Paradigm 新文：MEV 税与优先排序

作者：Dan Robinson, Dave White

编译：Joyce，BlockBeats

介绍

在这篇文章中，我们将介绍 MEV 税，这是任意应用程序可以用来捕获自己的 MEV 的机制。这种机制现在可以在 OP Mainnet、Base 和 Blast 等 OP Stack L2 上使用，因为这些链上的区块提议者遵循一组我们称为竞争优先级排序的规则。

为了对其中一条链征收 MEV 税，智能合约会收取一笔费用，该费用是交易优先费的函数。如果应用程序对搜索者每 1 美元的优先费收取 99 美元的 MEV 税，那么它可以捕获该交易的 99% 的竞争性 MEV。

MEV 税是一种简单的技术，可以开辟广阔的设计空间。您可以将它们视为允许链上的任何应用程序运行自己的自定义 MEV 拍卖，而无需任何自己的链下基础设施，只需连接到由区块提议者运行的单个共享拍卖即可。

我们阐述了如何利用 MEV 税来解决 MEV 研究中的三个主要问题：

去中心化交易所 (DEX) 路由器可优化交换者收到的价格；

自动做市商 (AMM)，最大限度地减少流动性提供者经历的损失与再平衡 (LVR)；

让用户捕获其交易创建的任何「后台运行」MEV 的钱包；

但有一个问题。MEV 税只有在区块提议者严格遵守竞争性优先排序规则的情况下才有效，其中包括按优先费对交易进行排序，而不进行审查、窥视或延迟任何交易。如果区块提议者偏离这些规则，他们就可以逃避 MEV 税，为自己获取价值。因此，如今，MEV 税依赖于信任的 L2 排序器，并且可能根本无法在以太坊 L1 上发挥作用，在以太坊 L1 中，区块构建由竞争性的构建者拍卖主导，从而最大限度地提高提议者的收入。

尽管如此，MEV 税收的力量和灵活性表明，对于目前能够提供这种服务的平台来说，优先排序可能是正确的选择。竞争优先级排序的相对简单性表明，可能存在一种可行的方法来以分散的方式强制执行，而不必信任单个排序器。我们希望这篇文章能够激发对该问题的进一步研究。

优先排序

当有人在以太坊 L1 或 L2 上发送交易时，他们会指定优先费，并将其支付给区块提议者。您可以想象这被指定为 priorityFeePerGas（优先排序费），一个数字乘以交易中使用的 Gas 以获得 builderPriorityFee—以 ETH 表示的总付款。

以太坊协议中没有规定块中的交易必须按降序贪婪排序 priorityFeePerGas。然而，这是一种流行的构建区块的方式——例如，它是 OP Stack 链的排序器以及 geth 和 reth 使用的默认算法。优先级排序不仅可以让交易者有效地表达其交易的紧迫性，还可以自然地将某些类型的 MEV 传递给区块提议者。

发生这种情况是因为优先排序将 MEV 的竞争变成了优先 gas 拍卖。当有机会从与链的交互中获利时，例如通过 AMM 与中心化交易所进行套利，搜索者会竞相抢占先机。如果链使用优先级排序来确定交易包含和排序，则搜索者通过为其交易设置高优先级费用来竞争。

在无风险利润竞争为零的竞争场景中，获胜的搜索者最终应该支付全额 MEV 优先费。因此，如果通过与合约交互可以获得 100 ETH 的利润，则第一笔索取该利润的交易将设置 100 ETH 的优先费用。（我们在局限性部分讨论了一些注意事项）。

MEV 税

假设智能合约想要从与之交互的任何交易中捕获 MEV。有大量关于智能合约可以尝试捕获自己的 MEV 的不同特定应用方式的研究。

但事实上，我们不一定要了解有关应用程序的任何信息。如果我们知道该区块是通过竞争性优先排序构建的，那么我们就有一个关于交易中 MEV 数量的通用信号：优先费。

我们建议智能合约可以查看交易的优先费用，并收取自己的费用作为其某些递增函数。例如，合约可能要求调用者将 ETH 中的 applicationPriorityFee = 99 * proposerPriorityFee 转移到合约中。

