以太坊区块空间、黑暗森林和 MEV，以及未来的新趋势！

作者：Georgios Konstantopoulos & Leo Zhang

“一个能够自在运作的商场就像一个能够自在滚动的轮子：它需求一个轴和光滑杰出的轴承。怎么供给这种轴并坚持轴承杰出的光滑是商场规划的要点。”

—诺贝尔奖得主 Alvin E. Roth

01区块空间商场概述

区块空间(blockspace)是为一切加密钱银网络供给动力的 产品。在区块空间商场中，矿工是生产者，矿池是拍卖商，用户是竞标者。区块空间商场的影响是如此遍及，简直触及了加密钱银生态体系的每个方面。

咱们知道，在区块链网络中，用户建议买卖后，买卖将以点对点 (P2P) 的方法在每个节点的内存池中播送。每笔买卖都附有一笔买卖费(fee)。这笔买卖费标明了买卖者购买区块空间的志愿，然后使自己的买卖被 (矿工) 处理并打包进一个区块中。

每时每刻，都会存在无数个由矿工提议的区块处于“薛定谔的状况”之中，也即介于「未承认」和「已承认」的状况之间。这些区块竞相寻找第一个满意难度目标值的哈希输出。每个被提议的区块都有成为区块链上的下一个区块的概率。经过每秒数十亿次的核算，矿工们将瓦解这一概率波，构成区块链账本的前史记录。

由于每个区块的巨细是有上限的，也即在给定的时刻内能够被打包进入其间的买卖数量是有限的，因而这给予了区块空间一个隐式的时刻价值。假如某笔买卖长时刻未被承认，则可能会遭到商场 (价格) 动摇性的影响，或许被套利机器人抢先买卖。用户为使自己的买卖被承认而支付的买卖费 (fee)，反映了他们竞标区块空间的志愿。区块空间商场将矿工和用户连接在一起。

从表面上看，区块空间商场看起来杂乱而紊乱，由于它缺少中心和谐。它依赖于具体的规矩、程序以及供需的融合来进行自我调整。咱们怎么知道当时的商场规划是否最优化？能够经过诺贝尔奖得主 Alvin E. Roth 窥见一二。

Alvin E. Roth 被以为是商场规划范畴的先驱。在其开创性著作《Who Gets What - and Why》中，他指出，为了正常运转，商场至少需求做三件事：

1. 商场深度：有足够数量的潜在买家和卖家进行互动。在区块空间商场中，供给商 (矿工) 遭到区块奖赏的鼓励来供给哈希率 (算力)；另一方面，跟着越来越多的人 (用户) 运用网络进行买卖，对区块空间的需求也在添加。

2. 安全性：商场参加者必须有安全感，才能披露他们可能持有的机密信息，或许依据这些信息行事。由于链上买卖的通明性，提交密封报价的买卖用户可能并不总能得到他们想要的结果 (也即买卖用户之间无法知晓互相的买卖费出价，往往出价高的买卖先被矿工承认)。此外，买卖需求高度的结算确保，也便是说，应该有足够的算力使区块重组变得本钱昂扬。

3. 战胜拥堵问题：买卖应该及时完结或取消。当商场不能有效地处理买卖量带来的拥堵时，参加者 (用户) 的买卖承认可能遭受很大延迟。正如由于最近以太坊 Dapps (去中心化运用) 大受欢迎，买卖拥堵导致了 Gas 价格的飙升。

在比特币和以太坊的前史上，怎么优化区块空间商场结构的规划常常会引发许多激烈的争辩。在下面的章节中，咱们将从供给侧 (矿工) 和需求侧 (用户) 的角度阐述以太坊区块空间商场的结构。咱们将检查当时的区块空间商场规划是否供给了深度，缓解了拥堵，或许参加其间是否是安全和简略。之后，咱们将评论一些优化区块空间商场结构的抢手提议，以及区块空间商场在未来可能会怎么开展。

1. 供给侧：以太坊挖矿的结构

整个挖矿职业的终究意图是为一种产品，也即区块空间，供给一个去中心化的通明清算所。

这项任务决不是微乎其微的。在一个没有中心威望和谐者且全天候全球运转的分布式区块链体系中，区块空间以匿名的方法拍卖，矿工需求为区块空间供给强大的结算确保，经过在硬件和动力上投入许多资金来进行许多核算，以确保区块链网络的安全。

