做的社会回报严格来说是不利的。
此外，由于地理上的集中化，产生了独特的 MEV 生态系统。
再加上低廉的费用，就形成了所谓的 \"延迟博弈\"。
这些游戏与当前的高频交易环境十分相似，因为它们都依赖于比其他各方更快地接收信息。
我们将在 \"结果 \"部分更详细地讨论中心化排序器的影响。
总体而言，高频交易的结果是，有能力购买专用硬件的各方将权力高度集中。
将同样的最终结果推及中心化排序器，解决这一问题的必要性就显而易见了。
然而，解决这一问题的途径有很多，每种途径都有自己的细微差别。
我们的工作详细讨论了现有的和理论上的潜在解决方案。
虽然我们不讨论从中心化排序器迁移的技术影响，但我们讨论了各种最终目标及其影响。
具体来说，我们关注协议所有的去中心化排序器、公共去中心化排序器、Solana 的历史证明，以及更多关于拜占庭民主的新兴文献。
研究问题及目标鉴于对可扩展基础设施的需求不断增加，且不影响公平性，本报告旨在实现以下目标：评估第 2 层中心化风险：严格评估 L2 解决方案中的中心化是否是负 MEV 的主要影响因素。
这涉及分析集中式排序器设计的影响以及 MEV 生态系统中不同参与者的激励措施。
去中心化实用方法的分类和比较：对试图解决 L2 中心化问题的现有和新兴协议进行调查和分类。
每种方法都将根据其缓解集中化的有效性及其对正负 MEV 的影响进行评估。
对去中心化排序器权衡的更广泛分析和讨论：仔细审查实施去中心化排序器相对于集中式排序器所涉及的权衡。
本报告提供了调查过程中观察到的分散测序仪的额外考虑因素和建议。
本报告的范围仅限于精选的一些广泛采用的 L2 解决方案，并采用统计分析、案例研究和专家访谈，以便对上述目标提供定性和定量的回应。
在实现这些目标时，该报告旨在为开发去中心化 L2 解决方案提供可行的见解和建议，以减轻与中心化和负面 MEV 行为相关的风险。
方法研究设计这项研究采用定性方法，利用案例研究设计来收集各种 L2 和相邻协议的创始人和首席工程师的深入见解。
案例研究方法允许从关键开发人员的角度探索这些协议的细微差别和复杂性，从而促进对每个协议的技术组件、主要价值和去中心化方向的深入理解。
参与者选择参与者是有意选择的，其中包括来自各种 L2 和相邻协议的创始人和首席工程师。
选择基于参与者在协议开发和操作方面的内在知识和第一手经验。
对于这个项目，我们采访了 Maghnus Mareneck（Skip Protocol 首席执行官）、Jayendra Jog（Sei Protocol 首席执行官）、Ed Felten（Arbitrum/OffChain Labs 联合创始人）、Benedikt Bunz（Espresso Systems 联合创始人）和 Alex Stokes（ETH 基金会研究员）。
您可以在此处的 YouTube 上找到我们的一些讨论。
数据采集主要的数据收集工具是半结构化访谈，通过虚拟平台进行促进，以适应参与者的不同地理位置。
所研究的每个协议均由至少一名创始人或首席工程师代表，并至少对其进行了一次采访。
访谈以一系列开放式问题为指导，鼓励参与者描述以下内容：协议的关键技术组成部分协议给行业带来的主要增值协议的去中心化方向采访后，进一步的讨论被促进，以阐明任何需要更深入的领域，或探索采访最初未涵盖的新兴主题和见解。
对访谈指南进行了试点和审查，以确保问题得到详细答复并促进公开讨论。
这一迭代过程确保了数据收集工具的完善，促进了参与者丰富、富有洞察力的回应。
为了确保研究的可信度，采用了多种策略，包括成员检查和同行汇报。
成员检查涉及与参与者分享研究结果，以确保他们的观点得到准确表达，而同行汇报则有助于对研究过程进行外部检查。
结果中心化排序器以太坊生态系统中几乎所有 L2 都选择了中心化排序器。
如前所述，这样做有明显的负面影响：垄断威胁和成为单点故障。
中心化排序器可能会利用垄断权力进行恶意行为，例如 审查低于一定费用的交易、抢先交易、后轮交易等。
但是，这些排序器通常由最初创建链的组织运行，因此只要对该组织存在信任，这些威胁就不太可能成为现实。
他们可以说有动力诚信行事，因为恶意行为可能会妨碍社区对区块链的认知和使用。
中心化排序器也是一个单点故障； 如果它宕机了，整个网络就宕机了。
除了排序器故障和恶意行为之外，使用中心化排序器还会导致博弈延迟。
延迟博弈在传统金融领域得到了广泛的研究，特别是高频交易（HFT）方面。
参与高频交易的公司在地理位置上高度集中（2）：拥有专用硬件且地理位置接近的公司比其竞争对手具有优势。
如果一家公司比竞争对手更接近事实来源 X 毫秒，那么与更广泛的市场相比，他们实际上能够在 X 毫秒内看到未来并采取行动。
具有集中排序器的生态系统中出现了非常相似的游戏。
MEV 提取器尝试将其机器在物理上尽可能靠近排序器，以确保它们具有最低的延迟，从而能够执行延迟敏感的类似 HFT 的策略。
如果这种情况持续下去，现有的高频交易垄断企业进入加密货币市场只是时间问题。
一般来说，能够在延迟游戏中获取最大价值的公司是地理位置最近且硬件最专业的公司。
如果区块链继续使用中心化排序器，人们可以预期最终状态是这些力量充当中心化权力，导致 MEV 被少数有能力进行大规模基础设施投资的人控制。
因此，需要摆脱中心化排序器。
然而，中心化排序器确实比去中心化排序器具有一些优势。
区块时间延迟极小，并且可以轻松执行排序约束。
目前，许多 L2 和汇总都使用中心化排序器，因为它们构建起来相对简单，并且不需要复杂的共识算法。