这项新费用由发送交易的搜索者支付，因此它会影响该搜索者的行为。如果机会中有 100 MEV，则获胜交易现在将仅设置 1 ETH 的优先费用，因为这将导致总共支付 100 ETH（1 ETH 支付给区块提议者，99 ETH 支付给智能合约）。任何更高的优先费都会使交易无利可图；任何较低的优先费用都会导致失去机会给设定较高费用的竞争对手。这意味着智能合约已经捕获了交易中 99% 的 MEV。

我们将智能合约征收的这笔额外费用称为 MEV 税。MEV 税允许应用程序为了自身利益而劫持优先级排序，从而允许其为其用户重新捕获 MEV，而不是将其泄露给区块提议者。

如果该费用作为 priorityFeePerGas 的函数增长得足够快，那么提议者将只获得微不足道的 MEV。由于 priorityFeePerGas 以 wei（1 ETH 的十亿分之一）计价，因此我们需要处理很多精度。例如，只要 MEV 税足够敏感，50,000 的 priorityFeePerGas 将导致过高的税，那么支付给提议者的总金额将低于 0.01 美元。(5)

然而，有一个重要的警告。正如「局限性」部分中所讨论的，MEV 税只有在区块提议者遵循某些规则（我们称之为「竞争性优先顺序」）时才起作用，而不是为了最大化自己的收入而偏离这些规则。以不信任的方式执行这些规则是一个悬而未决的问题。

单应用 MEV 捕获

在这里，我们概述了如何在保证使用竞争优先顺序进行区块构建的链上，MEV 税可用于缓解 MEV 中的三个重要问题：让 DEX 接口改善交换者的交易执行，让 AMM 减少套利损失他们的 LP，并让钱包通过出售用户的反向运行权利来减少用户的 MEV 泄漏。

去中心化交易所路由器

在 UniswapX 和 1inch Fusion 等基于意图的 DEX 路由协议中，用户（Alice）签署交换意图，搜索者竞相以最优惠的价格为 Alice 路由或填充该意图。

UniswapX 当前版本使用两种机制来进行竞争：荷兰式拍卖，Alice 的限价会随着时间的推移而变化，直到搜索者填满为止；以及初始链下询价 (RFQ) 拍卖，用于设置荷兰式拍卖的起始价格。

在保证竞争性优先排序的平台上，UniswapX 可以用单一机制取代这些机制：MEV 税。它可以通过让用户签署任何人都可以立即填写的订单来实现这一点，但执行价格设置为交易优先级的函数。

例如，如果 Alice 有一个出售 1 ETH 的 UniswapX 订单，她可以将订单的执行价格定义为 minimumPrice + ($0.01 * priorityFeePerGas)。minimumPrice 可能是某个固定值，她预计该值将明显低于当前价格。

搜索者将通过提交交易来竞争填补 Alice 的订单。无论哪笔交易具有最高优先级费用且不恢复，都将完成订单，这应该保证交换者获得搜索者可以找到的最佳价格。（「局限性」部分讨论了一些例外情况。）

如果 Alice 的最低价格为 3,000 美元，而 ETH 的当前价格为 3,500 美元，则获胜交易中的 priorityFeePerGas 约为 50,000。（请注意，在一笔花费 200,000 Gas 的交易中，这将导致仅向区块提议者支付约 100 亿 wei（约 0.000035 美元）。）

与 UniswapX 中使用的现有机制相比，这具有一些潜在的好处。

与使用荷兰式拍卖的订单相比，使用 MEV 税的订单可以更快地完成且价格更优惠。正如本文所讨论的，由于区块之间的价格变动，链上荷兰式拍卖会向 MEV 泄露一些价值，并且可能需要许多区块才能完成。相比之下，使用 MEV 税的订单通常可以在下一个区块中完成，同时捕获绝大多数 MEV。

