优先级您唯一所需要的
简介
在这篇文章中，我们介绍了 MEV 税，这是一种任意应用程序可以使用的机制来捕获自己的 MEV。这种机制可以在类似 OP Mainnet、Base 和 Blast 这样的 OP Stack L2 上使用，因为这些链上的区块提议者遵循我们称之为竞争性优先级排序的一套规则。
要在这些链之一上实施 MEV 税，智能合约会根据交易的优先级费用收取一定比例的费用。我们表明，如果一个应用程序对搜索者收取每 1 美元优先级费用的 MEV 税（比如说 99 美元），它就可以捕获该交易的 99% 竞争性 MEV。
MEV 税是一种简单的技术，打开了广阔的设计空间。你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外基础设施，只需通过连接到由区块提议者共同运行的单个共享拍卖。
我们展示了 MEV 税如何用于解决 MEV 研究中的三个主要问题：
- 优化交换者获得的价格的去中心化交易（DEX）路由器
- 最小化流动性提供者经历的损失与再平衡（LVR）的自动做市商（AMM）
- 允许其用户捕获由其交易创建的任何“反向运行” MEV 的钱包
但这里有一个问题。MEV 税只有在区块提议者严格遵循竞争性优先级排序的规则时才有效，这包括按优先级费用对交易进行排序而不进行审查、偷窥或延迟任何交易。如果区块提议者偏离这些规则，他们可以逃避 MEV 税来捕获价值。因此，今天，MEV 税取决于对 L2 序列化者的信任，而在以竞争性建议者拍卖最大化提议者收入的以太坊 L1 上可能根本不起作用。
尽管如此，MEV 税的强大和灵活性表明，对于今天能够提供的平台来说，优先级排序可能是正确的选择。竞争性优先级排序的相对简单性表明，可能有一种可行的方法以分散的方式强制执行它，而无需信任单个序列化器。我们希望这篇文章能够激发对该问题的进一步研究。
优先订购
当某人在以太坊 L1 或 L2 上发送交易时，他们会指定一个优先级费用，支付给区块提议者。1你可以想象这被指定为 priorityFeePerGas，一个数字，它乘以交易中使用的 gas 来获得 builderPriorityFee——以太总支付。2
在以太坊协议中，并没有规定区块中的交易必须按照优先级费用每单位 gas 降序贪婪排序。然而，这是一种常用的构建区块的方式——例如，这是 OP Stack 链的序列化器、geth 和 reth 使用的默认算法。优先级排序不仅让交易者有效地表达了他们交易的紧急程度，而且还自然地将某些类型的 MEV 导向区块提议者。
这是因为优先级排序将 MEV 的竞争转化为优先级 gas 拍卖。当存在与链的交互中获利的机会时，比如通过对抗一个 AMM 和一个中心化交易所进行套利，搜索者竞争首先获取该机会。如果链使用优先级排序来确定交易的包含和排序，搜索者通过在其交易上设置高优先级费用来竞争。
在一个竞争的情景中，无风险利润被竞争到零，获胜的搜索者应该最终支付优先级费用中的全部 MEV 数额。3所以，如果从与合同交互中获得的利润为 100 ETH，那么第一个要求它的交易将设置 100 ETH 的优先级费用。（我们在限制部分讨论了一些注意事项）。
MEV税
假设一个智能合约想要捕获与之交互的任何交易中的 MEV。有大量关于智能合约可能尝试捕获自己 MEV 的不同应用程序特定方式的研究文献。
但实际上，我们并不一定需要了解应用程序的任何信息。如果我们知道区块是通过竞争性优先级排序构建的，那么我们有一个通用的信号来表示交易中 MEV 的数量：优先级费用。
我们提议，智能合约可以查看交易的优先级费用，并将自己的费用设定为其的某个增加函数。例如，合约可能要求调用它的人将 applicationPriorityFee = 99 * proposerPriorityFee 以 ETH 的形式转移到合约中。4
这个新的费用由发送交易的搜索者支付，因此它影响了该搜索者的行为。如果一个机会中有 100 MEV，那么获胜的交易现在只会设置 1 ETH 的优先级费用，因为这将导致总支付为 100 ETH（1 ETH 给区块提议者，99 ETH 给智能合约）。任何更高的优先级费用将使交易不盈利；任何更低的优先级费用将导致失去机会，让设置更高费用的竞争者获取。这意味着智能合约已经捕获了交易中 99% 的 MEV。
我们将智能合约强加的额外费用称为 MEV 税。MEV 税让一个应用程序劫持了优先级排序以获取自身利益，允许其重新捕获 MEV，而不是泄露给区块提议者。
如果这个费用随着 priorityFeePerGas 的增加速度足够快，那么只会有微不足道的 MEV 归属于提议者。由于 priorityFeePerGas 是以 wei 为单位（相当于以太的十亿分之一），我们有很高的精度来操作。例如，只要 MEV 税足够敏感，以至于一个 priorityFeePerGas 为 50,000 将导致一个难以承受的高税费，那么支付给提议者的总额将小于 0.01 美元。5
然而，有一个重要的注意事项。正如在限制部分讨论的那样，MEV 税只有在区块提议者遵循某些规则——我们称之为“竞争性优先级排序”——而不是偏离这些规则以最大化自身收入时才起作用。以一种不需要信任的方式执行这些规则是一个未解决的问题。