具体来说，中心化排序器可以作为扩展区块链的临时解决方案。
此外，通过先进先出等排序机制，它可以防止抢先交易并提供快速的交易确认。
我们将 Arbitrum 作为一个案例研究。
在与 Offchain Labs 的 Ed Felten 交谈时，他提到在确定使用哪种排序器时，延迟和 MEV 缓解是他们想要解决的主要问题。
Ed 表示，用户高度重视延迟，他们还希望防止负面类型的 MEV，例如抢先交易。
因此，中心化排序器似乎是理想的选择。
由于没有共识协议开销，延迟显然更好。
此外，在排序器上强制执行先到先服务的顺序也可以防止抢先交易。
MEV 搜索者将不再能够保证交易顺序以抢占订单。
然而，正如我们在 Arbitrum 中看到的那样，这种类型的系统会产生其他类型的 MEV，例如延迟游戏和垃圾邮件攻击。
Arbitrum 探索了多个方向来减轻 MEV，特别是延迟游戏。
Arbitrum 针对延迟游戏和垃圾邮件攻击的中心化权力提出的建议有其优点，但并不完美。
其中一项提案 Time Boost（3）是对先到先服务的修改。
它允许交易支付优先费以换取交易排序中的较早位置。
这导致了旨在减轻垃圾邮件攻击的拍卖机制。
然而，虽然这可能会减少延迟垃圾邮件，但一些延迟游戏仍将存在，因为早期交易需要较低的出价金额才能赢得比赛。
其他研究（4）从博弈论的角度分析了这一机制。
另一种选择是排序器的地理分散。
地理去中心化可以通过需要更大的基础设施投资来使延迟竞赛更具挑战性，从而减轻 MEV，但并不能完全消除问题。
然而，由于去中心化排序器节点之间的延迟增加，它也可能降低 Time Boost 的价值。
拜占庭寡头政治的代价在本节中，我们认为任何具有拜占庭寡头共识机制的区块链都需要提议者与构建者分离，以减轻 MEV 中心化。
拜占庭寡头协议通过类似彩票的系统达成共识，可以被视为“轮换独裁者”。
每个时期，都会通过某种随机过程选择一位领导者。
然后，该领导者可以在创建下一个区块时采取垄断行为。
只要区块有效，一切都会发生：他们可以审查待处理的交易、插入新交易以及以任何方式对交易进行排序。
由于这样做不会受到惩罚，因此领导者（也称为区块生产者）实际上会受到激励进行恶意行为并获取尽可能多的价值。
到目前为止，实践中使用的几乎所有去中心化排序器都依赖于拜占庭寡头政治。
通过这些力量能够实现的价值是MEV的很大一部分（可以说是全部MEV）。
然而，并不是每个生产者都能实现这些利润。
为此，生产者必须能够计算和模拟大量状态。
这通常需要令人难以置信的大量计算，这成为了巨大的进入壁垒。
因此，具有基于拜占庭寡头政治的排序器的区块链中的 MEV 在能够负担得起高性能计算机的各方之间高度集中。
即使生产者是仁慈的，拜占庭寡头政治也有其他问题。
如果待处理的交易在公共内存池中很容易获得，那么盈利机会也是公共知识，例如 DEX-DEX 套利。
由于区块链的离散性，这导致了所谓的优先天然气拍卖（PGA）。
具体来说，如果存在盈利机会，多方会发送同一笔交易试图获取该利润。
为了确保自己的交易先于其他人进行，各方的最佳策略是设定尽可能高的费用，上限为交易中获得的利润。
结果，链上充斥着几乎全部失败的交易，推高了交易费用价格并阻止合法用户执行交易。
虽然MEV本身不太可能被淘汰，但可以有针对性地集中谁可以实现MEV。
提议者建造者分离尽管这个术语是后来创造的，但拜占庭寡头政治的这些问题得到了很好的研究。
值得注意的是，它们是由 Daian（5）等人首先发现的。
导致了 Flashbots 的诞生。
Flashbots 试图通过权力分离来缓解这些问题，特别是将生产区块的权力与构建区块的权力分开。
这被恰当地称为“提议者构建者分离”，或 PBS。
PBS 背后的主要思想是围绕区块提案创建拍卖。
主要涉及两个参与方：“建设者”和“提议者”。
构建者确定块的内容和顺序。
他们将这些区块提交给受信任方，并在他们的区块被选中时向他们支付费用。
提议者是区块链中的验证者节点。
如果他们被选中提出一个区块，他们可以向受信任方索要利润最高的区块（发布该区块赚取的交易费减去支付给构建者的费用）。
这减少了提议者的角色，只是简单地发布提供最高费用的区块。
通过分离提议者和区块构建者的角色，PBS 鼓励建立更具竞争力和包容性的交易包容性市场。
通过减轻验证者之前对 MEV 的独家控制，PBS 使区块构建过程民主化，并激励更广泛的参与者参与其中。
区块发布的利润现在可以分配给任何验证者，从而有效地将 MEV 的价值分配给更大的验证者集。
此外，人们不再需要成为验证者来构建区块来提取 MEV，允许专门研究某些类型 MEV 的各方，这有助于减少计算障碍。
因此，如果中心化排序器希望过渡到任何具有拜占庭寡头政治的去中心化定序器，它必须结合某种类似 PBS 的系统。
这在初始设计中可能不是必需的，但必须包含在最终状态中。
很可能还有其他机制来分配 MEV。
然而，这些替代方案是否能够以更公平的方式分配 MEV，仍然是一个悬而未决的问题。
Skip Protocol到目前为止，我们对 PBS 的描述是非常笼统的，并且 PBS 的具体实现各不相同。
在实践中，有很多考虑因素，例如受信任方的要求和待处理交易的隐私。
在这里，我们讨论 Skip，Cosmos 上的 MEV 基础设施，以及它们做出的一些特定设计选择的影响，目的是为任何希望迁移到去中心化排序器的 L2 提供信息。
Skip 正在构建 MEV 基础设施，帮助区块链利用 MEV 促进财务可持续性和良好的用户体验，同时使搜索者能够执行更复杂和更有利可图的策略。