与链下询价不同，使用 MEV 税的订单的拍卖将在链上交易执行时自动进行。这意味着，可以保证中标者只有在链上交易成功的情况下才承诺填写订单。这可以使 AMM 等链上流动性更容易与链下流动性竞争，这意味着 UniswapX 可以作为 Uniswap v4 等多池系统的更有效的路由器。

AMM

通常情况下，AMM 会将价值泄露给套利者，他们根据区块顶部的过时价格进行交易，正如损失与再平衡论文中所讨论的那样。我们可以使用 MEV 税来让 AMM 捕获 MEV。为了简单起见，我们将讨论如何在没有集中流动性的情况下在 AMM 上发挥作用。（如果您对如何通过集中流动性来解决此类问题感兴趣，Sorella 将很快发布一种解决方案。）

AMM 可以通过收取额外费用作为交易优先费的函数来捕获 MEV，从而允许其拍卖在区块中首先进行交易的权利。有多种方法可以计算和计价该费用。我们将讨论一个可以说是中性的——以资金池流动性为单位，sqrt(xy)。获胜的交易将是最大程度增加矿池流动性的交易。

当在块中的池上执行第一个事务时，池可以强制执行条件（将 a 作为某个常量），而不是强制执行条件 x_end * y_end > x_start * y_start ：

x_end * y_end > (sqrt(x_start * y_start) + a*priorityFeePerGas)^2

该公式将激励套利交易者以真实价格进行交易，并且在该交易之后，池中的中点价格应该是真实价格。

在第一笔交易之后，交易可以像 Uniswap v2 上一样进行，并具有固定的掉期费用。想要在池中进行交易而不支付额外 MEV 税的不知情交易将设置较低的优先费用。

还有许多其他方法可以对 AMM 实施 MEV 税，这些方法会产生不同的效果。例如，MEV 税可以以互换的输入或输出代币计价，可能会影响池所应用的互换费用百分比，或者可以确定用户交易的最低价格。我们认为这是一个值得探索的有趣的设计空间。

逆行拍卖

上述描述显示了如何设计某些应用来避免 MEV 泄漏。然而，如果钱包想要尝试帮助用户捕获他们从与任何应用程序交互的任意交易中创建的 MEV，甚至是那些不包含 MEV 税的应用程序，该怎么办？

例如，当 Alice 在 AMM 上进行大额交易时，她有时会为「backrunners」创造套利机会，将价格拉回。这通常会泄露给 MEV，而不是泄露给 Alice。

MEV-Share 和 MEVBlocker 是两个允许用户从交易中捕获 MEV 的协议，但它们依赖于复杂的链下拍卖系统。订单流拍卖设计空间描述了一些其他解决方案。

MEV 税与基于意图的智能合约钱包相结合，可以让我们构建一个替代系统来为 Alice 捕获后台运行的 MEV。假设 Alice 没有创建在 AMM 上进行交易的交易，而是签署了任何人都可以提交到 Alice 的智能合约钱包以使其采取该操作的意图。Alice 的智能合约钱包向提交该交易的任何人收取 MEV 税，该税支付给 Alice。

提交 Alice 意图的搜索者将拥有反运行她的专有权利，因为他们可以在同一笔交易中自动执行此操作。因此，如果搜索具有竞争力，那么 Alice 的所有利润都应该通过 MEV 税归入 Alice 手中。

请注意，该系统不一定能保护用户免受涉及抢先交易用户交易的攻击，因为抢先交易用户的交易可能能够避免向该用户支付 MEV 税。这个问题（以及一些可能的缓解措施）将在下面的限制部分中更详细地讨论。尽管如此，这至少可以是对使用公共内存池且没有任何缓解措施的系统的改进。