尽管人们遍及担心算力过于集中化 (比方引发所谓的 51% 算力攻击)，但挖矿职业并不是一个单一的有机体。区块空间商场的动摇对各个参加方的影响程度不同；且每个矿工都遭到地点、矿机类型、温度、维护和挖矿战略等因素的严重影响。

比特币和以太坊挖矿有着天壤之别的商场结构：比特币和一些 PoW 币简直彻底迁移到了 ASIC 挖矿时代。另一方面，尽管以太坊是第二大市值，但以太坊挖矿范畴简直没有 ASIC 挖矿的存在，尽管每隔一段时刻就会呈现新的 ASIC 制造商的传言，但据估量，现在大约 80-90% 的以太坊算力是由 GUP 挖矿主导。

那么从结构上来说，首要由 GPUs 挖矿组成的区块空间供给商商场，与首要由 ASICs 挖矿组成的区块空间商场有何不同呢？

GPU 挖矿始于 NVIDIA (英伟达) 和 AMD。它们要么直接出售独立的显卡，要么批发 GPU 芯片和内存给下流显卡制造商。这些制造商转而删去与挖矿无关的功用，因而被称为“挖矿显卡”。有许多白标定制挖矿卡的品牌。

相比 ASIC 商场，GPU 商场的原始设备制造商的数量要多得多。因而，以太坊的算力构成比典型的 ASICs 网络 (比方比特币网络) 愈加多样化。这也给矿机分销商垄断渠道带来了应战。GPU 矿工有更多的挑选，由于他们不必等候 Bitmain (比特大陆)、Whatsminer 等 ASIC 制造商来处理设备供给链约束。

这意味着，GPUs 的供给一般不像运用高级后端流程的 ASICs 那样存在瓶颈。此外，GPU 矿工并不依赖于任何特定的区块链网络 (能够在不同的 PoW 区块链网络间切换着挖矿)，从事投机性挖矿的矿工简直只运用 GPU 矿机。而且，消费类 GPU 显卡在其他核算范畴也很有价值，比方游戏、数据中心和人工智能作业。总的来说，GPU 矿工在他们的硬件挑选方面有更高的灵活性。

结构决议特性。硬件构成决议了挖矿职业的资本开销和动力消耗。这两个因素是核算挖矿本钱的要害因素，而挖矿本钱对挖矿生态体系的其他部分发生了连锁效应：从设备的制造、分销、保管设施、Gas 本钱的动摇、对 EIPs (以太坊改进提案) 的偏好，到挖矿周期的定义特征。

依据比特币价格和网络算力之间的相对改变率，下图展示了比特币挖矿周期的四个典型阶段 (这个周期会循环发生)：(1) The Rising Bull (上升阶段) → (2) Mining Goldrush (挖矿淘金热阶段) → (3) Inventory Flush (矿机减产，整理库存) → (4) Shakeout (严重改组) → 重复 (1) The Rising Bull (上升阶段) → ......

上图：比特币的价格 (红色曲线) 和比特币网络的算力 (绿色曲线) 的前史改变状况，以及比特币网络挖矿周期的循环。

由于挖矿硬件固有的流动性不足，网络算力的改变往往滞后于价格改变。“硬件反应时刻”是由各种外部因素决议的，如制造商的供给链约束、代工晶圆积压、设备功能，乃至运输物流。

跟着商场正全速进入疯狂的牛市趋势，这种滞后在今年尤其显着。矿工和投资者争相订货新机器；而另一方面，矿机制造商刚刚从 COVID-19 疫情期间的供给链中断中恢复过来，全球集成电路短缺迫使一切需求半导体 (芯片) 的职业——挖矿、汽车、消费电子产品等——都在排着长队等候晶圆分配。

此外，NVIDIA (英伟达) 最近宣布，他们将人为削弱其最新显卡运转 Ethash (PoW 挖矿算法) 功能，以阻挠矿工买下其一切 GPU 库存。这意味着，除非币价或费用持续大幅上涨，否则等到积压的矿机终究上线时，“整理库存”和“严重改组”阶段可能会让许多矿工十分苦楚。