Skip提供的主要产品有Protocol-Owned Builder (POB)、Skip Select和ProtoRev。
POB 可以被认为是 Skip Select 的升级，两者都与 Flashbots Auction 非常相似，特别是作为区块空间拍卖的顶部。
搜索者提交捕获 MEV 的捆绑包以及出价。
然后，获胜的捆绑包将被块提议者包含在块的顶部。
不过，由于 Skip 专注于 Cosmos 生态系统，因此有一些有趣的差异值得讨论，即抢先保护和取消中继。
此外，由于 Cosmos 和 Tendermint 不断发展，Skip 能够提供比 Flashbots 更细粒度的配置。
ProtoRev 是部署在 Osmosis 上的一个模块，它在执行时后台运行事务，并将 MEV 返回给协议（由治理决定）。
使用 Tendermint 的链具有以先到先服务的方式在本地排序交易的内存池，这意味着当验证者诚实时，领先 MEV 已经很难实现。
然而，随着 Skip 基础设施的增加，抢先交易捆绑变得完全有可能。
因此，Skip 提供了一种称为 Frontrun-protect 的功能。
具体来说，Frontrun-protect 是一组规则，可防止某些类别的捆绑包被接受。
也就是说，任何在用户交易之前包含提交者交易夹着用户交易或提交者交易的捆绑包都会被拒绝（6）。
Skip 与 Flashbot 的不同之处还在于，它们已从生态系统中删除了可信中继。
这是在 Cosmos SDK 发布 ABCI++（版本 0.47 及更高版本）时启用的，这一更改有效地允许任意元数据与提议的块一起传递。
因此，其他验证者可以通过包含所有出价的 Merkle 树根以及提议的块来验证拍卖获胜者的输出。
如果其他验证者不同意他们看到的元数据，他们可以撤销提议的区块并开始新的拍卖。
因此，Skip 将他们的解决方案命名为 Protocol-Owned Builders（POB）。
但值得注意的是，Skip 使用的核心机制实际上仍然是 PBS。
ProtoRev 模块（7）是在 Osmosis 上减轻 MEV 的有趣尝试，Osmosis 是一条专注于流动性供应、交易和借贷的 Cosmos 链。
与任何 AMM 一样，Osmosis 上的掉期可能会导致倒闭机会。
Skip 与 Osmosis 合作构建了一个模块，该模块依赖于 Cosmos SDK 提供的 PostHandler 功能，自动后台运行 Osmosis 验证代码中的任何交易。
ProtoRev 能够计算任何三跳或以下的套利周期。
该模块的利润中，第一年将20%分配给Skip，第二年分配10%，之后分配5%。
任何剩余利润都会发送到 DAO 管理的地址。
根据 ProtoRev 仪表板（8），自发布以来已捕获价值约 100,000 美元的 MEV。
截至撰写本文时，利润似乎尚未以任何方式使用。
协议拥有的去中心化排序器去中心化排序器的一种方法是建立一个协议拥有的排序器网络，其中某个协议的所有排序器只能对该协议进行排序。
值得注意的是，这就是以太坊和大多数第一层网络目前的运作方式。
该方法避免了中心化排序器引起的多种故障模式，并为专门定制排序器以优化专用任务的性能提供了途径。
Sei 协议就是一个著名的例子。
Sei 是一个基于 Cosmos 的第一层区块链，其目标是成为所有类型交易应用程序的基础设施，主要是交换，但也包括衍生品和预测市场。
他们的宗旨是交换资产是加密货币中最重要的应用。
值得注意的是，他们得到了交易领域知名人士的支持，包括 Jump Crypto、Flow Trading 和 Delphi Digital。
Sei 引用了他们所谓的“交易所三难困境”：交易所只能提供以下三个属性中的两个：去中心化、可扩展性和资本效率（9）。
他们的目标是通过构建一个以去中心化交易为中心的区块链（与我们今天看到的通用区块链（例如以太坊）相比）来解决这个难题。
Sei 声称是迄今为止最快的区块链，最小出块时间为 300ms（10）。
这主要是通过乐观区块生成、智能区块传播和交易并行处理来实现的。
Sei 的共识机制与其他 Cosmos 链类似。
Sei 是使用 Cosmos SDK 和 Tendermint Core 构建的，最重要的是，它包括一个自定义的内置中央限价订单簿 (CLOB) 模块。
CLOB 本身是从区块空间构建的，这意味着为了提交订单，用户必须广播交易来说明其意图。
Sei 上的交易执行包括两个步骤。
第一步是处理与订单簿无关的任何交易，例如 发送/接收代币、质押、智能合约上的函数调用。
在此步骤中，与订单簿相关的交易将作为无操作处理。
第二步是处理订单簿相关交易。
在此步骤中，交易首先按市场分组，然后运行订单匹配引擎。
由于 Sei 正在从头开始构建基础设施，因此他们能够利用频繁批量拍卖 (FBA) 来完全缓解某些类型的区块内负 MEV。
他们实施的 FBA 允许制造商至少获得他们列出的价格，而接受者则获得每次拍卖的平均清算价格。
Sei 声称，因此，抢先交易攻击得到了完全缓解。
FBA 是在订单匹配逻辑引擎本身内烘焙的，每个块如下（11）：订单取消已处理。
限价订单已添加到 CLOB 但不被处理。
市价订单已处理。
从技术上讲，市价订单是价格最差的 IOC 订单。
订单按价格从最差到最佳的顺序处理。
所有订单处理完毕后，计算平均清算价格，然后吃单者获得平均清算价格，而挂单者获得他们列出的价格。
检查订单簿中是否有交叉订单。