单应用 MEV 捕获
在这里，我们概述了在一个保证使用竞争性优先级排序来构建区块的链上，MEV 税如何可以用来缓解 MEV 中的三个重要问题：允许 DEX 接口改进交易执行以满足交换者的需求，让 AMM 减少其流动性提供者的套利损失，以及让钱包通过出售回运行用户权利来减少用户的 MEV 泄漏。
去中心化交易所路由器
在像 UniswapX 和 1inch Fusion 这样的基于意图的 DEX 路由协议中，用户（Alice）签署一个交换意图，搜索者竞争以尽可能好的价格为 Alice 路由或填充该意图。
当前版本的 UniswapX 使用两种机制来进行竞争：荷兰式拍卖，其中 Alice 的限价会随着时间的推移而变化，直到搜索者填满它，以及初始的链下报价（RFQ）拍卖来设置该荷兰式拍卖的起始价格。
在一个保证竞争性优先级排序的平台上，UniswapX 可以用一个单一的机制来替换这些：MEV 税。它可以通过让用户签署一个立即可以被任何人填充的订单来实现这一点，但是执行价格将根据交易的优先级设定。
例如，如果 Alice 有一个 UniswapX 订单要卖出 1 ETH，她可以将订单的执行价格定义为 minimumPrice +（$0.01 * priorityFeePerGas）。minimumPrice 可以是一个她期望明显低于当前价格的固定值。
搜索者将竞争填充 Alice 的订单，通过提交交易。无论哪个交易具有最高的优先级费用并且不会回滚，都可以填充订单，这应该可以保证交换者获得搜索者能找到的最佳价格。（一些例外情况在限制部分讨论。）
如果 Alice 的最低价格是 $3,000，而当前 ETH 的价格是 $3,500，那么获胜交易中的 priorityFeePerGas 大约为 50,000。（注意，在消耗 200,000 gas 的交易中，这将导致向区块提议者支付约 10 亿 wei，大约为 $0.000035。）
这与 UniswapX 中使用的现有机制相比有一些潜在的优点。
使用 MEV 税的订单可能比使用荷兰式拍卖更快地完成并且以更好的价格完成。正如本文所讨论的，链上荷兰式拍卖由于区块之间的价格波动而向 MEV 泄露了一些价值，并且可能需要多个区块才能完成。相比之下，使用 MEV 税的订单通常可以在下一个区块内完成，并捕获它们的绝大部分 MEV。
与链下 RFQ 不同，使用 MEV 税来填充订单的拍卖将与链上交易执行原子地进行。这意味着获胜的竞标者可以确保只有在他们的链上交易成功时才承诺填充订单。这可能会使链上流动性（如 AMM）更容易与链下流动性竞争，这意味着 UniswapX 可以作为更有效的路由器为 Uniswap v4 等多池系统服务。
AMM
通常情况下，AMM会向套利者泄漏价值，他们会根据区块顶部的陈旧价格进行交易，就像在损失与再平衡的论文中所讨论的那样。我们可以使用MEV税来让AMM获取这些MEV。为了简化问题，我们将讨论在没有集中流动性的AMM上如何实现这一点。（如果您对如何使用集中流动性解决这类问题感兴趣，Sorella即将发布一个解决方案。）
AMM可以通过根据交易的优先手续费收取额外费用来获取MEV，从而允许它拍卖出在区块中首先交易的权利。有许多计算和表示该费用的方法。我们将讨论一个可以说是中立的方法——以池流动性单位sqrt(xy)表示。获胜的交易将是那些最大程度增加池流动性的交易。
在区块中执行池中的第一笔交易时，池不再强制执行条件x_end y_end > x_start y_start，而是强制执行以下条件（其中a为某个常数）：
x_end y_end > (sqrt(x_start y_start) + a*priorityFeePerGas)^2
这个公式将激励套利交易者按真实价格交易，而在那之后的交易之后，池中的中间价格应该是真实价格。6
在第一笔交易之后，交易可以像Uniswap v2那样工作，具有固定的兑换费用。想要在池上交易而不支付额外MEV税的不知情交易将设置一个较低的优先手续费。
有许多其他方法可以在AMM上实施MEV税，这些方法会产生不同的效果。例如，MEV税可以以交换的输入或输出代币表示，可以影响池应用的交换费百分比，或者可以确定用户交易的最低价格。我们认为这是一个有趣的设计领域值得探索。
逆行拍卖
上述描述展示了如何设计某些应用程序以避免泄露MEV。但是，如果一个钱包想要帮助其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呢？即使这些应用程序不包含MEV税。
例如，当Alice在AMM上进行大额交易时，她有时会为“反向套利者”创造一个套利机会来将价格推回。这通常会泄露给MEV，而不是给Alice。
MEV-Share和MEVBlocker是两种允许用户从其交易中捕获MEV的协议，但它们依赖于一个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。