在以太坊中，挖矿收入首要有三个来历：

1. 内置的区块奖赏(每个区块奖赏 2 ETH + 叔块奖赏)

2. 买卖费，以及

3. 矿工可提取价值(MEV)

以太坊中的买卖费用占总区块报答的百分比(也即单个以太坊区块中，买卖费占该区块给矿工带来的总收入的百分比)要比比特币高得多(见下图)。这意味着，以太坊矿工不只重视币价，还会重视 Gas 的走势。即使币价坚持不变，买卖费的添加也将足以鼓励以太坊矿工添加自己的算力。

上图中：黄线标明买卖费占比特币区块总报答的百分比，紫线标明买卖费占以太坊区块总报答的百分比。能够看长，后者占比显着更高。数据来历：Coinmetrics

此外，如前所述，与 ASIC 网络相比，GPU 在挑选和分布上的灵活性使其更容易扩展或缩小算力。因而，以太坊挖矿的周期往往比比特币更短：

上图：以太坊的价格 (黄色曲线) 和比特币网络的算力 (蓝色曲线) 的前史改变状况，以及以太坊网络挖矿周期的循环。

挖矿周期越短，意味着当挖矿收益高时， 竞争加剧得更快；而 GPU 硬件挑选的灵活性则意味着当挖矿收益低时，算力更容易免除。

币价和买卖费的显着上涨招引了更多的矿工参加。然而，与大多数产品商场不同的是，更多的生产商 (矿工) 并不意味着区块空间供给的添加——区块空间的供给由区块巨细和均匀出块时刻决议。这意味着，网络算力的添加并不会降低网络买卖费，而是添加了网络的安全预算：跟着越来越多的矿工参加竞争，对前史区块进行重组的本钱变得更高，然后改进了网络的结算确保。

2. 需求侧：用户期望买卖费降到最低

由于区块巨细是有限的，这意味着用户需求竞争体系的资源。关于任何建议链上买卖的用户来说，买卖费方法定义了中心的用户体验。当时，以太坊网络的买卖费方法是「最高价拍卖方法」。

作为最受欢迎的存储和履行智能合约的渠道，以太坊的实用性敏捷上升。DeFi 的“钱银乐高”现已使诸多 DeFi 产品和服务以无需许可的方法彼此结合，并极大地推动了新的金融项意图立异。

今日的以太坊用户经过「最高价拍卖方法」来参加区块空间商场的竞价。这是一种简略的拍卖方法，用户为他们的买卖提交一个报价，以买卖费的方法支付给矿工，以使自己的买卖被矿工打包进入区块。

用户能够经过设置买卖的“Gas 价格”来进行出价，改价格以 gwei/gas 计价 (1gwei = 0.000000001 ETH)。咱们对矿池打包买卖的实证观察 标明，超过 75% 的矿池遵从默认战略，即仅仅按照买卖费的降序打包买卖(买卖费更高的买卖先被打包，买卖费更低的后被打包)，而不优先打包任何特定地址的买卖。见下图：

区块空间需求侧的商场结构很简略：用户期望将支付给矿工的费用降到最低，以享用平稳的体验，而矿工期望最大化他们的收入，由于他们是追求盈余的实体。

用户所支付的费用一直遵从供求规 律，这是一个不争的现实：区块空间是最稀缺的资源，因而那些期望自己的买卖更快被打包进区块的用户，其乐意支付的买卖费往往要比那些乐意等到下一个区块被打包的用户更高。

区块空间是加密范畴最接近“数字房地产”的东西。区块空间具有作为经济活动发生地的“房地产”的内涵价值。

02网络拥堵与买卖费

区块空间的价值直接转化为用户支付的费用。在这种收费方法下，预估“正确”的天然气价格是很难的，这能够从单个区块内 Gas 价格的动摇性看出，见下图：

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上图：以太坊区块的均匀 Gas 价格在一周内从 100 Gwei 动摇到 400 Gwei。

回忆一下诺贝尔奖得主 Roth 对成功的商场规划的三个要求：商场深度、安全性、战胜拥堵。很显着，在拥堵时期，Gas 价格对普通用户来说往往会涨得太高。其间的瓶颈到底在哪里？