重复 3b 以处理交叉订单。
在这种情况下，交叉限价订单也会以平均清算价格成交。
通过一个例子可以很好地解释平均清算价格。
假设当前订单簿有两个订单：Alice 以 100 USDC 限价买入 1 ETH，Bob 以 110 USDC 限价买入 1 ETH。
Evelyn 和 Jasper 现在都提交了一份市价单，最差以 100 美元的价格出售 1 ETH。
爱丽丝和鲍勃是创造者，伊芙琳和贾斯珀是接受者。
生成的区块已满足所有四个订单。
Alice 的订单已完成，她收到 100 USDC。
Bob 的订单已完成，他收到 110 USDC。
为了确定 Evelyn 和 Jasper 的订单，我们计算平均清算价格。
总共 2 个 ETH 以 210 USDC 的价格出售，因此平均清算价格为 105 美元。
因此，Evelyn 和 Jasper 出售 1 ETH 都会获得 105 USDC。
鉴于Sei的FBA机制，夹心之类的MEV攻击不再可能； 在链上 CLOB（12）的背景下，恶意方无法在单个区块内赚取纯利润。
此外，伪造订单匹配引擎本身的攻击是不可行的。
由于 CLOB 是区块链状态的一部分，并且订单匹配功能是确定性的，任何偏差都将被共识协议捕获，从而导致验证者的权益被削减。
由于 Sei 最近才推出，因此很难预测其设计在缓解 MEV 方面的效果如何。
此外，MEV可能还有各种尚未实现的机会。
一个常见的例子是取消的审查。
假设用户提交了限价卖单，并且资产价格已大幅上涨。
用户可能希望提交取消，以防止失去潜在的上涨空间。
然而，验证者可以审查这种取消，并包含一个订单来填补陈旧的销售以获得盈利机会。
此外，FBA 也无法防范多区块 MEV 策略（13）。
然而，尚不清楚这些类型的策略是否会导致负外部性。
通过增加多个区块的风险，执行这些策略的各方可能会向用户提供服务，类似于传统金融中的做市商能够通过承担库存风险来提供更具竞争力的价格和即时流动性。
虽然 FBA 确实缓解了各种类型的负 MEV，但 Sei 仍然面临恶意验证者审查交易的可能性。
CLOB 中未包含的各种其他交易仍然通过验证器能够包含、排除和重新排序交易的典型操作为 MEV 提供机会。
因此，仍然需要将构建者和提议者角色分开，以减少验证者的权力。
Sei 正在寻求一种类似于 Flashbots Auction（搜索者和区块构建者的市场）的方法。
公共去中心化排序器区块链的另一个选择是依赖外部共享排序层。
Espresso 是该领域领先的平台之一，其目标是普遍解决去中心化测序仪的问题，重点关注 L2（14）（15）。
共识的核心是交易排序问题； 一旦交易的顺序达成一致，无论它们在哪个虚拟机中执行，最终状态将始终相同。
具体来说，Espresso 将是一个 PoS 排序器网络，纯粹充当排序器。
其他客户端区块链将向 Espresso 提交交易，并通过 Espresso 的共识协议，这些交易将发布在客户端区块链将用作订购事实来源的区块中。
从这里开始，客户端区块链现在将只负责交易的执行。
他们只需从 Espresso 获取交易的排序，然后执行交易并验证状态转换。
这种设计避免了集中化引起的一些 MEV 问题，但仍然带来了一些挑战。
在任何共识机制中，MEV 都是对区块中交易的排序、插入或审查进行操作的结果。
依赖共享排序器的链实际上放弃了对排序层交易排序的控制。
因此，在各种 L2 使用 Espresso 作为排序器的世界中，MEV 不会以任何方式减轻，它只是从 L2 提升到 Espresso。
因此，很明显，仍然需要类似 PBS 的机制（16），以防止在 Flashbot 到来之前以太坊上持续存在的外部性。
Espresso 引入的一个独特方面是原子跨链 MEV 的可能性。
如果有多个链使用 Espresso 并且实现了类似 PBS 的机制，那么可以想象提交构建的包可以包含跨多个链的交易。
Espresso 使用的 PBS 机制可以确保该捆绑包中包含的交易包含在同一块中，从而有效地允许搜索者有效地查找跨链 MEV。
此外，跨链交易的捆绑还可以实现安全桥接，而不需要集中的实体来提供流动性。
用户可以通过将两次转账捆绑在一起来桥接他们的资产； 其中之一在链 A 上发送资产，其中之一导致用户在链 B 上接收资产。
历史证明Solana 是另一种值得讨论的共识协议，特别是因为它的设计挑战了 PBS 的需求。
Solana 的共识协议结合了权益证明 (PoS) 和他们创造的历史证明 (PoH)（17）的新颖机制。
我们首先从高层次描述 PoH 机制（18）。
“区块”的通常定义并不直接翻译为 Solana。
相反，Solana 有 slot（19），这是领导者摄取交易的时间段。
与拜占庭寡头政治类似，PoS 协议确定一个领导节点，该节点决定当前槽中包含哪些交易。
该时段期间输出的交易通常被称为区块，但需要注意的是，这些交易是实时输出的。
这是通过 PoH 实现的。
槽以某种初始状态开始，由其哈希值表示。
槽中的每个后续更新都需要先前的哈希作为输入以及要执行的交易，这创建了一个伪可验证延迟函数。
时隙的持续时间是固定数量的哈希值，目前为 800,000，相当于大约 400 毫秒的时隙时间。
时隙领导者不必在每个周期都处理交易，他们可以通过简单地散列先前的状态来发出无操作。
由于 Solana PoH 的连续性，一个独特的 MEV 生态系统应运而生。
从本质上讲，与以太坊不同的是，试图提取 MEV 的验证者并不一定会比天真的验证者获得更多的利润。
