以太坊2.0越来越好，MEV价值探索

以太坊很快就会从 PoW 过渡到 PoS 共识协议。 多年来，开发人员一直在分多个步骤致力于这一转变。 第一步是2020年12月上线信标链，目前信标链已经上线。 在撰写本文时，信标链上已经有超过 16 万个验证者（validators），相当于质押了约 5 亿个 ETH。

“大合并”的第二步可能会在 2022 年初发生。虽然在这一步之后还有很多细节需要解决，但关于 PoS 以太坊（即 eth2）已经解决了足够的细节，这让我们可以推断出最大可提取价值（MEV，Maximal Extractable Value，以前称为“miner-extractable value”）在eth2.

在本文中，我们研究了 Eth2 中的交易排序，并分析了由于 MEV 值提取而导致的验证者收入的增加。 我们发现 MEV 将显着增加验证者获得的奖励，但也可能加剧 eth2 参与者之间的不平等。 我们还将讨论 Eth2 中 MEV 的定性方面，例如交易所和验证者池（即权益池）等最大利益相关者之间的潜在动态。

本文由 Alex Obadia 和 Taarush Vemulapalli 共同撰写。

01.eth2概述

目前，以太坊的共识是通过矿工运行经过优化的挖矿硬件来实现的，以更好地解决 PoW 挑战。 从 PoW 共识到 PoS 共识的转变意味着以太坊网络将受到验证者（而不是矿工）的保护。 每个验证者节点需要质押 32 个 ETH 作为押金，并投票对信标链的状态达成共识。 验证者这样做是有经济动机的，即验证者将因良好行为而获得奖励，并因离线或恶意行为而受到惩罚（削减）。

目前，信标链与自 2020 年 12 月成功运行的 eth1 链并行运行。“大合并”将看到信标链与当前的 eth1 链合并。 在本文中，我们将使用“eth1”来指代包含区块和交易的以太坊执行引擎； 使用“信标链”来指代eth2新的底层PoS共识机制； 使用“eth2”指合并后的以太坊权威链，这条链包括eth1执行引擎和用于达成共识的信标链。

Eth2 以 6.4 分钟（称为纪元）为增量达成共识。 每个纪元包含 32 个时隙，每个时隙持续 12 秒，每个时隙代表一个块被添加到信标链的机会。 正常运行时，每个槽位都会产生一个区块，但部分槽位可能会因为验证者离线等原因产生0个区块。

对于每个epoch，所有的验证者都被伪随机分配给其他验证者提出的区块或证明区块，提出区块的验证者称为“Proposer”，证明区块的验证者称为“certifier”。 每个时隙只有 1 个提议者和多个验证者，这些验证者将负责证明区块中的所有信息，包括来自 eth1 的数据和来自信标链的数据。 证明者通过对信标链“三个方面”的当前值进行正确投票而获得奖励以太坊2.0，这三个方面是：区块链的链头（即顶层区块）、已证明的检查点和最终确定的检查点。

注意：每个纪元的最后一个时隙称为检查点。 当两个连续的 epoch 被证明是合理的时，前一个 epoch 可以被认为是最终确定的。

02. Eth2中的MEV

MEV（最大可提取价值）是区块提议者可以通过重新排序、审查或阻止其提议的区块内的交易获得的总可能价值。 要了解 eth2 中的交易排序，让我们首先看一下用于排序交易的软件（即 eth2 客户端）的内部工作原理。

1.eth2客户端

由于 eth2 本质上是两条链合并在一起（即 eth1 链和信标链），因此 eth2 客户端由两个“子客户端”组成也就不足为奇了：其中一个执行引擎客户端，另一个是共识客户。 值得注意的是，目前的 PoW 以太坊客户端（即 eth1 客户端）将继续存在于 eth2 中，并与 beacon 客户端一起运行，有不同的分工。

