Введение

Технология блокчейн переписала основы традиционных финансов. Благодаря одноранговым узлам и распределенным бухгалтерским книгам, основанным на криптографии, была создана автоматизированная, безопасная, безразрешительная и децентрализованная финансовая система. Пользователи могут использовать сети блокчейн для перевода средств. А узлы сети помогают проверять эти транзакции, создавать новые блоки, поддерживать безопасность сети и взимать плату.
Хотя блокчейн делает финансовые услуги дешевле и эффективнее, с ростом популярности смарт-контрактов всплыли некоторые новые проблемы. Одной из новых проблем является максимальная извлекаемая ценность (MEV), которая относится к узлам сети, включающим, исключающим и изменяющим порядок транзакций в блоке, чтобы получить наибольшее возможное вознаграждение за блок и комиссию за транзакцию, которые превышают обычную сумму из блока, за который они отвечают.
Из-за MEV неосведомленные пользователи могут понести убытки из-за манипуляций с транзакциями, что делает сеть ненадежной. Однако влияние MEV на сети блокчейн не является полностью негативным. В целях максимизации дохода конкуренция между узлами сети также ускоряет развитие технологии блокчейн.

Что такое извлекаемая из шахты ценность (MEV) ？

Майнеры включают или переупорядочивают транзакции в создаваемые ими блоки для получения большей прибыли.
Происхождение термина Maximum Extractable Value (MEV) происходит от другого термина - Miner Extractable Value (также MEV), который обозначает дополнительный доход, который майнеры могут получить, произвольно включая, исключая или изменяя порядок транзакций в создаваемых ими блоках. Самое раннее исследование о MEV появилось в работе под названием Flash Boys 2.0: Забегание вперед, переупорядочивание транзакций и нестабильность консенсуса на децентрализованных биржах. При изучении блокчейн-сетей PoW (напр. Bitcoin и Ethereum), они обнаружили, что майнеры манипулируют созданием блоков и порядком транзакций таким образом, что это позволяет им получать более высокие, чем стандартные, вознаграждения за блоки и комиссии за транзакции.
Арбитражный метод упаковки и переупорядочивания транзакций существует во всех механизмах консенсуса.
Этот феномен не ограничивается блокчейнами proof-of-work. Также в блокчейн с доказательством доли (PoS) узлы-валидаторы могут получать дополнительный доход от пользователей при создании новых блоков, упаковке отложенных транзакций и переупорядочивании транзакций. Термин "извлекаемая стоимость" в итоге был заменен на более широкий "максимальная извлекаемая стоимость", который представляет собой форму арбитража, не связанного с риском или с низким риском.

Как появился MEV

Устойчивость сети блокчейн основана на финансовых стимулах. Узлы сети должны постоянно вознаграждаться, чтобы у них был стимул предоставлять безопасные и надежные услуги. Из-за задержки сети в различных регионах и того факта, что распределенным бухгалтерским книгам требуется время для достижения консенсуса, когда пользователь отправляет транзакцию на блокчейн, транзакция не будет обработана немедленно, а будет храниться в пуле памяти (также известном как mempool). Когда генерируется новый блок, необработанные транзакции в mempool будут добавлены в новый блок, а данные о транзакциях будут записаны в бухгалтерскую книгу.
Существуют различия в информации и времени синхронизации между узлами, что позволяет изменить порядок транзакций до того, как будет сгенерирован новый блок.
Благодаря mempool узлы могут обмениваться информацией об определенных транзакциях, оценивать текущий сетевой трафик и переупорядочивать транзакции. Узлы стимулируются деньгами. Поэтому, когда mempool переполнен и не может вместить большее количество ожидающих транзакций, узлы будут сначала обрабатывать транзакции, которые платят больше комиссионных. Транзакции, оплачивающие более низкие комиссии, будут дольше собираться в блок. В некоторых случаях они даже могут быть перемещены из mempool, что приведет к сбою транзакции.