让我们假设在新时隙开始时，有一组待处理的事务 T 需要输出。
我们比较两种验证器，一种是幼稚的，另一种是对抗性的。
简单的验证器只是按照费用顺序输出交易。
我们假设对抗性验证者将尝试赚取尽可能多的利润。
然而，请注意，如果对抗性验证器尝试计算集合 T 上的 MEV 机会，它在计算时无法输出任何这些交易，因此与朴素验证器相比，它可能已经失败了。
虽然对抗性验证器可以做一些事情，例如在 T 的子集上计算 MEV 并并行输出其他交易，但事实仍然是，通过进行任何类型的 MEV 计算，如果 MEV 机会，对抗性验证器就有可能损失费用就小。
有趣的是，尽管这款 MEV 游戏似乎比以太坊的生态系统“更公平”，但 JitoLabs 一直在推动在 Solana 中引入类似 PBS 的系统。
这可能是因为 Solana 的费用低廉，导致类似 Arbitrum 的垃圾邮件攻击。
为了解决这个问题，JitoLabs 创建了类似于 Flashbots 的 MEV 基础设施。
Jito 通过将交易合并到他们所谓的区块引擎中，有效地创建离散区块。
从这里，区块引擎将最有利可图的捆绑包和交易转发给插槽领导者。
Solana 中采用类似 PBS 的系统可能是因为，虽然 PoH 似乎降低了高计算验证器的能力，但普通 PoH 并没有提供在更大的验证器集上分配 MEV 的途径。
有序共识正如我们到目前为止所看到的，影响 MEV 的区块链的主要属性是排序器。
虽然我们考虑的主轴是定序器是否集中，但实际上我们可以更精细地分解它。
具体来说，排序器可以是集中式的，也可以是分散式的，也可以对交易施加排序约束，也可以不施加排序约束。
请注意，没有排序约束的中心化排序器没有多大实际意义，因为它会导致中心化实体不断对交易重新排序以提取 MEV。
因此，需要考虑三类排序器：具有排序约束的中心化排序器、没有排序约束的去中心化排序器（拜占庭寡头政治）以及具有排序约束的去中心化排序器。
在本节中，我们考虑实现具有排序约束的去中心化排序器的影响和挑战。
我们讨论的私有和公共去中心化排序器都没有排序约束。
截至撰写本文时，实践中似乎还没有区块链在排序约束上建立共识。
然而，该领域已经开展了学术工作。
一般来说，这个问题被称为拜占庭有序共识，由Zhang等人首先提出（20）。
一般来说，在排序约束上纳入共识的动机是为了防止负面 MEV，例如抢先交易。
我们已经看到，对于中心化排序器来说，由于其排序限制，抢先交易几乎是不可能的。
例如，如果共识可以建立在先进先出（FIFO）的交易排序之上，那么对于去中心化排序器来说，同样的结果也应该成立：抢先交易几乎是不可能的。
为了说明问题的难度，我们假设 FIFO 排序是根据节点报告的时间戳确定的。
如果大多数节点在事务 B 之前收到事务 A，则最终排序中 A 应位于 B 之前。
然而，事实证明这是不可能实现的，可以用社会选择文献中的孔多塞悖论来证明（21）。
不过，并非所有希望都破灭了。
Kelker 等人（22）讨论了将排序约束放宽到块级别的影响。
也就是说，他们并没有规定在区块排序中 A 在 B 之前，而是简单地要求没有节点可以在 B 之后的区块中交付 A。
Zhang 等人进一步描述并实现了一种被称为 Pompe 的机制，其中节点有效地对排序进行投票 。
Pompe 能够强制诚实节点时间戳记的最早交易将先于诚实节点时间戳记的最新交易。
张等人将这种共识称为拜占庭民主，因为大部分工作都借鉴了现有的社会选择文献。
然而，总的来说，众所周知，完全消除拜占庭的影响是不可能的。
虽然这是一个不利的结果，但文献表明拜占庭寡头政治的现状远非最佳。
相反，如果加密社区真正重视去中心化，他们应该转向使用拜占庭民主的共识协议。
讨论总体而言，我们认为可以通过多种解决方案来缓解 MEV。
我们分析的所有 MEV 缓解措施都集中在原子抢先交易上，尽管它们的意识形态不同。
从排序器的角度来看，非原子（或多块）MEV 的分析要复杂得多。
然而，这似乎还不是需要解决的问题。
为了执行多区块策略，各方通常需要在一段时间内公开暴露自己的风险，并且无法保证支付，这使得它们类似于传统的做市策略，但可以说暴露程度更高。
我们发现区块链排序器的属性决定了所使用的缓解措施的类型，特别是排序器是中心化还是去中心化。
我们认为链共识机制最关键的方面实际上是交易的排序约束。
集中式排序器本质上强制执行排序约束（除非它们充当恶意独裁者），例如先到先服务。
另一方面，在已完成的案例研究中，去中心化排序器不会通过共识强制执行任何类型的排序机制。
我们讨论了这两个系统的属性，但也考虑了一些其他方法，例如 Solana 的历史证明和具有排序约束的去中心化排序器。
去中心化排序去中心化排序可以被认为是大多数人熟悉的传统共识机制。
一般来说，一些类似彩票的机制会选择一个随机验证者作为下一个区块提议者。
这个提议者实际上充当了独裁者的角色：他们可以在区块中包含任何他们想要的东西，只要它们是有效的交易。
虽然与中心化排序器相比，这似乎可以防止垄断威胁，但它并非没有缺点。
在拜占庭寡头政治中，验证者在创建区块时会受到激励以获取尽可能多的价值。
然而，由于需要模拟尽可能多的交易，区块构建是一项计算成本极高的操作。
因此，具有计算优势的验证器将能够比其他验证器提取更多的价值。
为此，引入了基于拍卖的机制（例如 PBS），以帮助减轻高计算验证者之间权力的集中化。
Flashbots Auction 通过创建一个由三个不同群体参与的市场来实现这一目标：搜索者、构建者和提议者。