其他用例

除了这些例子之外，MEV 税的其他潜在用途可能包括目前使用链下或荷兰式拍卖的几乎所有事物，例如：

预言机捕获其创造的预言机可提取价值的协议，例如 Oval；

Blend 等 NFT 抵押贷款协议的再融资拍卖；

借贷协议清算的泄漏价值低于荷兰式拍卖；

跨应用 MEV 捕获

上述解决方案旨在捕获 MEV 与单个应用程序的交互。但有时搜索者可能可以通过在同一事务中与多个应用程序交互来获取更多价值。

如果这些应用程序中只有一个具有 MEV 税，则交易中的所有 MEV 都应转至具有 MEV 税的应用程序，无论 MEV 税多高或多低。

但是，如果搜索者的交易与使用 MEV 税的两个应用程序交互怎么办？例如，如果有一些 MEV 只能通过针对缴纳 MEV 税的 AMM 填写上述其中一份缴纳 MEV 税的 UniswapX 订单来捕获，该怎么办？

在这种情况下，每个应用程序捕获的超额 MEV 的相对金额取决于这些应用程序如何设置其 MEV 税。如果作为 MEV 税收取的价值 app_i 由函数 tax_i(priority) 给出，则获胜交易的优先级可以通过求解以下等式中的优先级来确定：

tax_1(priorityPerGas) + tax_2(priorityPerGas) = total MEV

（从技术上讲，我们可以为 priorityPerGas * gasUsed 添加第三项，以说明支付给区块提议者的优先权费用，但我们将忽略这一点，在正常情况下它可能可以忽略不计)

在 MEV 税与 priorityPerGas 呈线性关系的简单情况下（因此 tax_1(priorityPerGas) = a_1 * priorityPerGas），您可以求解每个应用程序收到的 MEV 份额：

a_1 * priorityPerGas + a_2 * priorityPerGas = MEV
priorityPerGas = MEV/(a_1 + a_2)
tax_1(priorityPerGas) = (a_1/(a_1+a_2))*MEV
tax_2(priorityPerGas) = (a_2/(a_1+a_2))*MEV

在设置自己的 MEV 税时，应用程序面临着权衡 - 更高的税收让它在跨应用程序 MEV 发生时获得更大份额，但这意味着如果存在竞争方式来提取它，它可能会错过一些跨应用程序 MEV。例如，如果有一个 AMM 对每笔交易收取 MEV 税，那么 MEV 税 UniswapX 订单可能更有可能由不同的 AMM 或链下填充者填充。

在许多情况下，可能存在一种均衡，其中两个应用程序设计其 MEV 税，以便以最大化各自利润的方式共享 MEV。例如，MEV 税 AMM 可能希望从区块顶部附近的单个知情交易者那里获取价值，但随后希望以较低的固定利率向其他交易者和应用程序（包括使用 MEV 税的应用程序）提供流动性。费用。在这种情况下，AMM 可能会设置相对较低的 MEV 税（例如 $0.00001 * priorityFeePerGas），以便套利交易（如果有）发生在区块的早期，然后对后续交易不收取 MEV 税区块中的交易。像 UniswapX 这样想要与 AMM 交互的应用程序可以设置更高的 MEV 税（例如 $0.01 * priorityFeePerGas），以确保在池已经套利后将其交易包含在内。考虑到这些相对税收，即使 UniswapX 订单中只有 1 美元的 MEV 和 50,000 美元的 MEV，AMM 最终也会首先被套利。

我们认为这是一个值得未来研究的广阔设计空间。

局限性

MEV 税有一些复杂性和缺点，我们认为这些都是未来研究的有趣领域。

激励不相容

MEV 税对于垄断区块提议者来说不具有激励相容性。它们只有在交易包容性存在公平竞争的情况下才能发挥作用，而只有当区块提议者遵循我们称之为「竞争性优先级排序」的规则，而不是最大化自己的收入时，这种情况才会发生。非正式地列举一些建议规则，包括但不限于以下几点：

优先排序。块内的交易必须按 priorityFeePerGas 降序排列。

抵制审查制度。如果块提议者在块期间收到事务 t1，并且该块未满或包含某些事务 t2，例如 t2.priorityFeePerGas < t1.priorityFeePerGas，则该块必须包含事务 t1。