其中，eth2中的eth1客户端剥离了其对当前PoW以太坊客户端的共识责任，只专注于eth1链的交易池、eth1执行和EVM； 信标客户端负责验证者的共识和分配。 职责（例如信标块的证明和提案）。 这两个客户端并行运行，各自维护自己的 p2p 网络栈（beacon 客户端维护 libp2p，eth1 客户端维护 devp2p）。

一个 Eth2 客户端可能看起来像下面这个修改后的图表（来自 Danny Ryan [1] 的一篇文章）

图1

2.eth1的区块提案

与当前的 PoW 以太坊一样，eth2 中的 eth1 客户端将维护一个本地交易池（mempool），其中包含从其 p2p 网络接收的交易。 如 Rayonism 规范 [2] 中所述，信标客户端将与 eth1 客户端交互以形成 eth1 块。 虽然本规范中的通信路径（两个客户端之间）的细节可能会在生产中发生变化，但一般方法可能会保持不变：

1. 经过几轮之后，信标客户端向eth1客户端查询一个通过eth1交易池形成的eth1区块以太坊2.0，检查该区块是否满足各种有效性条件；

2. 一旦eth1区块被信标客户端接收并满足各种有效性检查，eth1区块将被提议者打包到当前信标区块中，成为数据的证明者（证明者）部分进行投票。

3、然后信标客户端会要求eth1客户端更新eth1链的链头（即最顶层区块）为最新打包的eth1区块；

4. 一段时间后，包含信标块的epoch会被敲定，然后beacon客户端会通知eth1客户端，eth2块已经在共识层敲定。

图 2

尽管在 eth2 中达成共识的方式发生了变化，但在 eth2 中每个 eth1 区块内的交易排序与今天相同，无论是在排序交易的软件（例如 PoW 以太坊客户端 Geth）中还是在 p2p 交易中网络实现。

3、eth2中是否存在MEV？

由于 Eth2 中的交易排序过程将与当前的 PoW 以太坊相同，因此有理由假设 Eth2 中仍然存在 MEV 机会，就像我们今天在 PoW 以太坊中看到的那样。 区别在于谁对排序有最终控制权，即在 eth2 中，验证者（而不是矿工）将控制交易的排序，验证者被选中来提议信标块，信标块将包含一个新的 eth1 块从 eth1 客户端查询。

图 3

这意味着 Flashbots 的 MEV-geth（一种改进的 eth1 客户端软件，旨在优化 MEV 的提取）等工具允许 eth1 交易发送者通过支付小费来支付区块提议者（和交易排序者），以实现交易所需排序的技术将仍然存在。 有了这个明确的说法，我们现在可以考虑通过运行像 Flashbots 这样的软件，验证者可以赚多少钱？

03.验证者奖励机制

虽然众所周知 MEV 很难衡量，但我们使用 Flashbots 数据 [3] 作为 eth2 区块提议者可以通过 MEV 获得的最低额外收益的下限。 这是收入的下限，因为只有一小部分 MEV 活动发生在 Flashbots 上。

对这种分析的一个警告是，本文将 MEV 考虑在 eth2 协议规定的质押奖励之上，但不包括区块提议者可以获得的交易费奖励。 不包括这些交易费用的主要原因是很难预测提议者在 EIP-1559 之后能够从交易费用中赚取多少（EIP-1559 将引入基本费用销毁机制）。

1、理想情况

让我们首先考虑一种理想情况，其中所有验证者都完美参与并最大化协议奖励（即没有大规模削减），并且所有质押奖励均等分配，因为所有验证者都在无限时间尺度上提出相同数量的区块。

图 4

注：Y轴代表回报率，X轴代表验证者数量。 蓝线表示在不考虑MEV的情况下，验证者在理想情况下的年收益率； 黄线表示考虑 MEV 时，验证者在理想情况下的年回报率。 蓝色垂直虚线表示撰写本文时的验证者数量（大约 160,000 个验证者）。