当结合意向驱动的智能合约钱包和MEV税时，我们可以构建一个替代系统来捕获Alice的反向套利MEV。假设Alice不是创建在AMM上交易的交易，而是签署一个意向，任何人都可以提交给Alice的智能合约钱包以导致其执行该操作。Alice的智能合约钱包向提交该交易的人收取MEV税，该税款将支付给Alice。
提交Alice意向的搜索者将拥有专有的权利来反向套利她，因为他们可以在同一笔交易中以原子方式执行此操作。因此，如果搜索是竞争性的，那么所有反向套利Alice的利润都应通过她的MEV税归属给Alice。
需要注意的是，该系统未必能保护用户免受涉及前置交易的攻击，因为一个前置用户交易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方法）在下面的限制部分中进行了更详细的讨论。然而，这至少可以是对使用没有任何缓解措施的公共内存池的系统的改进。
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几乎任何当前使用链下或荷兰式拍卖的事物，例如：
跨应用 MEV 捕获
上述解决方案旨在捕获与单个应用程序的交互中产生的MEV。但有时，搜索者可能通过与同一笔交易中的多个应用程序进行交互来捕获更多的价值。
如果这些应用程序中只有一个应用了MEV税，那么该交易中的所有MEV应该都会归属于使用了MEV税的应用程序，而不管该MEV税有多高或多低。
但是，如果搜索者的交易与使用MEV税的两个应用程序进行交互会怎样呢？例如，如果有一些MEV只能通过对上述MEV税的UniswapX订单之一进行填充，并与使用MEV税的AMM进行交互来捕获呢？
在这种情况下，每个应用程序捕获的多余MEV的相对数量取决于这些应用程序如何设置其MEV税。如果应用程序_i收取的MEV税值由函数tax_i(priority)给出，则可以通过解以下方程来确定获胜交易的优先级：
tax_1(priorityPerGas) + tax_2(priorityPerGas) = total MEV
（技术上，我们可以添加一个第三项，priorityPerGas * gasUsed，来考虑支付给区块提出者的优先费，但我们会忽略这一点，因为正如附录A中讨论的那样，在正常条件下，这可能是可以忽略的。）
在MEV税线性依赖于priorityPerGas的简单情况下（即tax_1(priorityPerGas) = a_1 * priorityPerGas），您可以解出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
当设置自己的MEV税时，一个应用程序面临着权衡——较高的税率让它能够在跨应用程序MEV发生时捕获更大比例的份额，但这意味着如果有竞争的方式来提取它，它可能会错过一些跨应用程序MEV。例如，如果有一个在每笔交易中收取MEV税的AMM，那么一个收取MEV税的UniswapX订单可能更有可能被另一个AMM或链下填充器填充。
在许多情况下，可能存在一个平衡点，两个应用程序设计其MEV税以在最大程度上增加各自福利的方式来分享MEV。例如，一个收取MEV税的AMM可能希望从区块顶部附近的单个知情交易者那里捕获价值，但随后希望为其他交易者和应用程序（包括使用MEV税的应用程序）提供低固定费率的流动性。在这种情况下，AMM可能会设置一个相对较低的MEV税（比如，$0.00001 priorityFeePerGas），以确保套利交易（如果有的话）在区块的早期发生，然后在区块内的后续交易中不收取MEV税。像UniswapX这样希望与AMM进行交互的应用程序可以设置一个更高的MEV税（比如$0.01 priorityFeePerGas），以确保他们的交易在池已经被套利之后被包含。通过这些相对的税率，即使AMM上只有$1的MEV，而UniswapX订单上有$50,000的MEV，AMM仍将首先进行套利。
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税存在一些复杂性和缺点。我们认为每一个都是未来研究的有趣领域。
激励不相容
MEV税对于垄断性的区块提议者来说并不是激励兼容的。它们只在存在对交易包含的公平竞争时才起作用，而这只能在区块提议者遵循我们将称之为“竞争性优先级排序”的规则时发生，而不是最大化他们自己的收入。我们非正式且非穷尽地建议这些规则应包括：
- 优先级排序。区块内的交易必须按优先级费用每单位Gas降序排序。
- 抗审查。如果区块提议者在区块期间接收到交易t1，并且区块要么不是满的，要么包含某些交易t2，使得t2.priorityFeePerGas < t1.priorityFeePerGas，则区块必须包含交易t1。
- 交易前隐私。区块提议者必须通过私密端点接受交易，并且在提交区块之前不得与任何其他人共享这些交易，也不得将这些交易的内容用作构建自己交易的输入。
- 无最后审视。区块提议者必须设置一个明确的时间区块截止时间，在此之前接受任何人的交易，之后不再接受任何人的交易。