在较高层面上，搜索者直接向试图构建最有利可图的区块的构建者提交交易包。
然后，构建者将这些块连同费用（拍卖出价）提交给中继。
然后，这些中继将费用最高的区块转发给提议者，提议者选择费用最高的区块进行提议。
虽然高计算验证者仍然能够提取大量价值，但所有其他验证者只需参与市场即可获得类似的奖励。
此外，由于市场的开放，建设者支付的费用应该接近他们从他们建造的区块中获得的价值。
因此，PBS 机制可以更公平地在验证者集中分配 MEV。
然而，在 PBS 系统中，当拜占庭寡头政治实施时，抢先交易不仅是被允许的，而且是被鼓励的。
虽然这可能对 MEV 有利，例如反向运行，但当可能出现提前运行时，这对用户来说纯粹是有害的。
在我们的案例研究中，我们看到 Skip 和 Sei 试图阻止抢先交易，但两者都没有完全消除它。
为了防止抢先交易，Skip 依靠所谓的社交削减。
Cosmos 内的验证者大多是公众已知的实体。
如果社区发现验证者抢先交易或进行其他恶意活动，他们可以决定排除该验证者。
然而，这个过程没有以任何方式编入法典，这意味着它依赖于社会运动。
这种社交削减的想法实际上与以太坊社区的期望相反； 以太坊验证器被认为是恶意的，会榨取尽可能多的价值。
因此，以太坊生态系统已从验证者级别接近 MEV，而对于 Skip 来说，MEV 似乎是从用户/搜索者级别接近的。
因此，Skip 的 Frontrun-protect 本质上依赖于验证者的完整性。
Frontrun-protect 似乎并未通过共识进行验证，因此，如果验证者采取恶意行为，则可以规避 Skip 强制执行的约束。
恶意验证者可能会忽略抢先交易保护设置并接受抢先交易捆绑包。
即使其他验证者意识到这一点，恶意验证者也可以提供一项服务，通过将其拆分为多个包来混淆抢先交易。
虽然完全混淆可能是不可能的，但这里的要点是抢先交易并没有完全消除。
此外，没有什么可以阻止验证者以提取 MEV 的方式在区块内排序、审查或添加交易。
Tendermint 仍然是拜占庭寡头协议，其他验证者无法验证提议者接收交易的顺序。
Skip 声称 Osmosis 上发生的抢先交易数量几乎为零（23）。
然而，可能还会发生其他难以检测的 MEV，因为分析只进行了一个月，而且 Osmosis 的总价值远小于以太坊生态系统的总价值。
但总体而言，追溯惩罚抢先交易的想法确实有利于减少负 MEV。
Sei 值得一提的是它使用 FBA 来缓解抢先交易，尽管这种缓解措施在现有链中不容易复制。
Sei 的 FBA 被嵌入到虚拟机本身中，因此像以太坊这样的东西如果不进行重大改变就无法实现它。
FBA 仅防止专门针对掉期的抢先交易，因此在其他类型的交易中抢先交易仍然是可能的。
然而，互换可以说是防止抢先交易的最重要的活动类型。
但在其他情况下，Sei 仍然需要 PBS 来防止一般抢先交易以及网络垃圾邮件。
Jay Jog 提到，Sei 很可能会在不久的将来在主网上线时实现类似于 Flashbots 的功能。
然而，虽然像 Arbitrum 或 Polygon 这样的通用链可能无法轻松实现 FBA 之类的功能，但仍然可以采取合同级别的缓解措施来防止抢先交易。
例如，Uniswap 池允许高于或低于指定价格的滑点容限。
不过，这将责任推给了开发人员和用户，这完全是一个单独的问题。
我们考虑的一个有趣的中间立场是 Solana 的共识机制。
历史证明创建了一个游戏，其中恶意验证者本质上需要在提取 MEV 和失去收取交易费用之间进行权衡。
然而，由于 Solana 的费用较低，PoH 似乎并未对 MEV 产生预期的影响。
JitoLabs 进行了一项研究（24），发现验证器 58% 的计算时间实际上都花在了失败的套利交易上。
他们将此归因于 Solana 收取的费用较低，这使得垃圾邮件攻击成为一种有利可图的策略。
应该做更多的研究来确定 Solana 的 PoH 是否可以帮助减轻 MEV，特别是更高的交易费用是否可以帮助对抗垃圾邮件攻击。
最后，我们简要回顾了有关拜占庭有序共识的文献，特别是如何在不使用拜占庭寡头政治的情况下实现它。
虽然仍然需要考虑一些注意事项，例如在区块上而不是在区块内强制执行交易排序，但事实证明，实现拜占庭有序共识是可能的。
因此，虽然技术实现可能很困难，但我们要求希望摆脱集中式定序器的 L2 将此视为一种可能的解决方案。
结论与未来方向一般来说，我们将完成的案例研究分为两类：没有排序约束的去中心化排序器和有排序约束的中心化排序器。
我们看到，对于具有无排序限制的去中心化排序器的区块链，鼓励抢先交易。
在这个系统中，没有像 PBS 这样的机制，高计算验证者之间存在集中权力，能够提取最大价值。
使用 PBS，MEV 可以在验证者集中更公平地分配，但重要的是 MEV 仍然以抢先交易的形式牺牲个人用户的利益。
因此，似乎有理由声称任何使用拜占庭寡头共识机制的链都应该实现类似 PBS 的系统，以至少对抗 MEV 在高计算验证者中的中心化。
对于具有排序约束的中心化排序器，抢先交易变得更加困难，并且区块时间延迟也极小。
中心化定序器可以有效地消除原子抢先交易，但代价是垄断威胁和单点故障。
此外，如果排序约束是基于时间的，就像 Arbitrum 的先到先服务一样，它会导致验证者之间的延迟游戏和地理集中。
目前尚不清楚将中心化排序器迁移到去中心化排序器是否是最佳方案。
除非去中心化排序器能够强制执行排序约束，否则抢先交易将变得更容易进行。
然而，有人可能会认为，去中心化定序器与应用程序级抢先交易缓解措施相结合可能是一种合理的权衡。