Когда несколько пользователей платят разные комиссии за транзакции, майнеры (или узлы) собирают транзакции из mempool по порядку, в зависимости от того, насколько высоки комиссии. (Источник: блог ChainLink)

Поскольку информация об ожидающих транзакциях в mempool является публичной, а узлы имеют право создавать новые блоки и заказывать транзакции, они могут легко упорядочить транзакции для извлечения наибольшей ценности, добавляя или удаляя транзакции. Например, когда узел, отвечающий за упаковку и учет, замечает, что пользователь запросил транзакцию на покупку 1 ETH за USDT, узел может купить 1 ETH раньше этого пользователя, а затем продать его по более высокой цене для завершения арбитража.
Узлы могут продавать права на учет и упорядочивание транзакций другим арбитражерам.
Узлам не нужно самим манипулировать транзакциями для получения дополнительного дохода. Они также могут продавать свои права на учет и упорядочивание транзакций, так что если другие пользователи выявят арбитражные возможности, они могут быть готовы платить этим узлам более высокую плату за то, чтобы их транзакции плавно собирались в блоки. В любом случае, права централизованного учета и упорядочивания транзакций, которыми обладают узлы, могут быть использованы для изъятия денег из карманов пользователей.
Появление MEV связано не только с тем, что отложенными транзакциями в пуле памяти могут манипулировать узлы, но и с экономической неэффективностью, которая дает простор для арбитража. Например, пользователь, покупающий или продающий большое количество ценностей на децентрализованной бирже (DEX), вызовет проскальзывание цены. Затем узлы и арбитражные боты могут заимствовать пулы ликвидности других децентрализованных бирж, чтобы использовать разницу в цене.
Другим ключевым фактором, который делает MEV возможным, являются алгоритмы моделирования транзакций. Поскольку блокчейн - это прозрачная публичная бухгалтерская книга, ликвидность и глубина рынка всех активов на цепочке являются общедоступными для всех. Влияние каждой сделки на рыночную цену может быть предсказано, а затем арбитражеры могут разработать правильный размер своих позиций и порядок совершения сделок для извлечения стоимости.

Распространенные случаи MEV

Узлы сети блокчейн могут собирать MEV различными способами. Ниже приведены несколько распространенных примеров.

1. Арбитраж DEX
   Арбитраж между DEXами - это самая простая и интуитивно понятная форма MEV. Если алгоритмическая котировка актива на DEX A составляет 100 USDT, а алгоритмическая котировка на DEX B составляет 110 USDT, тот, кто обнаружит разницу в цене, может купить актив на DEX A, а затем продать его на DEX B, чтобы использовать разницу в цене. Этот тип арбитража также существует на традиционных финансовых рынках. Поскольку это по сути безрисковая сделка, конкуренция за такие арбитражные возможности довольно жесткая.

2. Ликвидация в кредитных протоколах
   В кредитных протоколах, требующих залога (таких как AAVE и Maker), пользователи могут вносить криптоактивы (например. ETH) для кредитования других криптоактивов (напр. USDT). До тех пор, пока стоимость залога заемщика достаточна, он может постоянно одалживать криптовалюты из протокола.
   Каждый протокол имеет свои собственные стандарты для коллатералей. Например, когда стоимость залога становится ниже 70% от стоимости заимствованных криптовалют из-за падения цен, в случае, если цена продолжает падать и заемщик становится неплатежеспособным, протокол кредитования может продать залог для погашения кредита, что известно как ликвидация.
   Протоколы кредитования позволяют всем заемщикам ликвидировать залог для немедленного погашения кредита. Когда происходит ликвидация, заемщик должен заплатить высокий ликвидационный сбор, часть которого идет ликвидатору. Проведение ликвидации также является безрисковым источником дохода. Существует множество ботов, предназначенных для постоянного поиска заемщиков, которые будут ликвидированы, упреждающего предложения о ликвидации и сбора комиссии за ликвидацию.

3. Сэндвич-атака
   Сэндвич-атака - это еще один распространенный метод извлечения MEV, который заключается во вставке транзакций до и после целевой транзакции таким образом, чтобы трейдеру-жертве, чья транзакция попала в "сэндвич", пришлось заплатить больше.
   Например, пользователь хочет использовать USDT для покупки 10 000 ETH на Uniswap. Поскольку это очень большое количество ценности, цена ETH в пуле ликвидности будет расти (P1 → P2 на графике ниже).
   После того, как арбитражный бот "пронюхает" о готовящейся сделке, он может опередить жертву и купить 10 000 ETH на рынке, так что рыночная цена достигнет P2. Когда транзакция жертвы будет выполнена, цена ETH еще больше поднимется с P2 до P3.
   Теперь арбитражный бот продаст ранее купленные 10 000 ETH, в результате чего цена снова вернется к P2. В результате стоимость покупки ETH для жертвы возросла, и дополнительные расходы становятся прибылью арбитражного бота.

Арбитражные боты могут сэндвичить транзакции пользователей, чтобы получить прибыль от разницы цен.