交易前隐私。区块提议者必须通过私有端点接受交易，并且在提交到区块之前不得与其他任何人共享此类交易，或者使用这些交易的内容作为构建自己的交易的输入。

没有最后的审查。区块提议者必须设定一个明确的区块时间，在此时间之前，他们接受任何人的交易请求；在此时间之后，他们不再接受任何人的交易请求。

如果违反这些属性中的一项或多项，可能会削弱 MEV 税的有效性。违反审查制度的区块提议者可以通过排除竞争交易并提交为自己占便宜的零优先级交易来避免大多数 MEV 税。违反交易前隐私的区块提议者可以从其他交易中窃取 MEV 或查看他们的优先费用，以确切地知道自己需要设置多高的费用，而能够比其他人晚提交交易的区块提议者将获得免费的「最后看看是否要以高于其他人的价格获得机会，这两种情况都可能造成逆向选择问题，最终阻碍竞争。

不幸的是，虽然第一个属性很容易在协议层强制执行，但以不信任的方式强制执行其他属性是一个悬而未决的问题。

在协议层缺乏强制执行的情况下，需要信任承诺这些规则的单个定序器不会偏离这些规则，并且如果提议者将区块构建外包给竞争性收入最大化拍卖（例如以太坊 L1 的 MEV-Boost），块可能不会跟随它们。

这些问题可以通过单个可信排序器来「解决」，该排序器承诺使用竞争性优先级排序来进行块构建。它们也可以通过使用共识、密码学和/或可信执行环境的某种组合的去中心化机制来解决，例如 Sorella 的 Angstrom、Flashbots 的 SUAVE、无领导拍卖或多重性。

完整区块

当区块完全满时，MEV 税正常运作的一个例外就会发生。在这种情况下，区块提议者可能不得不放弃优先级较低的交易，而不是简单地将它们包含在区块中。由于与 MEV 税应用程序交互的交易可能具有极低的优先费用，因此这些应用程序可能会被不使用 MEV 税或 MEV 税极低的应用程序挤出。然而，在使用类似 EIP-1559 的机制来设置单独的基本费用的链中，区块完全填满的情况应该相对罕见。此外，考虑到当区块已满时某些交易需要延迟，通过设置更高的 MEV 税来延迟表示较低紧迫性的交易可能是一个合理的结果。

已恢复的交易

MEV 税实际上依赖于单块拍卖，其中每个「出价」都是一次交易。这些拍卖的一个缺点是，失败的出价通常会导致恢复的交易被包含在链上，支付一些基本费用并导致链拥堵。

如果排序器可以完全排除失败的事务，这将缓解这个问题，尽管即使使用集中式排序器也很难实现。（它也不会严格遵守上述抗审查属性，尽管可以调整该定义。）更复杂的定序器可以通过允许交易指定它们正在参与哪些有争议的拍卖来优化此过程，从而使定序器能够足够的信息来跳过它知道会失败的后续事务。

泄露用户意图

MEV 税只有在搜索者之间存在竞争的情况下才有效，这意味着这个机会需要在某种程度上广为人知。对于像 AMM 这样的应用程序，机会在链上可见，这应该自然发生。但对于基于意图的路由或后台拍卖等应用程序，这意味着应用程序可能需要与搜索者共享用户的意图。

在某些情况下，在用户意图实现之前传播用户意图而造成的临时隐私损失可能会以 MEV 税无法收回的方式泄漏价值。

例如，假设 Alice 想要使用上述的后台拍卖协议购买低流动性代币。她发布了智能合约钱包的签名意图，以在 AMM 上购买该代币，并设置一定的滑点容差。搜索者可以在高优先级交易中竞相将该代币的价格推高至她的滑点容忍度，而无需填写用户的订单。然后，获胜者 Bob 可以通过在低优先级交易中包含并反向运行它，以非竞争性的方式满足 Alice 的意图，从而夹住 Alice 的交易并给她一个更差的价格，同时逃避她的 MEV 税。购买 NFT 也可能会出现类似的问题。

