以太坊很快将从PoW过渡到PoS共识协议。开发者们已经致力于实现这一转变数年时间，并且分多个步骤进行。第一步是在2020年12月推出信标链，当前信标链现在已经上线，在撰写本文时，信标链上已经有超过16万名个验证者，相当于质押了约500万ETH。
第二步「大合并」可能会在2022年初发生。虽然在这一步之外还有很多细节需要解决，但关于PoS以太坊已经有足够多的细节被解决，这就允许我们能够推断出最大可提取价值在eth2中的情况。
在本文中，我们将研究eth2中的交易排序，并分析由MEV价值提取而带来的验证者收益增长。我们发现，MEV将显著提高验证者获得的奖励，但也可能会加剧eth2参与者之间的不平等。我们还将讨论eth2中MEV的定性方面，比如交易平台和验证者池等最大利益相关者之间的潜在动态。
本文由AlexObadia和TaarushVblockquotepapalp共同撰写。完整的分析文档参见：
https://github.com/flashbots/eth2-research
?
01.eth2概述
目前以太坊的共识由运行挖矿硬件的矿工们实现，这些硬件被优化以更好地解决PoW挑战。而从PoW共识到PoS共识的转变意味着以太坊网络将由验证者来保护，每个验证者节点需要质押32ETH的保证金，并通过投票以达成对信标链状态的共识。验证者这样做有着经济上的激励，即验证者的良好行为将获得奖励，而离线或者恶意行为将受到惩罚。
目前，信标链与eth1链并行运行，自2020年12月以来信标链一直在成功地在运行中。「大合并」将使得信标链与当前的eth1链合并。在本文中，我们将使用「eth1」来表示包含区块和交易的以太坊执行引擎；使用「信标链」来表示eth2新的底层PoS共识机制；使用「eth2」来表示合并之后的以太坊权威链，这条链包括了eth1执行引擎和用于实现共识的信标链。
eth2以6.4分钟的增量达成共识。每个epoch包含32个slot，每个slot时长为12秒，每个slot都代表了一个区块被添加进信标链的机会。在正常运行的情况下，每个slot都会产生一个区块，但是诸如验证者离线等原因将可能导致某些slots产生0个区块。
对于每个epoch，所有验证者都是被伪随机地分配去提议区块或者对由其他验证者提议的区块进行证明，提议区块的验证者称为「提议者」，证明区块的验证者称为「证明者」。每个slot期间仅会有1名提议者和多名证明者，这些证明者将负责证明该区块中的所有信息，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的「三个方面」的当前值进行正确地投票来获得奖励，这三个方面分别是：区块链的链头、被证明的检查点以及被敲定的检查点。
备注：每个epoch的最后一个slot被称为检查点。当两个连续的epochs被证明了，那么前一个epoch就可以视为被敲定了，详情可参考《以太坊2.0：如何实现最终性？》。
02.eth2中的MEV
MEV是区块提议者通过对他们提议的区块内的交易进行重新排序、审查或者加塞交易，从而获得的所有可能的价值。为了理解eth2中的交易排序，我们首先来了解一下被用来对交易进行排序的软件的内部工作原理。
1.eth2客户端
由于eth2本质上是合并在一起的两条链，因此eth2客户端由两个「子客户端」组成也就不足为奇了：其中一个是执行引擎客户端，另一个是共识客户端。值得注意的是，当前的PoW以太坊客户端将继续存在于eth2中，并与信标客户端一起运行，彼此分工不同。
其中，eth2中的eth1客户端是对当前的PoW以太坊客户端剥离掉其共识职责，而仅专注于eth1链的交易池、eth1执行和EVM；而信标客户端负责共识和分配验证者的职责。这两个客户端并行运行，各自维护自己的p2p网络堆栈。
eth2客户端可能看起来就像下图这个经修改的示意图
图1
2.eth1的区块提议
正如在当前的PoW以太坊中一样，eth2中的eth1客户端将维护一个本地的交易池，其中包含了来自其p2p网络中接收到的交易。正如Rayonism规范中所描述的，信标客户端将与eth1客户端交互，从而形成一个eth1区块。虽然该规范中的通信途径细节可能会在生产中发生变化，但大致的方式很可能会保持一致：
经过多次来回，信标客户端向eth1客户端查询其通过eth1交易池形成的某个eth1区块，检查该区块是否满足各种有效性条件；
一旦这个eth1区块被信标客户端接收，并且满足了各种有效性检查，则该eth1区块将被提议者打包进当前的信标区块中，并成为证明者要投票的数据的一部分。
