介紹

在不斷努力提高區塊鏈性能以應對大規模應用的過程中，Monad以一系列低層次增強功能脫穎而出，優化了以太坊虛擬機（EVM）模型：異步I/O、優化的Patricia Trie、延遲執行和樂觀並發控制進行並行處理[2]。這些改進有效解決了在以太坊等平台上出現的執行瓶頸和低效的狀態訪問問題，同時不損害去中心化。

在本文中，我們探討了在Monad上實現強大的礦工可提取價值拍賣基礎設施（MEVA）的可能方法。我們還描述了一些可轉移的、有價值的現有方法，如以太坊上的Flashbots和Solana上的Jito Network。

我們想強調幾個關鍵考慮因素：

1. MEV是任何區塊鏈網絡固有的。強大的MEVA基礎設施對於避免混亂的區塊生產過程、負面外部性和不協調的激勵至關重要。
2. MEVA設計深度融入鏈的基礎機制，尤其是其共識執行階段。未來的改進將取決於這些因素的演變以及網絡在不同壓力水平下的性能。
3. 以以太坊和Solana上看到的區塊生產演化的歷史趨勢，可以為Monad上的MEVA設計提供參考。
4. 在Monad等高性能、延遲執行的區塊鏈上，MEVA可能需要使用概率性的區塊構建和搜索策略，類似於高頻交易，以滿足其時間限制。

通過解決這些問題，我們希望能夠深入了解設計一個針對Monad獨特架構和性能要求的MEVA基礎設施所涉及的挑戰和考慮。

以太坊中的MEVA景观

以太坊共識執行階段下的MEVA

在以太坊中，共識需要先前執行。當節點就一個區塊達成一致時，他們同意該區塊中的交易列表以及摘要該區塊執行後事後狀態的 Merkle 根。因此，在廣播提案之前，領導者必須執行提議區塊中的所有交易。同時，驗證節點需要在投票前執行這些交易。

圖1：在EL-CL分離下MEV-Boost中的建構器工作流程。

圖1說明了MEV-Boost中提案者-建築者分離（PBS）的典型建築者工作流程。建築者完成區塊建造並將其提交給中繼器，中繼器將區塊轉發到執行層（EL）客戶端進行模擬和有效性檢查。

由於執行是共識的前提，因此當建造者建立區塊時，需要將建立的區塊轉發給執行層（EL）客戶端並模擬該區塊以檢查其有效性。除了在共識執行階段扮演必要角色外，模擬階段還為建造者和搜索者帶來了好處。

建築師的角度：建築師可以通過模擬每筆交易，準確估計區塊的價值，對自己和驗證者都如此。他們還可以嘗試重新排序交易，以最大程度地減少回滾並從內存池和捆綁交易中最大化提取燃氣費用或基礎費用。他們的精確估計使得對驗證者提供更高的出價成為可能。

搜索者的觀點：由於構建者在登陸鏈之前篩選出潛在的還原捆綁包，搜索者還看到了有保證的策略執行，增加了確定性。此外，搜索者還可以訪問最新的區塊狀態。當共識層（CL）傳播一個新區塊時，搜索者可以使用該區塊的狀態作為起點來構建有利可圖的捆綁包。與此同時，有跡象表明，構建者現在提供了更多的協定外交易或功能，這使得搜索者甚至可以獲得當前要構建的區塊的狀態資訊，以便將回跑策略添加到他們的待登陸區塊中。

然而，PBS的發展在區塊建立中看到了中央集權化的上升，這與傳統交易類似，公司競爭專用微波網絡通道，以獲得執行套利策略的優先權。

產品迭代隨著網絡成熟

我們現在探索了MEVA在以太坊進展中的演變，如圖2所示的時間順序。

圖2: MEVA隨著以太坊網絡的進展而進行迭代的時間軸視圖。該圖略有改動，來源為[4]。

優先瓦斯拍賣(PGA) 時代

如圖3所示，搜索者識別到有利可圖的最大可提取價值(MEV)機會，並將其智能合約啟用的交易提交到公共交易池。這種公開可見性導致了在鏈上以開放競標、一口價拍賣的形式進行，即使失敗的交易也需要支付燃氣費用。