如果其中一个或多个属性被违反，则可能削弱MEV税的有效性。一个违反抗审查的区块提议者可以通过排除竞争性交易并提交一个以零优先级的交易来避开大部分MEV税，从而将机会留给自己。一个违反交易前隐私的区块提议者可能会窃取其他交易的MEV，或者窥视它们的优先级费用以确定自己需要设置多高的费用，而能够比其他人晚提交交易的提议者会对是否超出其他人的机会进行自由的“最后审视”，这两者都可能造成逆向选择问题，最终阻碍竞争。
不幸的是，虽然第一个属性在协议层面上很容易实施，但在协议层面上信任地执行其他属性是一个尚未解决的问题。
在缺乏协议层面的执行情况下，一个承诺遵守这些规则的单一序列化者需要被信任不偏离这些规则，而如果提议者将区块构建外包给一个竞争性的最大化收入拍卖（例如以太坊L1的MEV-Boost），区块可能不会遵循这些规则。
这些问题可以通过一个承诺使用竞争性优先级排序进行区块构建的单一可信序列化者来“解决”。它们也可以通过使用一些结合了共识、密码学和/或可信执行环境的分散机制来解决，例如Sorella的Angstrom、Flashbots的SUAVE、Leaderless Auctions或Multiplicity 。
完整块
在MEV税的正常操作中，有一个例外情况是当区块完全填满时。在这种情况下，区块提议者可能不得不略过优先级较低的交易，而不是简单地将它们晚些时间包含在区块中。由于与收取MEV税的应用程序进行交互的交易可能具有极低的优先级费用，因此这些应用程序很可能会被不使用MEV税的应用程序或具有极低MEV税的应用程序排挤出去。然而，在使用类似EIP-1559的机制设置单独基础费用的链上，区块完全填满应该是相对罕见的。此外，鉴于当区块已满时需要延迟某些交易，通过设置较高的MEV税来延迟表达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税有效地依赖于单区块拍卖，其中每个“竞标”都是一个交易。这些拍卖的一个缺点是，失败的竞标通常会导致撤销的交易被包含在链上，支付一些基础费用并拥塞链。
如果一个序列化者可以完全排除失败的交易，那么这个问题就会得到缓解，尽管即使对于一个集中的序列化者来说，实现这一点也可能很困难。（尽管这种定义可能会有所调整，但它也不严格遵守上述描述的抗审查属性。）一个更复杂的序列化者可能能够通过允许交易指定它们参与哪些有争议的拍卖来优化这个过程，从而为序列化者提供足够的信息，以跳过它知道会失败的后续交易。
泄露用户意图
MEV税只有在搜索者之间存在竞争时才能起作用，这意味着机会需要在某种程度上被广泛知晓。对于像AMM这样的应用程序，机会在链上可见，这应该会自然发生。但对于像基于意向路由或反向套利拍卖这样的应用程序来说，这意味着应用程序可能需要与搜索者分享用户的意向。
在某些情况下，在实现用户意向之前广播用户意向所丢失的临时隐私可能会以一种无法通过MEV税重新捕获的方式泄漏价值。
例如，假设Alice想要使用上述反向套利拍卖协议购买低流动性代币。她发布了一个签署的意向，要求她的智能合约钱包在AMM上购买该代币，并设置了一些滑点容忍度。搜索者可以竞相将该代币的价格推到她的滑点容忍度之上，以高优先级的交易进行，而不填充用户的订单。赢家Bob随后可以通过在低优先级的交易中包含并反向套利来非竞争性地填充Alice的意向，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。类似的问题也可能在购买NFT时出现。
需要注意的是，对于Bob来说，这样的攻击是有风险的，因为他无法保证购买代币和将其卖给Alice之间的原子性。一个天真的Bob可能会成为“夹片撕裂”的陷阱的受害者，其中Alice发布了一个意向，从自己那里购买一个毫无价值的代币，导致Bob在预期夹击她的交易时购买该代币，但Alice在Bob完成夹击之前撤销了她的意向。
应用程序也可以通过限制与其共享意向的搜索者集合并监控其行为来缓解这一问题，就像许多现有的订单流拍卖所做的那样。
还可能将MEV税与Flashbots为SUAVE设计中设想的隐私感知构建者功能相结合。
最后，在Alice决定分享她的意向的成本超过了来自竞争性搜索的好处的情况下，她可以自行构建交易并直接提交到区块中。正如上面所讨论的，竞争性优先级排序的理想实现将提供区块提议者的交易前隐私。
讨论和前期工作
优先级气体拍卖。一些去中心化区块链中优先级排序的动态在Flash Boys 2.0论文中进行了研究，该论文创造了“矿工可提取价值”这一术语。该论文观察到以太坊矿工（当该网络使用工作证明时）已经按优先级对交易进行排序，并且套利者依赖该行为参与“优先级气体拍卖”，在这种拍卖中，他们竞标获得首先被包含在区块中的权利，这导致了去中心化交易套利的大部分MEV流向了矿工。
先到先得。一些通过交易排序规则尝试减轻MEV的方法，如Themis或Arbitrum One的当前序列化器，7已经集中在强制执行一个不同的排序规则——先到先得（有时称为“公平排序”），在这种规则下，区块提议者必须按照他们看到的顺序对交易进行排序。
优先级排序采取了一种不同的方法——将在给定时间内到达的交易视为平等，并按照它们声明的优先级进行排序。