基于目前的验证者数量（160,000 个验证者），我们发现 MEV 可以将验证者奖励提高 75.3%，或者提供 12.83% 的 APR（年化收益率），高于考虑 MEV 时的通过率。 通过抵押 ETH 获得 7.35% 的 APR 收入。 由此可以得出的一个结论是，更高的验证者奖励意味着更多的 ETH 持有者将被吸引成为验证者，这反过来意味着以太坊在拥有更多验证者的情况下变得更加安全。

随着近期更多验证者上线，基于 MEV 的验证者收入增加幅度将不那么显着。 例如，当有 250,000 个验证者（即质押 800 万个 ETH）时，奖励只会增加 60%。 如上所述，该分析没有考虑验证者将收到多少交易费用，因为这会降低 MEV 对收益的相对影响。 然而，与 PoW 矿工目前通过 Flashbots 获得的额外 MEV 奖励（目前约为 5.6%）相比，这些数字仍然有用。 这种明显的差异源于 PoS 发行率的显着下降。 这表明 MEV 提款在 eth2 中比在 eth1 中更有价值，并且质押者可能会努力争取通过 MEV 获得的质押收益。

2.考虑时间因素和REV分配

在任何有限的时间尺度上，验证者奖励都是可变的，因为提议区块的协议特定奖励，并且因为一些验证者足够幸运，有机会提议比平均更多的区块，而一些不太幸运的验证者将提议更少的区块。

例如，如果网络中有 100,000 个验证者，每个验证者平均每年提出的区块数为 26 个区块，最不幸的 1% 验证者最多有机会提出 15 个区块，最幸运的 1%验证者提议至少 39 个区块。 见下文：

图 5

基于这个逻辑，我们可以根据 3 个不同级别的区块提案“运气”（即最幸运的 1% 验证者、最不幸的 1% 验证者和平均验证者）绘制验证者质押奖励（忽略 MEV 的影响）：

图 6

注：Y轴代表回报率，X轴代表验证者数量。 绿线表示在不考虑 MEV 的情况下，最幸运的 1% 验证者可以获得的年质押回报率； 红线表示在不考虑MEV的情况下，最倒霉的1%验证者所能获得的年质押收益率； 黄线表示验证者在不考虑 MEV 的情况下可以获得的平均 Staking 年收益率。 蓝色垂直虚线表示撰写本文时的验证者数量（大约 160,000 个验证者）。

现在，我们加上 Flashbots 上记录的每个区块的平均实现可提取值（REV，Realized Extractable Value）[4]，我们可以比较这 3 个不同级别的区块提案在不考虑 MEV 值和验证者回报率时的“运气” MEV值：

图 7

注：绿线表示最幸运的1%验证者通过MEV值提取可以获得的年收益率； 红线代表最幸运的1%验证者通过MEV值提取可以获得的年回报率； 黄线代表在包含 MEV 值提取的情况下验证者可以获得的平均年回报率。 底部的粗线是验证者在不考虑 MEV 的情况下，在三个区块提案“运气”中可以获得的 Staking 年化收益率。 但是由于上图中三条线相差太小，导致三条线重叠。

上图中（图 7），在不考虑 MEV 值的三个“运气”水平的情况下，用来表示验证者年度 Staking 收益率的三条曲线几乎重叠，难以区分。 这表明 MEV 值的提取放大了区块提议的“运气”带来的验证者之间收益的不平等。

此外，REV 的分布不均匀，可以看作是“运气”的第二个维度，即这些区块中的一些区块比其他区块具有更大的 MEV 奖励。 例如，这里是矿工使用 Flashbots 的 MEV-Geth 挖矿在以太坊的最后 100,000 个连续区块（从区块高度 11,600,000 开始）中获得的 REV 奖励的（长尾）分布：

图 8

在上图中（图 8），我们将 x 轴（矿工在每个区块中实际赚取的 REV 值）截断为 3 ETH，但实际上在我们的样本中，矿工可以获得的最大 REV 值为 101 ETH。 用这个 Flashbots 矿工奖励的分布来表示 REV 的分布，我们可以定义并绘制出每个幸运等级的年收益率曲线：