這一時期見證了競爭激烈且成本高昂的非結構化MEV活動，例如具有相同（帳戶、nounce）對的交易和不斷增加的出價[6]，進一步加劇了網絡擁擠或共識不穩定性。

圖3：簡單優先級氣體拍賣。該圖略有改編自[6]。

Flashbots和EIP-1559

為了應對這些問題，Flashbots推出了中繼站，這是搜索者和區塊生產者（PoW時代的礦工）之間的中介拍賣機構。這一舉措將MEV市場從公開競標的一口價拍賣轉變為密封競標。圖4顯示了中繼站如何幫助防止公共mempool中的競價升級，並建立更有秩序和安全的區塊生產過程。

EIP-1559的費用結構在這裡也發揮了作用[7]。通過引入基礎費用的部分公布價格，它簡化了競價，但沒有解決塊內交易順序的問題，這仍然通過優先費用推動MEV。實際上，許多搜索者以前是通過coinbase轉賬直接向礦工表達競價。他們最後對coinbase費用提出了更多的抱怨，因為他們不能再提交0燃氣捆綁。

圖4：具有中繼的MEVA。該圖略有改進自[6]。

提議者-建立者分離 (PBS)

在合併後，以太坊轉換為共識機制（PoS）之後，為了進一步精簡區塊生產流程中的角色分離，實施了提案者-建構者分離（PBS）。如前所述，中繼器現在扮演著區塊建構者和提案者之間的中介角色，作為確保數據可用性和區塊有效性的保管人。因為提案者可以與多個建構者建立不同的私有交易，所以建構者必須通過向提案者提供付款來競爭。這種動態過程如圖5所示。

圖5：PBS時代的MEVA。這個圖略作改編自[6]。

集中風險

儘管取得了這些歷史性的進展，但重要的是要強調建築市場集中風險日益增加的問題。在過去的一年中，排名前9位的寡頭建築商一直持有市場的50%以上，這表明市場集中度很高，如圖6所示。目前集中度的狀況更加明顯，前三名建築商的市場份額超過90%。

圖6：建築商市場份額。圖表顯示建築商市場中普遍存在的高度集中度。該圖表取自https://arxiv.org/pdf/2405.01329

Jito在Solana上

Jito的架構

作為Solana上的規範MEVA，Jito的創建旨在解決Solana因低交易成本而導致的高垃圾郵件率問題。只要失敗交易的成本（大約0.000005 SOL）不超過預期利潤，垃圾郵件交易就會受到有效激勵。

根據Jito Labs在2022年的報告[8]，該年超過96%的套利和清算嘗試失敗，其中包含超過50%的MEV相關交易的區塊。該報告還指出，清算機器人通過數百萬個重複的封包垃圾郵件攻擊了網絡，僅完成了數千次成功的清算，導致失敗率高於99% [8]。

圖7：Jito在Solana上的MEVA鳥瞰圖。

Solana上MEV外部性的嚴重性促使Jito開發了一個MEVA層，旨在為區塊生產過程帶來秩序和確定性。讓我們回顧一下 Jito 提出的原始 MEVA 架構，如圖 7 所示。

Jito具有以下組件:

Relay - 充當代理以接收交易並將其轉發到區塊引擎（或MEVA供應鏈）和驗證器。

區塊引擎-從轉發器接收交易，與搜尋器協調，接受捆綁，執行捆綁模擬，並將最佳交易和捆綁轉發給驗證器進行處理。值得注意的是，Jito進行部分區塊拍賣以進行捆綁包含，而不是完全的區塊拍賣，在歷史上在兩個槽中處理超過80%的捆綁[9]。

Pseudo Mempool - 透過Jito-Solana客戶端創建約200毫秒的操作時間窗口，誘導訂單流的離散拍賣[10]。Jito於2024年3月9日關閉了這個mempool。

Jito的設計選擇

讓我們探討Jito系統設計的具體組件，並考慮這些設計選擇是如何源於Solana的區塊生成過程的。

Jito僅支持部分區塊拍賣，而非完整的區塊建立，這可能是由於Solana的多線程執行模型，缺乏全局調度。具體來說，圖8顯示並行執行交易的線程，每個線程都維護著自己的交易隊列，等待執行。交易被隨機分配給線程，並按優先手續費和時間在本地排序。在調度器端沒有全局排序（在1.18.x更新之前），Solana的交易從調度器抖動中固有地體驗非確定性[11]。因此，在MEVA中，搜索者或驗證者無法可靠地確定當前狀態。