1. Другие возможности арбитража
   Все три вышеперечисленных метода арбитража являются наиболее распространенными. Поэтому конкуренция за новых участников для получения прибыли довольно жесткая.
   Однако на некоторых новых рынках (напр. NFT), все еще возможно заставить сеть блокчейн выполнять ваши собственные транзакции (например. пакетная чеканка НФТ) через front-running, или для пакетной покупки или продажи при обнаружении изменений цен. Однако ликвидность на новых рынках обычно очень низкая, поэтому арбитраж на них сопряжен с высокими рисками.
   Другой способ получения прибыли - это введение сразу большого количества ликвидности. Например, в Uniswap V3 поставщики ликвидности имеют контроль над тем, в какие ценовые диапазоны распределяется их капитал, и поэтому могут взимать более высокие комиссии за транзакции. В крайних случаях арбитражеры добавляют ликвидность каждый раз, когда обнаруживают сделки других пользователей, а затем выкупают ликвидность сразу после завершения сделки. Таким образом, арбитражеры монополизируют почти 100% комиссионных за транзакции, устраняя риск долгосрочных непостоянных потерь.

Плюсы & Минусы MEV

Хотя на поверхности MEV только увеличивает доход узлов сети за счет пользователей, подобно тому, как узлы взимают дополнительные налоги с пользователей сети. Трудно судить о том, хорошо или плохо такое перераспределение ценностей.
Для узлов сети и арбитражеров возможность менять порядок транзакций и собирать MEV - это, безусловно, хорошо. Эти арбитражные возможности также привлекут больше людей, что повысит безопасность и децентрализацию сети блокчейн.
Однако для пользователей стоимость транзакций в сети возрастает, а транзакции арбитражеров, идущие впереди, занимают пропускную способность сети, что приводит к плохому пользовательскому опыту. С другой стороны, эти трудолюбивые арбитражеры также повышают эффективность блокчейна, чтобы криптовалютные активы на цепочке не имели слишком большой разницы в цене. А проведение ликвидации также обеспечивает безопасность использования кредитных протоколов.
С точки зрения сети блокчейн, MEV действительно создает некоторые проблемы. Те лучшие арбитражные узлы, которые хорошо умеют извлекать ценность из транзакций, будут накапливать все больше и больше ресурсов, делая сеть блокчейн более централизованной. В крайних случаях узлы-арбитражники могут даже попытаться подделать старые блоки, чтобы получить дополнительную прибыль.
В заключение можно сказать, что влияние MEV имеет множество аспектов, но нет сомнений, что исследование MEV - это хорошая возможность узнать, как технологии блокчейн могут быть лучше.

Как улучшить MEV？

Основой MEV является прозрачность mempools и права узлов свободно организовывать порядок транзакций. Поэтому, если mempool больше не является прозрачным или если узлы вынуждены упаковывать транзакции в определенном порядке, дополнительных сборов для пользователей можно избежать.
Например, Automata Network использует алгоритм под названием Conveyor, который извлекает ожидающие транзакции из mempool в определенном порядке и прикрепляет к транзакциям подпись узла Automata. Транзакции, не добавленные Конвейером, будут обнаружены. Только те, которые обрабатываются конвейером, могут быть упакованы в новые блоки.

Источник: Automata Blog
Chainlink использует алгоритм под названием Fair Sequencing Services (FSS) для решения проблемы MEV. FSS требует, чтобы смарт-контракты упорядочивали транзакции в соответствии с определенными параметрами, такими как время (когда транзакция попадает в пул памяти), комиссия за транзакцию, сумма транзакции и тип транзакции.
FSS также может зашифровать последовательность транзакций, которая может быть расшифрована только после ее подачи. Это шифрование также является формой разделения Предложения/Застройщика.

Источник: Блог Chainlink
Существует также практика, называемая MEVA (сокращение от MEV Auctions). MEVA признает существование MEV, а также призывает все ноды и арбитражников как можно чаще получать MAV в любой форме. Часть выручки от аукционов будет перечислена в государственные фонды и возвращена всем пользователям протокола.
Оптимизм - это протокол уровня 2, который использует модель MEVA. В какой-то степени MEVA заставляет пользователей платить "налог", чтобы стимулировать развитие протокола, поскольку узлы и арбитражеры могут быть стимулированы к повышению эффективности сети.
Использование протоколов агрегаторов на цепочке помогает снизить негативное влияние MEV и повысить эффективность использования капитала.
Протоколы агрегаторов также могут оградить пользователей от негативного воздействия MEV. Разница в цене одного и того же криптовалютного актива в разных пулах ликвидности часто возникает из-за того, что пользователи покупают или продают большие объемы на одном DEX. Теоретически, пользователи могут разделить крупные транзакции на разные пулы ликвидности, чтобы снизить свои расходы, хотя для этого потребуется время и терпение. Агрегаторы, такие как 1inch, разработают наилучший способ для пользователей проводить крупные транзакции за один раз, повышая эффективность капитала.
Это неправда, что транзакции, обрабатываемые агрегаторами, больше не могут эксплуатироваться узлами сети. По мере того, как будет изобретаться все больше агрегаторов, а соответствующие технологии будут становиться все более совершенными, пространства для арбитража будет становиться все меньше. Эти протоколы-агрегаторы фактически можно рассматривать как "более дешевые арбитражеры". MEV будет продолжать существовать. Если агрегаторы могут быть дешевле, то у пользователей нет причин платить больше другим арбитражникам.