需要注意的是，这样的攻击对 Bob 来说是有风险的，因为他无法保证在购买代币和卖给 Alice 之间的原子性。一个天真的 Bob 可能会陷入「夹击撕裂」陷阱中：Alice 先发布意图从自己手中购买一个无价值的代币，Bob 为了夹击她的交易而购买了该代币，但在 Bob 完成夹击之前，Alice 撤回了她的意图。

应用程序还可以通过限制与其共享意图的搜索者集合并监控他们的行为来缓解这种情况，就像许多现有的订单流拍卖所做的那样。

也可以将 MEV 税与具有隐私意识的构建器功能结合起来，就像 Flashbots 为 SUAVE 设计所设想的那样。

最后，如果 Alice 认为分享意图的成本超过了竞争性搜索的收益，她可以自己构建交易并将其直接提交到区块中。如上所述，竞争优先级排序的理想实现将为区块提议者提供交易前隐私。

相关讨论

优先 gas 拍卖。Flash Boys 2.0 论文研究了去中心化区块链中优先级排序的一些动态，该论文创造了「矿工可提取价值」这一术语。该论文指出，以太坊矿工（当该网络使用工作量证明时）已经按优先级排序交易，并且套利者依靠这种行为参与「优先 gas 拍卖」，他们在其中竞标被纳入的权利第一个区块，这导致去中心化交易所套利的大部分 MEV 归矿工所有。

先到先得。通过交易排序规则来缓解 MEV 的一些尝试，例如 Themis 或 Arbitrum One 的当前排序器 (7) 侧重于执行不同的排序规则，先到先服务（有时称为「公平排序」），其中块提议者必须按照他们看到交易的顺序对交易进行排序。

优先级排序采用不同的方法——平等对待给定时间内到达的交易，并按其声明的优先级对它们进行排序。

先来先服务很难在具有多个验证器的真实网络环境中执行甚至定义。即使使用单个可信排序器，它也可能导致浪费的延迟竞争和垃圾邮件。最后，MEV 税可能能够消除先到先得排序无法消除的某些类型的 MEV，例如资产价格不连续「跳跃」带来的套利利润。优先排序相对于先到先服务排序的潜在优势在某种程度上与 Budish、Cramton、Shim (2015) 中讨论的离散时间相对于连续时间交换的优势有关。

与此同时，虽然默认情况下优先级排序似乎会向 MEV 泄露价值，但这篇文章展示了如何设计应用程序来重新获得它。

费用共享。Blast 是以太坊 L2，与交易中访问的智能合约共享一部分优先费和基本费用。

MEV 税允许类似的事情（至少对于优先费用），但可以在任何使用竞争性优先排序的链上的应用程序层实施，而不需要对费用共享的特殊支持。它们还允许应用程序将自己的税费定义为优先费的自定义函数，从而提供更大的灵活性，并可能提高 MEV 感知应用程序的可组合性。

无需信任的解决方案。本文重点讨论平台使用竞争性优先级排序的动机以及利用平台的方法，而不是讨论如何以不信任的方式强制执行它。

先前已经对竞争优先级排序所需的每个其他属性进行了重要的讨论。例如，在 Fox, Pai, Resnick (2023) 中，作者讨论了在缺乏审查阻力的情况下链上拍卖的漏洞，并描述了使用多个并发提议者的抗审查拍卖的设计。然而，他们并没有建议交易的具体顺序。

还有其他关于构建信任最小化区块构建机制的研究，包括 Flashbots 的 SUAVE、Sorella 的 Angstrom、Leaderless Auctions、Espresso 和 Offchain Labs 的去中心化 Timeboost，以及 Péter Szilági 的强制公共交易纳入。

我们希望这篇文章鼓励 L2 考虑使用优先级排序（OP 堆栈默认支持），并鼓励应用程序在支持的情况下尝试 MEV 税。我们还希望它能激发对 L1 和 L2 上信任最小化竞争优先级排序协议的进一步研究。