图 9

注：绿线代表最幸运的1%验证者通过MEV值提取可以获得的年收益率； 红线代表最倒霉的1%验证者通过MEV值提取所能获得的年回报率； 黄线代表在包含 MEV 值提取的情况下验证者可以获得的平均年回报率。 蓝色垂直虚线表示撰写本文时的验证者数量（大约 160,000 个验证者）。

上图（图 7）向我们展示了 MEV 放大了区块提案“运气”带来的验证者之间的收入不平等； 这张图（图 9）表明 REV 的不平等分布是验证者之间收入不平等的更大来源，特别是考虑到这张图（图 9）中的 Y 轴增长到 600%，而图7只有80%。

然而，在现实中，验证者会将资源集中在验证者池（所谓的质押池）中，以消除因区块提议运气和 REV 分配不均而导致的验证者收入差异。 但这意味着 MEV 对验证者收入的影响可能会抑制人们独立运行验证者节点的积极性，从而使加入验证者池在经济上更具吸引力，这可能会导致网络验证的中心化。

最终，我们担心 MEV 可能会加剧 ETH2 中的寡头垄断动态，因为持有最多 ETH 的实体比持有较少 ETH 的实体（验证者池）增长得更快。 这将使 MEV 提取的民主化在 Eth2 中变得尤为重要，以保持共识投票权的去中心化。

04. 新的共识参与者

虽然上述定量分析对于开始思考 Eth2 中的 MEV 很重要，但如果不对 Eth2 共识参与者进行定性分析，本文将是不完整的。 如前所述，在 Eth2 中，矿工和矿池将被控制大量 ETH 的实体（如交易所、协议金库、投资基金和验证者池）所取代。 这已经可以从信标链浏览器 beaconcha.in 上显示的当前 eth2 验证器的 eth1 存款地址分布中看出：

上图：eth2 上所有验证者的 eth1 存款地址分布。 可以看出，大量的eth2验证者通过多个交易所、质押池等实体的地址进行质押，这意味着这些实体控制着很大比例的eth2投票权。

值得注意的是，这个饼图没有区分控制共识投票权的终端实体和它运行的基础设施。 虽然 Eth2 共识投票权的中心化是一个问题，但基础设施的中心化可能不会，PoS 经济激励鼓励基础设施的去中心化，以最大限度地减少相关的削减风险。

具体来说，这意味着像 Kraken 这样控制大量（用户的）eth 的交易所可能会在不同的地区、不同的硬件上运行 eth2 节点，通过将（用户的）存款分散到许多基础设施提供商，而不是承担这个庞大的基础设施运营任务在内部，从而降低巨额罚款的风险。

1.交流

Eth2 最显着的变化是交易所成为了最大的 ETH 持有者，因此也是最大的验证者。 Coinbase、Binance 和 Kraken 等中心化参与者可能会控制最大数量的验证器位置。 这些参与者受与矿池不同的规则管辖，这在很多方面影响他们的声誉。 与矿工格局相比，这种差异可能对验证者格局产生新的影响，并可能影响验证者参与的活动，例如他们获得的 MEV 类型。

有趣的是，这些实体除了 Eth2 质押外还参与了多项活动，这可能会为这些交易所提供的现有服务与 MEV 价值提取之间的协同增效带来新的机会。 这些活动包括加快交易、在链上打包之前提供私人取款，以及通过订单流的加密原生支付降低链上交易费用等。

此类服务最初可能是最前沿的，它们的好处可能意味着用户会迁移到提供它们的交易所，这可能会损害出于监管原因不提供或不能提供它们的交易所。 此外，MEV 游戏中交易所的潜在垂直整合（例如交易所运行自己的机器人将交易提交给自己的验证节点）是我们认为应该进一步调查的一个问题。