Влияние слияния на MEV

При PoW майнеры могут максимизировать свою прибыль за счет приоритетного упорядочивания транзакций, создания возможности арбитража DEX, сэндвич-атак и т.д.
После того, как Ethereum перейдет на PoS, ежедневная добыча ETH значительно сократится. Ежедневное вознаграждение за блок будет снижено на 90% с 14 600 ETH до примерно 1 600. При PoS, делаете ли Вы ставку в 32 ETH или 100 ETH, вознаграждение за проверку каждого блока фиксировано.
Поэтому MEV будет очень важен для валидаторов PoS для получения большего вознаграждения. MEV также будет стимулировать людей ставить эфир на карту и становиться валидаторами. Поэтому MEV будет очень важен для Ethereum, который ценит децентрализацию и безопасность.

Годовое вознаграждение валидатора - это сумма вознаграждения за ставку и MEV. (Источник: Flashbots)

И PoW, и PoS сталкиваются с некоторыми проблемами. Изучение MEV приносит больше пользы людям с более высоким капиталом. Поскольку майнерам (валидаторам) не обязательно самим выполнять транзакции, чтобы собрать MEV, они могут выступать в качестве инициаторов и принимать предложения от создателей блоков о предоставлении определенным транзакциям приоритета для получения верификации.
Поэтому валидаторы с большим капиталом могут платить дорогие сборы за то, чтобы транзакции, выгодные для них, обрабатывались преимущественно. Это означает, что эти элитные узлы могут прямо и косвенно контролировать данные транзакции блока. Если эту проблему не удастся решить, Ethereum будет обладать меньшей децентрализацией.
После слияния большинство валидаторов развернут MEV-boost, бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом, созданное Flashbots совместно с разработчиками и исследователями Ethereum. MEV-boost помогает Ethereum уменьшить негативное влияние MEV и сделать сбор MEV более демократичным.
MEV-boost - это решение, основанное на PBS (Proposer Builder Separation), которое может решить проблему централизации узлов после его внедрения на Ethereum.

Что такое PBS (Proposer/Builder Separation)
Proposer/Builder Separation - это разделение роли строительства блока и роли предложения блока в узле. Таким образом, узлы не могут произвольно добавлять, удалять или изменять порядок транзакций в своих собственных интересах. Компонентами PBS являются:

1. Предлагающие блоки: Они предлагают блоки и отправляют в распределенную бухгалтерскую книгу, также известные как валидаторы.
2. Строители блоков: Они пытаются построить наиболее ценный блок, и максимизируют ценность блока путем самостоятельного поиска MEV или путем принятия пакетов от искателей MEV.
3. Поисковики MEV: Они пытаются определить прибыльные сделки, которые ожидают рассмотрения в публичном мемпуле, чтобы получить потенциальные арбитражные возможности. Например, если MEV-поисковик обнаружит большую транзакцию в mempool, он/она может провести сэндвич-атаку.
4. Пакеты: Поисковики MEV создают пакеты из одной или нескольких транзакций. Пучок должен быть расположен в верхней части блока и не может быть разделен.
   Например, большинство инвесторов PoS на Ethereum в настоящее время используют Lido или другие протоколы жидкого стейкинга, поэтому количество строителей намного меньше, чем количество предлагающих. По этой причине узлы и валидаторы Ethereum становятся чрезмерно централизованными. Однако PBS может эффективно решить эту проблему, поскольку построение блоков и предложение блоков назначаются на разные роли в сети.
   Застройщик может извлечь MEV или подать предложение оференту после принятия пакетов, предоставленных поисковиком MEV. Автор предложения должен одобрить пакет от застройщика. Предлагающий не знает содержимого свертка, что представляет собой эффективный способ предотвратить контроль предлагающего над порядком транзакции и кражу MEV.