然后信标客户端将要求eth1客户端把eth1链的链头更新为这个最新被打包的eth1区块；
一段之间之后，这个包含了该信标区块的epoch会被敲定，然后信标客户端将告知eth1客户端这个eth2区块已经在共识层被敲定了。
图2
虽然eth2中达成共识的方式改变了，但eth2中的每个eth1区块内的交易排序和今天是一样的，都是在排序交易的软件和p2p交易网络中实现的。
3.eth2中是否存在MEV？
由于eth2中的交易排序流程将与当前的PoW以太坊相同，我们有理由认为，MEV机会仍将存在于eth2中，正如我们今天在PoW以太坊中看到的那样。不同之处在于谁拥有对排序的最终控制权，即在eth2中，验证者将对交易排序拥有控制权，验证者被选出来提议信标区块，信标区块中将会包含一个从eth1客户端查询到的新的eth1区块。
图3
这意味着，诸如Flashbots的MEV-geth这样一种允许eth1交易发送者通过给区块提议者支付小费来实现自己希望的交易排序的技术将依然存在。明确了这一主张后，我们现在可以思考一下，通过运行Flashbots这样的软件，验证者能赚多少钱？
03.验证者的奖励机制
虽然MEV是出了名的难以衡量，但我们使用Flashbots数据作为eth2区块提议者通过MEV可以获得的最低额外收益的下限。这是一个收益下限，因为仅有一小部分MEV活动是在Flashbots上发生。
本文分析的一个警告是，本文是基于eth2协议规定的staking收益之上考虑MEV，但不包括区块提议者可以获得的交易费奖励。不包括这些交易费的主要原因是，很难预测在EIP-1559之后提议者将能从交易费用中赚到多少。
1.理想的情况
让我们首先考虑一种理想的情况，即所有验证者完美参与并获得最大的协议奖励，并且所有staking奖励都被平均分配，因为所有验证者都在无限的时间尺度上提议相同数量的区块。
图4：Y轴表示收益率，X轴表示验证者数量。蓝线表示在不考虑MEV的情况下，理想情况中的验证者年收益率；黄线表示在考虑MEV的情况下，理想情况中的验证者年收益率。蓝色竖虚线表示撰文时的验证者数量。
基于当前的验证者数量，我们发现，MEV可以将验证者的奖励增加75.3%，或者说提供一个12.83%的APR，高于比考虑MEV情况下通过质押ETH带来的7.35%APR收益。从中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拥有更大的验证者集合而变得更安全。
随着在不久的将来更多的验证者上线，基于MEV带来的验证者收益提高将会不那么显著，比如25万名验证者时的奖励将仅增加60%。如上所述，这一分析没有考虑验证者将获得多少交易费，因为这将降低MEV对于收益的相对影响。然而，与当前PoW矿工通过Flashbots赚取的额外MEV奖励相比较，这些数据依然是有用的。这种明显的差异源于PoS发行率的显著下降。这表明，在eth2中，MEV的提取将比在eth1中更值得，而且质押者可能会大力推动通过MEV实现的质押收益。
2.将时间因素&REV分配考虑进去
在任何有限的时间尺度上，验证者的奖励都是可变的，因为提议区块有着特定的协议奖励，且因为一些验证者将很幸运地有机会提议比平均数量更多的区块，而一些不那么幸运的验证者将提议更少的区块。
例如，如果网络中有10万名验证者，那么每个验证者每年提议的区块的平均数量是26个区块，而最不幸的1%验证者最多有机会提议15个块，最幸运的1%的验证者则至少提议39个区块。见下图：
图5
基于这一逻辑，我们可以根据3个不同水平的区块提议「运气」来绘制出验证者staking奖励的可变性：
图6：Y轴表示收益率，X轴表示验证者数量。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staking年收益率；红线表示不考虑MEV的情况下最不幸的1%验证者可以获得的staking年收益率；黄线表示不考虑MEV的情况下验证者平均能够获得的staking年收益率。蓝色竖虚线表示撰文时的验证者数量。
现在，我们加入Flashbots上记录的每个区块的平均已获得的提取价值，我们可以比较一下这3个不同水平的区块提议「运气」在考虑MEV价值和不考虑MEV价值的情况下的验证者收益率情况：
图7：绿线表示包含MEV价值提取的情况下，最幸运的1%验证者可以获得的年收益率；红线表示包含MEV价值提取的情况下最不幸的1%验证者可以获得的年收益率；黄线表示包含MEV价值提取的情况下验证者平均可以获得的年收益率。最底下这条粗线是在不考虑MEV的情况下的3种区块提议「运气」中验证者可以获得的staking年收益率，但由于三条线在上图中的差异太小，因此三条线重叠在一起了。