2. 验证者池

eth2 的另一个重要转变是验证器池（所谓的“staking pools”）的兴起，它提供的功能包括降低参与 eth2 staking 所需的最低 ETH 数量（用户需要自己运行单个验证器节点）。 质押32个ETH，加入验证人池可以提供少于32个ETH，因为验证人池会将所有用户的ETH集中在一起进行质押），为客户搭建一个验证人节点，消除因区块提案而产生的“运气”（会影响MEV + 交易手续费收入），并提供额外的服务，例如质押衍生品（得益于他们管理的资本基础）和其他好处。

一个有趣的现象是meta-pools池的出现，比如Rocketpool和Lido。 这些实体连接到许多验证者池，并且很可能是这些验证者池的大量质押来源，因此能够对验证者池的行为施加影响，例如影响验证者池参与的 MEV 取款类型以及他们对 staking 的贡献 运营商提供的利润分成。

这些元池通常提供质押衍生品。 这方面的一个例子是为用户提供其锁定的 ETH 抵押存款的流动性代币化版本，用户可以使用该衍生品在（以太坊）网络上消费。 通过让用户通过衍生品的方式复用 DeFi 中锁定的 ETH，这将进一步增加验证者的收益，使其超过 MEV 的价值。

05.开放式问题

我们对 Eth2 中 MEV 的探索发现了许多悬而未决的问题，我们计划在未来几个月内进行调查。 这是其中的四个：

1. Eth1 区块提议市场

由于 eth2 实际上有两个客户端要运行（eth1 客户端 + beacon 客户端），独立验证者很可能会选择将他们的 eth1 节点默认给一个服务提供商，比如 Infura，因为运行 eth1 节点本身就非常昂贵。 这可能暗示 eth1 和 eth2 节点运行器开始分离。 假设出现这样的动态，我们可以想象一个运行高性能硬件和 MEV 模拟软件的 eth1 节点运营商市场，以满足 eth2 区块提议者的需求。

2. 优化 MEV 搜索时面临的新限制

Eth2 中仍然存在价格套利和清算等 MEV 机会，但提取这些 MEV 值的系统有新的参数，可能会修改或引入对 MEV 提取的约束。

例如，eth2 的出块时间是固定的 12 秒，而不是 eth1 当前的出块时间是可变的，块提议者的槽位是在每个 epoch 的开始分配的，这意味着提议者将能够有 6.4 分钟来计算他们的任务（当然，在 epoch 开始时被分配到 slots 的提议者没有那么长）。 这不仅让验证者有更多时间在 eth1 客户端交易池上运行计算以获得最佳 MEV 提取，而且由于块时间的可预测性，它还使模拟和执行更容易。

这意味着有更长、更可预测的间隔来计算和执行 MEV 提取策略，从而实现更复杂、计算密集型 MEV 提取。

3. 领导人选拔机制的变化

验证者会提前知道他们是否需要提议一个区块（除非它是某个新纪元的第一个时隙）。 他们甚至可以（尽管概率很低）在一个时期内提出多个区块。 区块提议者的识别如何改变 MEV 值提取的动态？ 如果确定一个区块内将提出多个区块，这将如何影响 MEV 退出的动态？ 特别是，大型验证器池/交易所最有可能在同一时期内拥有（分配给）多个连续的时隙。

4. L2 和碎片化

本文的大部分内容都假设 eth1 的区块内容将保持不变。 但现实中，很多交易流会转移到L2s，以太坊L1作为数据可用性层，zk-rollups和optimistic rollups负责将分批打包的交易数据提交到L1。

这会直观地减少验证者获得的 MEV 数量。 然而，这很难预测，因为多 L2 的世界引入了额外的复杂性，可能会开辟新形式的 MEV（即跨 L2 交易、跨 L1-L2 交易）。 同样，随着 eth2 的不断发展和分片投入生产，在信标块内对分片进行排序可能很重要，而 MEV 可能是实现 Vitalik 提出的“错开分片块以加快出块时间”的激励机制的关键 [5]。