正如我们所看到的，区块链选择的排序约束是确定可能的 MEV 类型的最重要因素。
总体而言，似乎没有明显的赢家。
两种方法都有不同的权衡。
因此，在考虑实施哪种类型的排序器时，开发人员需要警惕他们推广和/或缓解的 MEV 类型。
我们建议需要对拜占庭民主的理论和实践意义进行更多研究。
在不信任的环境中建立共识以强制执行基于时间的排序约束被称为难题。
一般来说，具有排序约束的去中心化排序器需要在某种全局二元关系上建立共识，该全局二元关系决定内存池中交易的排序，但替代方法（例如对提议的区块进行投票或 Solana 的历史证明）也可能有优点。
附录区块建设概念最初是参考以太坊的实现来解释的，观察世界各地实现的类比。
然而，我们将在整篇论文中指出各种区块链实现（Cosmos、Solana 等）之间的差异。
截至本文撰写时，交易通常由外部拥有的账户（非智能合约参与者拥有的账户）发起，这将促使以太坊虚拟机（EVM）（25）的状态发生变化。
交易执行请求被广播，然后与其他待处理交易一起添加到交易池（mempool）中。
交易依赖于验证器来选择它以包含在特定块中，此时交易将被验证并添加到链中。
交易包括许多属性，包括最直观的发送者、接收者、签名和值/数据。
此外，正如以太坊开发者文档（26）所述，交易还包括与gas相关的属性：GasLimit：交易可消耗的最大 Gas 单位量maxPriorityFeePerGas：作为验证者小费包含的消耗 Gas 的最高价格maxFeePerGas：愿意为交易支付的每单位 Gas 的最高费用（可选，包括 baseFeePerGas 和 maxPriorityFeePerGas）自伦敦升级（27）（EIP-1559）以来，已创建具有可变大小的块。
在以太坊上，目标是 1500 万 gwei，但可能会增加或减少以适应网络需求。
上限为 3000 万 gwei，虽然没有强制执行，但从技术上来说存在下限，因为交易需要最低的 Gas 量。
对于要包含在区块中的交易，每个 Gas 单位的报价必须等于或大于基本费用。
基本费用是前一个区块的函数，区块之间的增幅上限为 12.5%，以确保区块大小不会无限期地保持在高水平。
在伦敦升级之前，验证者将收到区块中包含的交易的总 Gas 费。
伦敦之后，基本费用被销毁并从流通中删除，因此引入了优先费用或最高费用，以激励验证者将交易纳入区块中。
区块由随机选择的验证者创建，并包含严格的交易顺序。
这是因为每个事务都会改变 EVM 的状态，因此必须根据其之前的事务引发的状态来执行。
订购交易（并因此构建区块）的验证者会受到激励，以确保他们从优先 gas 费中获得的收入尽可能高。
最大可提取价值概述尽管我们在下面提供了资源以供进一步审查，但本文没有必要全面概述不同类型的 MEV 策略（28）。
相反，我们将某些类型的 MEV 策略分类为价值附加和价值提取。
一般来说，当 MEV 鼓励安全的验证器网络将交易包含在区块中而不是生成空区块或为了自身利益而重复区块时，它是增值的。
此外，MEV 鼓励市场参与者（尤其是去中心化金融领域）通过快速清算和准确定价来提高经济效率（29）。
然而，MEV 的某些形式是可以提取价值的。
最值得注意的是，三明治攻击和抢先交易攻击中，能够访问非私人信息的外部账户先于大额交易，推高价格，从而导致滑点并减慢较大/其他交易的执行速度。
在这里，MEV 参与者正在以牺牲其他用户为代价来创造获得收益的机会。
类型原子策略：这些策略在单个交易或捆绑包中完全执行，通常需要较低的资本，主要是因为闪电贷款。
原子策略可能涉及套利、三明治攻击和清算。
套利：这涉及在一个平台上以较低的价格购买一项资产，然后在另一个平台上以较高的价格出售（30）。
借助智能合约，原子套利可以在单笔交易中无风险执行，即使是通过闪电贷借入大笔资金时也是如此。
这通常被认为是积极的。
三明治攻击：在此策略中，恶意行为者发现可能影响代币价格的待处理交易（31）。
然后，他们在该交易之前下达买入订单，并在该交易之后下达卖出订单，本质上是“夹住”原始交易，以从价格波动中受益。
这被认为是负 MEV。
清算：在 DeFi 借贷协议中，如果抵押品的价值低于一定阈值，则可以对其进行清算以维持系统偿付能力（32）。
清算人可以使用闪电贷为清算提供资金，并从费用和抵押品中赚取利润。
非原子策略：这些策略涉及多个链或中心化交易所，也称为跨域套利，以及统计策略。
它们需要大量资金来持有头寸，并且通常无法通过闪电贷来执行。
集中交易所套利：这涉及在不同交易所同时执行同一资产的买卖订单，以从价格差异中获利。
由于没有闪电贷款，该策略是资本密集型的。
这些策略以及下文所述的混合套利有助于平衡不同交易所的价格。
混合：这些策略同时使用链上和中心化交易所。
它们通常涉及将去中心化交易所整合到跨交易所套利中，并使用链上钱包中持有的库存执行买卖订单。
即时（JIT）流动性：该策略是资本密集型的，涉及为特定交易提供流动性以赚取大部分交易费用。
交易后，流动性被消除，从而减轻了与长期提供流动性相关的风险。
正如我们将在本文中讨论的，减轻以太坊生态系统中 MEV 不利影响的主要建议之一是提议者与构建者分离 (PBS)（33）。
这区分了区块构建者和验证者，区块构建者捕获 MEV 机会并出价，以便验证者选择他们的区块。
验证者选择一个区块并接收出价作为奖励，从而不再专注于优化 MEV 收入，从而防止验证者的恶意行为。
角色和质押者我们已经确定并总结了一些关键角色：构建者：构建者负责接收用户和搜索者的交易，然后组织和排序构建最有利可图的区块。