Gas 费用的不行预测性源于这样一个现实，即用户无法对接下来的第 1、5 或 10 个区块中包含的“恰当买卖费”进行和谐。如今，大多数用户都是运用“一次性竞价”的方法：他们只对买卖进行一次播送，然后等候买卖被打包进去。

一项新技能的开端版别总是粗糙的。多年来，会呈现不同的版别来处理拥堵问题。区块空间的商场规划触及平衡生态体系中各方的利益。在当时关头，评论了三种可能的处理拥堵问题的途径：

1. 短期：添加区块巨细，但可能损害安全性；

2. 中期：改变区块空间拍卖机制，要求社区达成共识；

3. 长时间：施行可扩展性处理方案，比方 Rollups 和 Eth2.0。

首先。一些人可能会想要添加区块巨细(block size)，这样单个区块就能够包容更多笔买卖 (也即，添加区块空间的供给，假设需求不变) 。但这种改变只能暂时缓解高额买卖费带来的苦楚，由于新的需求会敏捷填满区块，再次推高费用。此外，区块巨细的添加使得区块链节点软件需求占用更多的资源，因而应该避免这种方法，以坚持体系的去中心化。

其次，另一种方法是对竞价过程进行重组。今日，一切区块链的费用机制都施行了“最高价拍卖”。EIP-1559 提案则提议，当体系不拥堵时，将费用机制改变为固定价格出售，答应用户很容易地挑选“最优”的报价来满意他们的挑选偏好。EIP-1559 的变体现已布置在 Near、Celo 和 Filecoin 等区块链网络中。此提案也方案于 2021 年 7 月在以太坊伦敦晋级中激活，这将是有史以来在公开区块链中发生的最大的费用商场机制改变。

EIP-1559 也是以太坊现在最具争议的论题之一。已有超过 60% 的矿池标明反对该提议，EIP-1559 现已演变成用户和区块空间生产者 (即矿工) 之间的“贸易战”。尽管现在还难以量化此提案将对矿工的买卖费收入的切当影响，但矿工界遍及以为，Gas 价格需求大幅上涨，以弥补带来的损失。中国以太坊社区“以太坊爱好者”的阿剑是对这项提议直抒己见的批评者，他以为 EIP-1559“会失去矿工的忠诚”。以太坊矿池 Poolin (币印) 的创始人 Kevin Pan 以为，该提案实际上不会对挖矿收入发生太大影响，但“凌辱极强”。

然而，并不是一切矿工都这么以为。以太坊矿池 F2Pool (鱼池) 的创始人是 DeFi 产品的活泼用户，他们支撑这个提案。乃至连比特币区块巨细“内战”(导致比特币现金的分叉诞生) 中臭名远扬的煽动者吴忌寒也表达对以太坊 EIP-1559 提案的支撑。根本上来说，在一个扎根于国际不同区域的敞开生态体系中，人类的和谐仍然是最大的应战之一。

最后，从长远来看，恰当的处理方案是答应供给侧完成扩展，而不会对 Layer1 (第一层) 体系的信任需求发生严重影响。毕竟，用户想要低费用，而低费用不是一个经济机制规划问题，而是一个基本的区块链可扩展性问题。值得注意的是，可扩展性还答应更多的需求进入体系，这将抵消每笔买卖均匀费用的下降。其间首要方法是所谓的 Layer2 (第 2 层) 处理方案，如 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup。

03以太坊的漆黑森林与暗池

假如咱们是在比特币的背景下，那么环绕需求方 (用户) 的评论将到此结束。然而，在以太坊中，一个正在被构建的金融体系扭曲了游戏规矩。

咱们知道，在一段有限的时刻内，以太坊网络中可能存在某些“时机”，这些时机以套利的方法存在，或许以某项高需求资产的在出售时仅供给有限的参加名额 (比方 ICO) 的方法存在。与人们争相排队购买限量版服装的方法相似，开发者们现已开发出了一种能够智能地竞争链上时机的软件(比方套利机器人，或许抢先买卖机器人)，这些软件乃至经过 Gas 竞价与其他机器人彼此竞争。