上图中的三条用于表示不考虑MEV价值的3个「运气」水平带来的验证者年staking收益率的曲线几乎重叠在一起而难以区分。这表明，MEV价值的提取扩大了由区块提议「运气」带来的验证者之间收益的不平等。
此外，REV的分布是不均匀的，可以被视为「运气」的第二个维度，即其中一些区块拥有比其他区块更大的MEV奖励。例如，下面是在最近的以太坊10万个连续区块中使用了Flashbots的MEV-Geth挖矿的矿工所获得的REV奖励的分布：
图8
上图中我们将X轴截短至3ETH，但实际上在我们的抽样中矿工最高可以获得101ETH的REV价值。使用这一Flashbots矿工奖励的分布来代表REV的分布，我们可以根据最不幸的1%验证者、平均的验证者和最幸运的1%验证者从MEV奖励中获得的收益来界定和绘制出3个运气级别的年收益率曲线：
图9：绿线代表在包含MEV价值提取的情况下最幸运的1%验证者可以获得的年收益率；红线代表在包含MEV价值提取的情况下最不幸的1%验证者可以获得的年收益率；黄线代表在包含MEV价值提取的情况下验证者平均可以获得的年收益率。蓝色竖虚线表示撰文时的验证者数量。
之前一张图表向我们展示了MEV扩大了由区块提议「运气」带来的验证者之间收益的不平等；而这种图表展示了REV的不均匀分布是验证者之间收益不平等的更大来源，尤其是考虑到这张图中的Y轴增长到了600%，而图7的Y轴仅为80%。
然而，在现实中，验证者将会通过在验证者池中汇聚资源来消除来自区块提议运气和REV分布不均而带来的验证者收益的差异。但这意味着，MEV对于验证者收益的影响可能会抑制人们独立运行验证者节点，使得加入某个验证者池在财务激励上更加有吸引力，从而可能导致网络验证的中心化。
最终，我们担心MEV可能会加重eth2中的寡头垄断动态，因为与那些拥有更少ETH质押量的实体相比，拥有最多ETH质押量的实体的增长速度更快。这将使MEV提取的民主化在eth2中特别重要，从而来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，但如果没有对eth2共识参与者的定性分析，本文就是不完整的。如前所述，在eth2中，矿工和矿池将被控制着大量ETH的实体所代替。这一点已经可以通过信标链浏览器beaconcha.in上显示的当前eth2验证者的eth1存款地址的分布情况看出来：
图10：eth2所有验证者的eth1存款地址的分布情况。可以看出，大量的eth2验证者是通过几家交易平台和质押池等实体的地址来进行质押的，这意味着这些实体控制了很大比例的eth2投票权。
值得注意的是，这个饼状图并没有区分控制共识投票权的最终实体和它所运行的基础设施。虽然eth2共识投票权的中心化令人担忧，但基础设施的中心化可能不是如此，PoS经济激励鼓励基础设施的去中心化，以最小化相关的slashing风险。
具体来说，这意味着像Kraken这样控制了大量eth的交易平台可能会通过将质押金分散到许多基础设施提供商，在不同地区、不同硬件上运行eth2节点，而不是在内部承担这项庞大的基础设施运行任务，从而降低大幅罚没的风险。
1.交易平台
在eth2中最引人注目的变化是交易平台成为了最大的ETH持有者，因此也成为了最大的验证者。Coinbase、币安和Kraken等中心化企业可能将控制最大数量的验证者slots。这些参与者受到与矿池不同的规则约束，对其声誉有许多方面的影响。与矿工格局相比，这种差异可能会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，比如他们获取收益的MEV类型。
有趣的是，这些实体除了参与入eth2质押，还参与多项活动，这可能会为这些交易平台提供的现有服务与MEV价值提取之间的协同增效带来新的机会。这些活动包括加速交易、在提款被打包上链之前提供私下的提款，以及通过对订单流的加密原生支付减少链上交易费等等。
这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这些服务的交易平台，从而可能会损害那些由于监管原因没有或不能提供这些服务的交易平台。此外，交易平台在MEV博弈中的潜在垂直整合是一个值得关注的问题，我们认为应该进一步研究。
2.验证者池