Зачем запускать MEV-boost
MEV-boost - это решение для PBS, которое позволяет отдельным стакерам участвовать в сети блокчейн и повышать ее децентрализацию.

1. Пользователи и поисковики отправляют транзакции блокчейн-строителям через публичный p2p txpool или по прямым каналам.
2. Конструкторы строят полезную нагрузку выполнения, используя эти транзакции и параметры заголовков, предоставляемые валидаторами. Разработчики могут напрямую установить адрес получателя платы валидатора.
3. Реле получают полезную нагрузку от строителей и проверяют действительность полезной нагрузки, а также рассчитывают стоимость полезной нагрузки (количество ETH, выплачиваемое получателю вознаграждения).
4. Эскроу получает полную полезную нагрузку выполнения от ретрансляторов, чтобы обеспечить доступность данных.
5. Валидаторы получают заголовки полезной нагрузки выполнения от ретрансляторов (полезная нагрузка выполнения, очищенная от содержимого транзакции). Валидатор выбирает наиболее ценный заголовок, подписывает полезную нагрузку и возвращает ее ретранслятору и депонированию для распространения в сети.
   
   Процесс построения блока для mev-boost, взято из блога Manifold Finance

Предложенная архитектура позволяет валидаторам передавать задачу построения блоков сети сторонних строителей блоков. Хотя валидаторы имеют возможность включать в цепочку любую полезную нагрузку, нейтральность сети и доходы валидаторов максимальны, когда работа валидатора сводится к выбору полезной нагрузки, которая платит ему наибольшее количество ETH.

Заключение

С точки зрения децентрализации и справедливости, MEV действительно имеет преимущества, несмотря на множество недостатков.
В целом, блокчейн обещает создать справедливую, не требующую разрешения, не вызывающую доверия и децентрализованную финансовую систему для пользователей. Однако, если мы посмотрим на это более пристально, то обнаружим, что в пространстве блокчейн все еще существуют доверенные сторонние посредники. В традиционных финансах посредниками являются государственные органы и банки, а в сетях blockchain - майнеры и валидаторы, которые отвечают за создание новых блоков и манипулирование порядком транзакций. Они используют свою власть для добавления, удаления или перестановки транзакций в блоках, чтобы получить дополнительную прибыль от пользователей.
Экономические стимулы побуждают больше узлов к конкуренции, следовательно, усиливая децентрализацию.
Хотя ни один пользователь не будет рад платить этот ненужный налог на использование сети или мириться с перегруженностью сети блокчейн, вызванной арбитражными ботами, отправляющими большое количество нежелательных транзакций, существование MEV приносит не только недостатки, но и преимущества. Экономические стимулы заставляют все больше узлов присоединяться, делая сеть блокчейн более децентрализованной и обеспечивая стабильность цен на различных рынках. Пользователи могут торговать в любое время без необходимости предварительно сравнивать цены на разных рынках. Как максимизировать его преимущества и одновременно минимизировать недостатки - ключевой вопрос для обсуждения в будущем.

Решения по смягчению влияния MEV предлагались одно за другим, но баланс многоролевой власти на рынке все еще требует рассмотрения.
Что касается того, как смягчить или даже устранить MEV, было предложено много различных решений, таких как услуги справедливой последовательности, зашифрованные конфиденциальные транзакции, аукцион на право упорядочивания блоков, разделение предложений и застройщиков и т.д. Эти методы являются новаторскими, и пока еще не ясно, смогут ли они защитить интересы майнеров и арбитражеров и обеспечить устойчивый рост сети блокчейн. Каждая транзакция имеет связанные с ней значения. Возможно, допустимо позволить арбитражерам извлекать часть стоимости в разумных пределах.
MEV будет продолжать существовать, и свободный рынок в конечном итоге достигнет динамического равновесия.
По мере развития технологии блокчейн ожидается появление стратегий MEV с более сложными, комплексными и интегрированными мульти-блокчейн сетями. Некоторые опасаются, что такая ситуация заставит операторов узлов или арбитражных ботов монополизировать ресурсы и вызовет кризис централизации, но дело в том, что расширение знаний неизбежно приведет к появлению конкурентов. В долгосрочной перспективе MEV - это рынок, полный жесткой конкуренции, на котором неэффективные узлы и сети блокчейн будут устранены, а те, у кого лучшие показатели, будут поддержаны пользователями. В гонке за ресурсами будет достигнут баланс между эффективностью и децентрализацией. MEV может продолжать существовать, но станет дешевле и конкурентоспособнее, выступая в качестве ключевого драйвера для роста криптоэкосистемы.