这个概念被称为「最优 Gas 费竞拍」(Priority Gas Auction，简称 PGA)，最早是在 Phil Daian 等人的开创性论文《Flash Boys 2.0》1 中描绘的。PGAs 发生的“十分规”收入流被称为「矿工可提取价值」(Miner Extractable Value，简称 MEV)。

当时，以太坊生态上的 MEV 首要由 DeFi 买卖员经过结构化套利战略(经过套利机器人)所获的；而矿工则是经过取得这些买卖员支付的买卖费间接获利。

参加 PGAs 的机器人能够取得一个潜在的十分有利可图的时机，它们乐意以过高的 Gas 价格竞标，然后使买卖尽快被承认打包，以达到它们将能够取得的赢利。经过在打包买卖时按 Gas 费用高低来从头对买卖进行排序，这些过高的 Gas 费用终究落入矿工手中。

这就使得以太坊生态中开展出一片漆黑的森林(Dark Forest)，比方，Phil Daian 在该论文中描绘了一场价值捕获，其间价值约 1.2 万美元的代币落入了“捕食者”的手中。这些捕食者是不断监督以太坊买卖内存池活动的套利机器人，并企图依据预先确定的算法提早 (抢先) 运转特定类型的买卖。Uniswap 等 DEX 渠道很可能充满着套利机器人。

因而，一些服务供给商现已开端供给“暗池”(dark pools)，这些暗池让买卖绕过以太坊公共内存池，因而在这些买卖被打包上链之前，对公众是不行见的。这些暗池不向网络播送买卖，而是直接将买卖转发给矿工，这样这些买卖就不会向网络上的其他节点播送。

这些暗池并非彻底用于完成赢利最大化的意图，也可能是为了逃离以太坊的黑森林。比方，在逃离漆黑森林的过程中 2，安全研究员 samczsun 记录了他的团队怎么运用这种技能从一个有问题的智能合约中解救出 25000 ETH。

抢先买卖(front-running)和暗池并不是加密钱银商场独有的。它们代表了一种与时刻一样陈旧的金融驱动力：隐蔽。华尔街长时间以来一直在承受这种有争议的投资方法。据估量，2015 年后，暗池占美国买卖所上市证券买卖活动的 15-18%。

MEV(矿工可提取价值)的“潜在商场总量”正在呈指数增长(见下图)，自 2020 年头以来，至少有 3.5 亿美元的 MEV 被提取，其间三分之一发生在 2021 年 2 月。提取的大部分 MEV 集中在 Uniswap、Sushiswap、Curve 和 Balancer 等抢手主动做市商之间的套利行为，Compound 和 Aave 的清算也占到了一小部分。

上图：自 2020 年 1 月 1 日以来累计被提取的 MEV。来历：https://explore.flashbots.net

这种蝴蝶效应是惊人的：套利和清算时机发明了 MEV。费用预估器运用经 PGA 竞价调整后的 Gas 价格作为参阅，导致用户为他们的买卖支付过高的费用。

这个问题的中心是，用户和机器人在同一个买卖内存池里。

在抱负状况下，触及 MEV 的买卖应该与非 MEV 买卖处于独立的买卖池中。这将答应提取 MEV 的机器人彼此竞争；而一切其他买卖，比方加密钱银的转移，将在非 MEV 买卖池中进行，这将运用户享用一个更稳定的 Gas 商场。

但不幸的是，对以太坊来说，这种严重更改很难履行。处理这个问题的一个更简略的方法是为矿工引进一个新的 API 端点，在那里他们将承受仅触及 MEV 的买卖包。经过这种方法，套利买卖员将直接向该终端提交他们的买卖，而用户将持续像今日一样运用体系的其余部分。这便是 Flashbots 正在采纳的方法 3。

04矿工将怎么习惯 MEV？

在曩昔，当费用占区块总收益的百分比是微乎其微的时分，矿工的首要重视点是尽可能多地取得区块奖赏 (比方，当时的以太坊区块奖赏是每个区块 2 ETH)。矿工往往会挑选一个具有足够多算力的矿池来保管自己的算力。经过多年的开展，矿池已或多或少地优化到相同的功能范围，落后于同行的矿池将很容易被辨认出来，很快就会被竞争对手挤掉。