在实际网络环境中，使用多个验证器来强制执行或甚至定义先到先得是很困难的。即使只有一个可信的序列化者，这也可能导致低效的延迟竞赛和垃圾信息。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，例如资产价格的不连续“跳跃”所产生的套利利润。优先级排序相对于先到先得排序的潜在优势与Budish、Cramton、Shim (2015)中讨论的离散时间交易相联系。
与此同时，虽然优先级排序似乎默认泄漏价值给MEV，但本文展示了应用程序如何设计以重新捕获这一价值。
费用共享。Blast，一个以太坊的L2，与交易中访问的智能合约共享一部分优先级和基础费用。
MEV税允许类似的事情发生（至少对于优先级费用），但可以在任何使用竞争性优先级排序的链上的应用层实现，而不需要特殊的费用共享支持。它们还允许应用程序将自己的税费定义为优先级费用的自定义函数，提供了更多的灵活性，可能导致更大的MEV感知应用的组合能力。
无信任解决方案。本文关注平台使用竞争性优先级排序的动机以及利用采用这种方式的平台的方法，而不是讨论如何无信任地强制执行它。
已经有大量的先前讨论涉及到实现竞争性优先级排序所需的其他属性。例如，在Fox、Pai、Resnick（2023）中，作者讨论了在缺乏抗审查性的情况下，在链上拍卖中的漏洞，并描述了一种使用多个并发提议者的抗审查拍卖设计。然而，他们没有提出具体的交易排序。
已经有其他研究致力于构建最小信任的区块构建机制，包括Flashbots的SUAVE，Sorella的Angstrom，Leaderless Auctions，Espresso和Offchain Labs的@espressosys/espresso-systems-and-offchain-labs-release-r-d-roadmap-for-decentralized-timeboost-5d0007dff66d">去中心化Timeboost，以及Péter Szilági的强制公开交易纳入。
结论
我们希望这篇文章能鼓励L2网络考虑使用优先级排序（正如在OP Stack中默认支持的那样），并鼓励应用程序在支持的情况下尝试使用MEV税。
我们也希望它能激发进一步的研究，探索在L1和L2上实现最小信任的竞争性优先级排序的协议。如果您对解决这个问题感兴趣，并且在6月6日星期四之前阅读了这篇文章，您仍然可以申请TLDR Fellowship，与Dan一起致力于开发抗MEV的L2序列化器。或者，您也可以随时通过dan@paradigm.xyz和dave@paradigm.xyz与我们分享您的想法！
脚注
在本文中，我们使用“提议者”来指代决定特定区块中包含哪些交易的行为者或过程。在以太坊的L2上，这个角色通常由“序列化器”来担任。在以太坊的L1上，它由一个特定的以太坊验证者（称为提议者）来担任，尽管通常提议者会将构建区块的任务外包给一个竞争性拍卖，其中“中继者”和“构建者”参与进来。这些责任如何划分的细节不在本文的范围之内。 ↩
每单位气体的优先级费用实际上并没有在交易中明确指定，但可以在其中计算出来。交易指定了一个气体价格，但以太坊还收取一个基础费用，这是从气体价格中扣除并销毁的。基础费用应该在MEV税的目的上忽略，因为它不在交易者的控制之下。每单位气体的优先级费用——交易费用中支付给区块提议者部分的价格——可以在Solidity中计算为priorityGasPrice = tx.gasprice - block.basefee。 ↩
或者，我们可以简单地将“MEV”定义为不包括任何搜索者利润，只涉及将价值支付给验证者的价值。 ↩
请注意，提议者的优先级费用（即每单位气体的优先级费用乘以交易中使用的总气体量）实际上无法在合约中计算，因为无法知道交易最终将使用多少气体。然而，这通常不重要，因为我们只需要一个它的上限。为了安全起见，您可以将priorityFeePerGas乘以3000万——以太坊区块中的当前最大气体数量。过高估计这个值只会意味着MEV税会捕获更大比例的MEV。 ↩
假设交易的气体不能超过3000万，那么每单位气体的优先级费用为50,000会导致支付1500 gwei的气体费用——在ETH价格为4000美元时约为0.006美元。 ↩
在每单位气体的优先级费用设置为套利者的利润为零的情况下，利润最大化的套利交易应该对功能最大化的AMM上的相同交易。证明这一点留给读者作为练习。 ↩
- Arbitrum已经讨论了用一种称为Timeboost的优先级排序形式替代它，但在撰写本文时尚未投入生产。 ↩
声明：
本文转载自[paradigm]。所有版权归原作者所有[Dan Robinson & Dave White]。若对本次转载有异议，请联系Gate Learn团队，他们会及时处理。
免责声明：本文所表达的观点和意见仅代表作者个人观点，不构成任何投资建议。
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要在这些链之一上实施 MEV 税，智能合约会根据交易的优先级费用收取一定比例的费用。我们表明，如果一个应用程序对搜索者收取每 1 美元优先级费用的 MEV 税（比如说 99 美元），它就可以捕获该交易的 99% 竞争性 MEV。