圖8：Solana客戶端的多線程執行模型。請注意，MEVA的Bundle Stage作為一個獨立的線程附加在多線程隊列中。

從工程角度來看，將Jito的區塊引擎供應整合為與現有線程並行運行的附加線程非常適合Solana的多線程架構。儘管束線拍賣確保了Jito區塊引擎線程內的基於優先費用的排序，但無法保證束線始終會在全球範圍內放置在用戶交易之前。

為了解決這個問題，Jito會預先分配部分區塊空間給束縛線程，以確保區塊中有空間給束縛。雖然不確定性仍然存在，但這種方法增加了成功執行策略的概率。它還鼓勵搜索者參與拍賣，而不是對網絡進行垃圾郵件轟炸。通過為束縛預留區塊空間，Jito能夠取得平衡，促進有序拍賣並減輕交易垃圾郵件的混亂影響。

移除虛擬交易池

Jito的廣泛應用在減輕Solana上的垃圾郵件問題方面產生了積極的效果。 p2p[12]的研究和圖9中顯示的數據顯示，在採用Jito客戶端後，相對區塊生產率顯著提高。這表明，由於Jito在2023年引入了優化的區塊引擎，交易處理變得更加高效。

圖 9：Jito 在減輕 Solana 上垃圾郵件問題方面的有效性的證據。該圖是從 p2p 團隊在 [12] 號研究中提取的。

雖然取得了重大進展，但仍然存在許多挑戰。由於Jito捆綁只能部分填充塊，因此MEV誘導交易仍然可以繞過Jito拍賣通道。這個問題至少部分地在圖10 [13]的Dune儀表板中得到證明，該儀表板顯示自2024年以來網絡仍然平均有超過50％的交易失敗，原因是機器人垃圾郵件。

圖 10: 一個 Dune 儀表板 (https://dune.com/queries/3537204/5951285)自2022年5月以来，说明了Solana上的机器人垃圾邮件活动。

2024年3月9日，Jito決定暫停其旗艦mempool。這個決定是受到memecoin交易增長和夾心攻擊（一種在目標交易之前和之後放置交易的前置攻擊）的影響，這最終降低了用戶體驗。與MEVA中私密訂單流量通道的趨勢類似，關閉公共mempool可能會通過與前端服務（如錢包提供商和Telegram機器人）的合作促進私密訂單流量的增長。搜索者可以與驗證者直接建立合作夥伴關係，以獲得優選的執行、包含或排除。事實上，這一點可以在圖11中看到，該圖顯示了在mempool關閉後最大的私密mempool搜索者（3pe8gpNEGAYjVvMHqGG1MVeoiceDhmQBFwrHPJ2pAF81）的每小時夾心機器人利潤配置。

圖11: 三明治機器人在私人記憶池搜尋者“3pe8gpNEGAYjVvMHqGG1MVeoiceDhmQBFwrHPJ2pAF81”下的每小時利潤。

Jito關閉記憶體池的決定突顯了該團隊對解決Solana生態系統內基本問題的堅定承諾。除了反覆運算MEVA或調整Solana的gas費用機制外，Jito還通過UI產品設計選擇（例如限制預設滑點參數）説明教育協定以減輕攻擊媒介。無論是通過費用結構調整使垃圾郵件變得更加昂貴，還是通過修改通信協定，Jito的基礎設施對於維護Solana的網路健康和穩定仍然至關重要。

MEVA Design在Monad上

延遲執行及對MEVA的影響

不同於以太坊，在那裡，對一個區塊的同意需要交易列表（帶排序）和摘要所有事後狀態的默克爾根，Monad 將先前的執行與共識分開。節點同意僅需要解決正式排序。如圖 12 所示，每個節點在區塊 N 中獨立執行交易，同時開始就區塊 N+1 開始達成共識。這種安排允許燃料預算與完整區塊時間相對應，因為執行只需要跟上共識。[15] 無需領導節點計算實際狀態根，執行可以利用整個共識期間來進行下一個區塊。