除了一些矿池的基本参数 (比方收入分配方案、参加矿池的手续费等) 以外，矿工并不关怀他们参加了哪个矿池；用户也并不真正关怀哪个矿池处理他们的买卖；而只要买卖费有招引力，矿池也不关怀谁是用户。

但跟着 MEV(矿工可提取价值)占区块总收益百分比的增长，矿工、矿池和用户的考虑开端变得愈加微妙。有了 MEV，区块空间商场机制将从朴实的产品商场转变为包含一些配对商场的元素。当用户提交买卖时，他们应该意识到矿池在及时处理他们的买卖的能力。

在其他条件相同的状况下，MEV 会导致 Gas 价格高于 MEV 不存在时的水平。这意味着，矿工现已间接地取得了套利买卖员提取的 MEV 总价值的一小部分，现在估量占比约为 12%。最近的一项剖析也标明，矿工经过 MEV 所赚取的费用终究将会超过“惯例”收入流。也便是说，矿工是寻求赢利的实体，可能期望捕获更多的 MEV。经过使用它们在处理买卖的顺序上的权利，矿工能够挑选刺进、从头排序乃至审查买卖，以最大化其买卖事务的赢利。

理论上讲，在极点状况下，矿工们会不断重组区块链，由于他们会企图从曩昔现已被打包的区块中提取 MEV 价值。尽管有可能发生，但这种状况并不显着可信：矿工 (大多数) 在结构上长时间持有 ETH，而这种重组行为将直接对他们的 ETH 投资发生负面影响。

更乐观的看法是，矿工决议将 MEV 的提取外包给套利买卖员。矿工能够运用上述 Flashbots 方法，或许将他们的算力出租给专门的买卖公司。

咱们估计，以太坊矿池将不行避免地开端在 MEV 提取过程中愈加活泼，由于它们寻求为自己供给的算力取得最佳收益。跟着 MEV 提取比赛的升温，以太坊挖矿生态体系的 (去) 中心化将怎么遭到这种商场结构改变的影响仍有待观察。

05生态体系中的用户将怎么参加到 MEV 中来？

算力的金融化是挖矿职业的一个重要潜在趋势。关于矿工来说，经过算力东西(hashpower instruments)来出售他们的算力是他们锁定未来收入的一种方法。相似于在云挖矿渠道上租借算力，远期合约 (forward contracts) 答应矿工以预付价格将固定数量的算力出售出去一段时刻。假如区块空间相似于房地产，那么算力便是该房产的权益，而算力的远期合约相似于抵押。

那些预期网络 MEV 活动将添加的活泼 DeFi 用户，能够经过购买这些算力东西来进行投机。例如，估计未来 15 天网络 MEV 活动将激增的买卖员，能够在未来 15 天以预先价格购买 x 数量的算力。在合约期内，挖矿收益加上矿工取得的 MEV 收入将随后发生给该买卖员。

这种算力东西和 MEV 都代表了挖矿资本商场的前沿开展。新东西正在积极地朝着这些方向开展。MEV 和算力东西为用户和矿工闭合了一个完好的循环。

06总结

以太坊区块空间商场结构是一个值得研究的风趣论题，而且有充沛的理由。在这个剖析中，咱们观察到了 GPU 和 ASIC 算力商场之间的首要差异。咱们还清晰了发明需求侧动态的要害机制，并将区块空间的供给侧和需求侧在 MEV (矿工可提取价值) 方面捆绑在了一起。

MEV 是以太坊买卖类型日益杂乱的必然结果。跟着针对 MEV 的东西和知识库越来越主流，将会呈现更多风趣的 MEV 方法。

改变一种产品在商场上的出售方法也会改变这种产品的生产方法。MEV 为挖矿职业发明了新的收入渠道，然后反过来影响挖矿职业与区块空间的买家 (即买卖用户) 之间的交互方法。以太坊挖矿周期将呈现新的方法。

视野开拓

总体来说，穷人的首要选择显然是，让自己的生活少一点儿乏味。 人类对于美好生活的基本需求，或许可以解释为什么印度的食品消费一直都在下降。-《贫穷的本质》