MEV 税是一种简单的技术，打开了广阔的设计空间。你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外基础设施，只需通过连接到由区块提议者共同运行的单个共享拍卖。
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这是因为优先级排序将 MEV 的竞争转化为优先级 gas 拍卖。当存在与链的交互中获利的机会时，比如通过对抗一个 AMM 和一个中心化交易所进行套利，搜索者竞争首先获取该机会。如果链使用优先级排序来确定交易的包含和排序，搜索者通过在其交易上设置高优先级费用来竞争。
在一个竞争的情景中，无风险利润被竞争到零，获胜的搜索者应该最终支付优先级费用中的全部 MEV 数额。3所以，如果从与合同交互中获得的利润为 100 ETH，那么第一个要求它的交易将设置 100 ETH 的优先级费用。（我们在限制部分讨论了一些注意事项）。
MEV税
假设一个智能合约想要捕获与之交互的任何交易中的 MEV。有大量关于智能合约可能尝试捕获自己 MEV 的不同应用程序特定方式的研究文献。
但实际上，我们并不一定需要了解应用程序的任何信息。如果我们知道区块是通过竞争性优先级排序构建的，那么我们有一个通用的信号来表示交易中 MEV 的数量：优先级费用。
我们提议，智能合约可以查看交易的优先级费用，并将自己的费用设定为其的某个增加函数。例如，合约可能要求调用它的人将 applicationPriorityFee = 99 * proposerPriorityFee 以 ETH 的形式转移到合约中。4
这个新的费用由发送交易的搜索者支付，因此它影响了该搜索者的行为。如果一个机会中有 100 MEV，那么获胜的交易现在只会设置 1 ETH 的优先级费用，因为这将导致总支付为 100 ETH（1 ETH 给区块提议者，99 ETH 给智能合约）。任何更高的优先级费用将使交易不盈利；任何更低的优先级费用将导致失去机会，让设置更高费用的竞争者获取。这意味着智能合约已经捕获了交易中 99% 的 MEV。
我们将智能合约强加的额外费用称为 MEV 税。MEV 税让一个应用程序劫持了优先级排序以获取自身利益，允许其重新捕获 MEV，而不是泄露给区块提议者。
如果这个费用随着 priorityFeePerGas 的增加速度足够快，那么只会有微不足道的 MEV 归属于提议者。由于 priorityFeePerGas 是以 wei 为单位（相当于以太的十亿分之一），我们有很高的精度来操作。例如，只要 MEV 税足够敏感，以至于一个 priorityFeePerGas 为 50,000 将导致一个难以承受的高税费，那么支付给提议者的总额将小于 0.01 美元。5
然而，有一个重要的注意事项。正如在限制部分讨论的那样，MEV 税只有在区块提议者遵循某些规则——我们称之为“竞争性优先级排序”——而不是偏离这些规则以最大化自身收入时才起作用。以一种不需要信任的方式执行这些规则是一个未解决的问题。
单应用 MEV 捕获
在这里，我们概述了在一个保证使用竞争性优先级排序来构建区块的链上，MEV 税如何可以用来缓解 MEV 中的三个重要问题：允许 DEX 接口改进交易执行以满足交换者的需求，让 AMM 减少其流动性提供者的套利损失，以及让钱包通过出售回运行用户权利来减少用户的 MEV 泄漏。
去中心化交易所路由器
在像 UniswapX 和 1inch Fusion 这样的基于意图的 DEX 路由协议中，用户（Alice）签署一个交换意图，搜索者竞争以尽可能好的价格为 Alice 路由或填充该意图。
当前版本的 UniswapX 使用两种机制来进行竞争：荷兰式拍卖，其中 Alice 的限价会随着时间的推移而变化，直到搜索者填满它，以及初始的链下报价（RFQ）拍卖来设置该荷兰式拍卖的起始价格。
在一个保证竞争性优先级排序的平台上，UniswapX 可以用一个单一的机制来替换这些：MEV 税。它可以通过让用户签署一个立即可以被任何人填充的订单来实现这一点，但是执行价格将根据交易的优先级设定。
例如，如果 Alice 有一个 UniswapX 订单要卖出 1 ETH，她可以将订单的执行价格定义为 minimumPrice +（$0.01 * priorityFeePerGas）。minimumPrice 可以是一个她期望明显低于当前价格的固定值。
搜索者将竞争填充 Alice 的订单，通过提交交易。无论哪个交易具有最高的优先级费用并且不会回滚，都可以填充订单，这应该可以保证交换者获得搜索者能找到的最佳价格。（一些例外情况在限制部分讨论。）
如果 Alice 的最低价格是 $3,000，而当前 ETH 的价格是 $3,500，那么获胜交易中的 priorityFeePerGas 大约为 50,000。（注意，在消耗 200,000 gas 的交易中，这将导致向区块提议者支付约 10 亿 wei，大约为 $0.000035。）
这与 UniswapX 中使用的现有机制相比有一些潜在的优点。