圖12：Monad Deferred Execution與以太坊執行-共識分階段進行比較。從MEVA設計的角度來看，操作時間窗口也得到了說明。

我們將操作時間窗口定義為 Monad 上 MEVA 完成一個既可行又有利可圖的區塊建立提案所允許的時間範圍，與默認的區塊建立方法相比。延遲執行模型有兩個直接的後果：

1. 當MEVA在操作時間視窗內為第N個區塊構建時，驗證者同時就第N個區塊的交易清單達成一致，同時嘗試完成第N-1個區塊的執行。因此，在 N 的操作時間視窗內，可用狀態很可能仍處於 N-2。這意味著在此延遲執行體系結構下，無法保證中繼或構建器具有“最新狀態”。因此，在生成下一個區塊之前，不可能針對最新區塊進行類比，從而導致不確定性。
2. 鑑於Monad的1秒區塊時間，MEVA的操作時間窗口非常有限。這意味著建造者可能沒有足夠的時間來依次模擬以太坊上通常進行的完整交易和捆綁。許多變數可能影響EVM上的交易模擬所需的時間。然而，假設模擬交易需要10^1至10^2微秒（一個粗略的估計），並且根據Monad每秒10^4筆交易的目標，可能需要大約1秒的時間來模擬在操作時間窗口內的完整區塊。考慮到Monad的1秒區塊時間，建造者或中繼可能很難完成多個完整區塊的模擬以優化構建的區塊。

概率建立者及搜索策略

鑒於限制條件，完全模擬一個區塊在操作時間窗口內並與最新狀態進行模擬是不切實際的。由於構建者現在既缺乏時間，也缺乏最新的狀態以了解每筆交易的確切提示，他們必須根據交易回滾的可能性來推斷搜索器提示，依靠聲譽或模擬（可能至多）N-2狀態。這使得區塊估值不太確定。

由於缺乏理論上的保證，一旦驗證者接受構建者構建的區塊，搜索者將面臨更大的執行不確定性。這與乙太坊形成鮮明對比，在乙太坊中，搜索者爭奪專用的私人訂單流到構建者管道，以獲得相對確定性的策略執行。在Monad上的這種相對概率的設置中，搜索者現在面臨著更高的捆綁包在鏈上恢復的風險，導致執行PnL配置檔更加不確定。這反映了高頻交易者在概率信號上執行，隨著時間的推移，預期回報略為正。

圖 13：一個概念譜圖，說明瞭按建議的塊檢查或模擬程度分類的不同 MEVA 設計範式。

如圖13所示，建構者端先前捆綁/區塊檢查的程度形成一個關於提議區塊價格或估值的不確定性範譜。一端是以太坊風格的PBS模型，具有準確的價格，建構者必須使用執行層（EL）客戶端模擬提議區塊中的交易。他們必須在提交的捆綁中穿梭於各種不同的組合。另一端是樂觀的建構者模型[16]，具有異步區塊檢查。在這個模型中，建構者繞過了操作時間窗口內任何模擬所需的時間，並通過存入可被削減的押金來向驗證者或中繼顯示小費。在Monad上提出的概率檢查或部分模擬方法介於兩者之間，增加了搜索者成功策略執行的可能性，儘管存在一定的不確定性。

例如，一個在鏈上訂單簿去中心化交易所上的市場做市商可能會在發現一個主要單向價格變動時，通過 MEVA 預先調整他們的持倉，以避免不利選擇。這種概率策略使他們能夠快速行動，即使沒有最新的狀態信息，平衡風險和回報，在動態交易環境中。

結語

MEVA 在優化區塊產出和降低外部性、提升整體系統穩定性方面發揮著關鍵作用。MEVA 框架的持續演進，例如 Solana 上的 Jito 和 Ethereum 上的各種實現，對於應對可擴展性挑戰和調整網絡參與者的激勵機制非常有幫助。

Monad是一個前景光明的網絡，在其初期為社區塑造最佳MEVA設計提供了獨特的機會。考慮到Monad獨特的執行共識階段，我們邀請研究人員、開發人員和驗證人員進行合作和分享見解。這種合作將對創建強大而高效的區塊生產過程至關重要，使Monad能夠充分發揮其作為高吞吐量區塊鏈網絡的潛力。

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