然后这些块通过中继传输到验证器。
建设者通过向想要提取 MEV 的用户收取费用来激励。
搜索者：搜索者负责寻找 MEV 机会。
这涉及分析区块链数据、识别套利机会和预测未来价格走势等。
搜索者经常编写自动化程序或机器人来提取 MEV。
开采 MEV 所带来的利润激励着搜索者。
搜索者可以通过有效的方式捆绑交易来帮助提高市场效率。
验证者：验证者负责将交易包含在区块中。
他们可以通过在区块中包含 MEV 填充的交易来提取 MEV。
验证者因将交易包含在区块中而获得区块奖励，从而获得激励。
用户：用户通过交易在以太坊等公共区块链上发起状态更改。
这些状态变化为 MEV 供应链中的参与者提供了捕获交易生成的 MEV 的机会。
FlashbotsFlashbots（34）为各种 MEV 参与者（包括区块构建者、验证者等）创建协议和工具，以更具附加值的方式参与区块构建。
MEV-Boost 协议（如下所述）旨在减轻 MEV 从中提取价值的尚未确立的共识设计所带来的意外后果。
我们在这里回顾了他们的一些关键存储库和产品，作为下面为其他生态系统设计的解决方案的背景。
Flashbots生成器问题：MEV 提取对于开发人员来说既困难又耗时。
解决方案：Flashbots Builder 提供了一个可用于提取 MEV 的函数库，以及一个允许开发人员跟踪其 MEV 收入的仪表板。
技术摘要：Flashbots Builder 使用私有交易中继来允许 MEV 参与者竞争将 MEV 填充的交易包含在区块中的权利。
这使得开发人员无需抢先交易或夹入其他交易即可提取 MEV。
Flashbots Builder 是一个功能强大的工具，可以让开发人员轻松提取 MEV。
它提供了一个可用于提取 MEV 的函数库，以及一个允许开发人员跟踪其 MEV 收入的仪表板。
这使得开发人员无需了解 MEV 提取的复杂机制即可提取 MEV。
Flashbots Builder 已被广泛的开发人员使用，包括 DeFi 协议、交易所和游戏应用程序。
它有助于使 MEV 提取更加便捷和高效，并在 MEV 市场的增长中发挥了重要作用。
Flashbot MEV-Boost问题：没有高计算能力的验证者无法通过在其区块中包含 MEV 填充的交易来赚取尽可能多的费用。
解决方案：Flashbots MEV-Boost 允许验证者从竞争激烈的构建器市场中获取高 MEV 区块。
这有效地将 MEV 的利润分配到整个验证器集。
技术摘要：Flashbots MEV-Boost 使用私有交易中继，允许 MEV 搜索者拍卖以捕获块中 MEV 交易的能力。
这使得验证者可以通过将获胜交易包含在其区块中来赚取更多费用。
Flashbots MEV-Share（35）问题：MEV 提取通常被视为以太坊区块链的负外部性，因为其价值是以用户为代价的。
解决方案：Flashbots MEV-Share 允许 MEV 参与者与以太坊社区分享他们的收益。
这是通过烧录通过 Flashbots 提取的部分 MEV 来完成的。
技术摘要：Flashbots MEV-Share 使用智能合约来跟踪 MEV 收益并将其分发到以太坊社区。
这确保了 MEV 提取不是零和游戏，并且以太坊社区从该活动中受益。
Flashbots MEV-Share 是一个允许 MEV 参与者与以太坊社区分享其收入的计划。
这是通过烧录通过 Flashbots 提取的部分 MEV 来完成的。
Flashbots MEV-Share 已被广泛的 MEV 参与者使用，它有助于使 MEV 提取对以太坊社区更加有利。
闪光机器人 SUAVE（36）问题：MEV 提取目前受到可信私人交易中继需求的限制。
从技术上讲，这个接力赛有能力领先所有人。
解决方案：Flashbots SUAVE 是一种新协议，允许 MEV 参与者无需可信中继即可提取 MEV。
这将使 MEV 提取更加高效和透明。
技术摘要：Flashbots SUAVE 利用英特尔 SGX 来取代可信的私有交易中继。
这使得 MEV 提取能够以公开且透明的方式进行。
Flashbots SUAVE 是一种新协议，允许 MEV 参与者提取 MEV，而无需私人交易中继。
这将使 MEV 提取更加高效和透明。
Flashbots SUAVE 仍在开发中，但它有可能彻底改变以太坊上提取 MEV 的方式。
Flashbots 保护（37）对于想要从 MEV 提取中受益而不必担心风险的用户来说，Flashbots Protect 是一个有价值的工具。
对于想要提高应用程序的 MEV 耐受性的开发人员来说，它也是一个有价值的工具。
以下是使用 Flashbots Protect 的一些好处：抢先交易保护：您的交易不会被其他用户抢先交易。
夹心保护：您的交易不会被其他用户夹在中间。
没有失败的交易：您的交易只有在不包含任何恢复的情况下才会包含在块中。
区块优先级：您的交易将在区块顶部进行挖掘，从而给予它们优先权。
Etherscan 集成：任何拥有您的交易哈希值的人都可以在 Etherscan 上查看其交易的状态。
对于希望从 MEV 提取中受益而不必担心风险的用户和开发人员来说，Flashbots Protect 是一个有价值的工具。
它是以太坊未来的关键部分，将有助于确保以太坊区块链保持安全和高效。
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