使用 MEV 税的订单可能比使用荷兰式拍卖更快地完成并且以更好的价格完成。正如本文所讨论的，链上荷兰式拍卖由于区块之间的价格波动而向 MEV 泄露了一些价值，并且可能需要多个区块才能完成。相比之下，使用 MEV 税的订单通常可以在下一个区块内完成，并捕获它们的绝大部分 MEV。
与链下 RFQ 不同，使用 MEV 税来填充订单的拍卖将与链上交易执行原子地进行。这意味着获胜的竞标者可以确保只有在他们的链上交易成功时才承诺填充订单。这可能会使链上流动性（如 AMM）更容易与链下流动性竞争，这意味着 UniswapX 可以作为更有效的路由器为 Uniswap v4 等多池系统服务。
AMM
通常情况下，AMM会向套利者泄漏价值，他们会根据区块顶部的陈旧价格进行交易，就像在损失与再平衡的论文中所讨论的那样。我们可以使用MEV税来让AMM获取这些MEV。为了简化问题，我们将讨论在没有集中流动性的AMM上如何实现这一点。（如果您对如何使用集中流动性解决这类问题感兴趣，Sorella即将发布一个解决方案。）
AMM可以通过根据交易的优先手续费收取额外费用来获取MEV，从而允许它拍卖出在区块中首先交易的权利。有许多计算和表示该费用的方法。我们将讨论一个可以说是中立的方法——以池流动性单位sqrt(xy)表示。获胜的交易将是那些最大程度增加池流动性的交易。
在区块中执行池中的第一笔交易时，池不再强制执行条件x_end y_end > x_start y_start，而是强制执行以下条件（其中a为某个常数）：
x_end y_end > (sqrt(x_start y_start) + a*priorityFeePerGas)^2
这个公式将激励套利交易者按真实价格交易，而在那之后的交易之后，池中的中间价格应该是真实价格。6
在第一笔交易之后，交易可以像Uniswap v2那样工作，具有固定的兑换费用。想要在池上交易而不支付额外MEV税的不知情交易将设置一个较低的优先手续费。
有许多其他方法可以在AMM上实施MEV税，这些方法会产生不同的效果。例如，MEV税可以以交换的输入或输出代币表示，可以影响池应用的交换费百分比，或者可以确定用户交易的最低价格。我们认为这是一个有趣的设计领域值得探索。
逆行拍卖
上述描述展示了如何设计某些应用程序以避免泄露MEV。但是，如果一个钱包想要帮助其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呢？即使这些应用程序不包含MEV税。
例如，当Alice在AMM上进行大额交易时，她有时会为“反向套利者”创造一个套利机会来将价格推回。这通常会泄露给MEV，而不是给Alice。
MEV-Share和MEVBlocker是两种允许用户从其交易中捕获MEV的协议，但它们依赖于一个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。
当结合意向驱动的智能合约钱包和MEV税时，我们可以构建一个替代系统来捕获Alice的反向套利MEV。假设Alice不是创建在AMM上交易的交易，而是签署一个意向，任何人都可以提交给Alice的智能合约钱包以导致其执行该操作。Alice的智能合约钱包向提交该交易的人收取MEV税，该税款将支付给Alice。
提交Alice意向的搜索者将拥有专有的权利来反向套利她，因为他们可以在同一笔交易中以原子方式执行此操作。因此，如果搜索是竞争性的，那么所有反向套利Alice的利润都应通过她的MEV税归属给Alice。
需要注意的是，该系统未必能保护用户免受涉及前置交易的攻击，因为一个前置用户交易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方法）在下面的限制部分中进行了更详细的讨论。然而，这至少可以是对使用没有任何缓解措施的公共内存池的系统的改进。
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几乎任何当前使用链下或荷兰式拍卖的事物，例如：
跨应用 MEV 捕获
上述解决方案旨在捕获与单个应用程序的交互中产生的MEV。但有时，搜索者可能通过与同一笔交易中的多个应用程序进行交互来捕获更多的价值。
如果这些应用程序中只有一个应用了MEV税，那么该交易中的所有MEV应该都会归属于使用了MEV税的应用程序，而不管该MEV税有多高或多低。
但是，如果搜索者的交易与使用MEV税的两个应用程序进行交互会怎样呢？例如，如果有一些MEV只能通过对上述MEV税的UniswapX订单之一进行填充，并与使用MEV税的AMM进行交互来捕获呢？
在这种情况下，每个应用程序捕获的多余MEV的相对数量取决于这些应用程序如何设置其MEV税。如果应用程序_i收取的MEV税值由函数tax_i(priority)给出，则可以通过解以下方程来确定获胜交易的优先级：
tax_1(priorityPerGas) + tax_2(priorityPerGas) = total MEV
（技术上，我们可以添加一个第三项，priorityPerGas * gasUsed，来考虑支付给区块提出者的优先费，但我们会忽略这一点，因为正如附录A中讨论的那样，在正常条件下，这可能是可以忽略的。）