eth2的另一个重要的转变是验证者池的崛起，这些池提供了诸如降低参与eth2质押的最低ETH数量要求、替客户搭建验证者节点、消除由于区块提议的「运气」带来的变量，以及提供诸如staking衍生品之类的额外服务来等好处。
一个有趣的现象是meta-pools池的出现，比如Rocketpool和pdo。这些实体与许多验证者池相连接，很可能成为这些验证者池的质押量的一大来源，因此能够对验证者池的行为施加影响，比如影响验证者池参与的MEV提取类型以及它们向质押者提供的利润分成。
这些meta-pools通常提供质押衍生品。这方面的一个例子是为用户提供他们已被锁定的ETH质押存款的一种流动性代币化版本，用户可以使用这种衍生品在网络中使用。通过允许用户将被锁定的ETH通过衍生品的形式再次用于DeFi中，这将进一步增加验证者在MEV价值之外的收益。
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，我们计划在接下来的几个月里进行研究。以下是其中的四个：
1.eth1区块提议者市场
由于eth2实际上有两个客户端要运行，很可能独立的验证者会选择将他们的eth1节点默认为一个服务提供商，比如Infura，因为运行eth1节点的本身开销非常大。这可能暗示了eth1和eth2节点运行者开始分离。假设这样一个动态的出现，我们可以想象出现一个eth1节点运行者市场，其中运行着高性能的硬件和MEV模拟软件，满足eth2区块提议者的需求。
2.优化MEV搜索时面临的新限制
诸如价格套利和清算等MEV机会在eth2中仍然存在，但提取这些MEV价值的系统有着新的参数，这些参数可能会修改或引入对MEV提取的约束。
比如，eth2的出块时间固定为12秒，而不是像当前eth1的出块时间多变，且区块提议者的slots是在每个epoch开始时被分配的，这意味着提议者将最多能够有6.4分钟的时间来计算他们的任务。这不仅为验证者在eth1客户端交易池上运行计算以获得最佳MEV提取提供了潜在的更多时间，而且由于出块时间的可预测性，使得模拟和执行更容易。
这意味着有更长的、更可预测的时间间隔来计算和执行MEV提取策略，从而实现更复杂的、需要大量计算的MEV提取。
3.领导人选择机制的变化
验证者将提前知道他们是否需要提出一个区块。他们甚至可以在一个epoch内提议多个区块。区块提议者身份的确定会如何改变MEV价值提取的动态？以及如果确定将在一个区块内提议多个区块，这将如何影响MEV提取的动态？特别是，大型验证者池/交易平台最有可能在同一epoch内拥有多个连续的slots。
4.Layer2s&分片
本文的大部分内容都假设eth1的区块内容将保持今天的状态。然而，在现实中，很多交易流将被转移至L2s中进行，以太坊Layer1将用作数据可用性层，zk-rollups和optimisticrollups将负责把批量打包的交易数据提交至Layer1上。
这将直观地减少验证者从MEV中获得的收益。然而，这是很难预测的，因为多个Layer2s的世界带来了额外的复杂性，可能会打开新形式的MEV。类似地，随着eth2的不断发展和分片的投入生产，信标区块内的分片排序可能会有重要意义，MEV可能会成为实现Vitapk提议的「将分片区块错开以实现更快的出块时间」的激励机制。
感谢TerenceTsao、RapJordan、AlejoSalles、LukeYoungblood、TomaszStanczak、LakshmanSankar、BarnabeMonnot、CasparS和ViktorBunin对本文的宝贵贡献和编辑。也要感谢Flashbots团队的其他成员进行的讨论。
正文中涉及的链接：
1:https://ethresear.ch/t/eth1-eth2-cpent-relationship/7248
2:https://github.com/ethereum/rayonism/blob/master/specs/merge.md#assblockquoteble-block
3:https://dashboard.flashbots.net/
4:https://hackmd.io/@flashbots/quantifying-REV
5:https://ethresear.ch/t/simple-approach-to-incentivizing-shard-staggering/914
郑重声明： 本文版权归原作者所有， 转载文章仅为传播更多信息之目的， 如作者信息标记有误， 请第一时间联系我们修改或删除， 多谢。