在MEV税线性依赖于priorityPerGas的简单情况下（即tax_1(priorityPerGas) = a_1 * priorityPerGas），您可以解出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
当设置自己的MEV税时，一个应用程序面临着权衡——较高的税率让它能够在跨应用程序MEV发生时捕获更大比例的份额，但这意味着如果有竞争的方式来提取它，它可能会错过一些跨应用程序MEV。例如，如果有一个在每笔交易中收取MEV税的AMM，那么一个收取MEV税的UniswapX订单可能更有可能被另一个AMM或链下填充器填充。
在许多情况下，可能存在一个平衡点，两个应用程序设计其MEV税以在最大程度上增加各自福利的方式来分享MEV。例如，一个收取MEV税的AMM可能希望从区块顶部附近的单个知情交易者那里捕获价值，但随后希望为其他交易者和应用程序（包括使用MEV税的应用程序）提供低固定费率的流动性。在这种情况下，AMM可能会设置一个相对较低的MEV税（比如，$0.00001 priorityFeePerGas），以确保套利交易（如果有的话）在区块的早期发生，然后在区块内的后续交易中不收取MEV税。像UniswapX这样希望与AMM进行交互的应用程序可以设置一个更高的MEV税（比如$0.01 priorityFeePerGas），以确保他们的交易在池已经被套利之后被包含。通过这些相对的税率，即使AMM上只有$1的MEV，而UniswapX订单上有$50,000的MEV，AMM仍将首先进行套利。
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税存在一些复杂性和缺点。我们认为每一个都是未来研究的有趣领域。
激励不相容
MEV税对于垄断性的区块提议者来说并不是激励兼容的。它们只在存在对交易包含的公平竞争时才起作用，而这只能在区块提议者遵循我们将称之为“竞争性优先级排序”的规则时发生，而不是最大化他们自己的收入。我们非正式且非穷尽地建议这些规则应包括：
- 优先级排序。区块内的交易必须按优先级费用每单位Gas降序排序。
- 抗审查。如果区块提议者在区块期间接收到交易t1，并且区块要么不是满的，要么包含某些交易t2，使得t2.priorityFeePerGas < t1.priorityFeePerGas，则区块必须包含交易t1。
- 交易前隐私。区块提议者必须通过私密端点接受交易，并且在提交区块之前不得与任何其他人共享这些交易，也不得将这些交易的内容用作构建自己交易的输入。
- 无最后审视。区块提议者必须设置一个明确的时间区块截止时间，在此之前接受任何人的交易，之后不再接受任何人的交易。
如果其中一个或多个属性被违反，则可能削弱MEV税的有效性。一个违反抗审查的区块提议者可以通过排除竞争性交易并提交一个以零优先级的交易来避开大部分MEV税，从而将机会留给自己。一个违反交易前隐私的区块提议者可能会窃取其他交易的MEV，或者窥视它们的优先级费用以确定自己需要设置多高的费用，而能够比其他人晚提交交易的提议者会对是否超出其他人的机会进行自由的“最后审视”，这两者都可能造成逆向选择问题，最终阻碍竞争。
不幸的是，虽然第一个属性在协议层面上很容易实施，但在协议层面上信任地执行其他属性是一个尚未解决的问题。
在缺乏协议层面的执行情况下，一个承诺遵守这些规则的单一序列化者需要被信任不偏离这些规则，而如果提议者将区块构建外包给一个竞争性的最大化收入拍卖（例如以太坊L1的MEV-Boost），区块可能不会遵循这些规则。
这些问题可以通过一个承诺使用竞争性优先级排序进行区块构建的单一可信序列化者来“解决”。它们也可以通过使用一些结合了共识、密码学和/或可信执行环境的分散机制来解决，例如Sorella的Angstrom、Flashbots的SUAVE、Leaderless Auctions或Multiplicity 。
完整块
在MEV税的正常操作中，有一个例外情况是当区块完全填满时。在这种情况下，区块提议者可能不得不略过优先级较低的交易，而不是简单地将它们晚些时间包含在区块中。由于与收取MEV税的应用程序进行交互的交易可能具有极低的优先级费用，因此这些应用程序很可能会被不使用MEV税的应用程序或具有极低MEV税的应用程序排挤出去。然而，在使用类似EIP-1559的机制设置单独基础费用的链上，区块完全填满应该是相对罕见的。此外，鉴于当区块已满时需要延迟某些交易，通过设置较高的MEV税来延迟表达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税有效地依赖于单区块拍卖，其中每个“竞标”都是一个交易。这些拍卖的一个缺点是，失败的竞标通常会导致撤销的交易被包含在链上，支付一些基础费用并拥塞链。
如果一个序列化者可以完全排除失败的交易，那么这个问题就会得到缓解，尽管即使对于一个集中的序列化者来说，实现这一点也可能很困难。（尽管这种定义可能会有所调整，但它也不严格遵守上述描述的抗审查属性。）一个更复杂的序列化者可能能够通过允许交易指定它们参与哪些有争议的拍卖来优化这个过程，从而为序列化者提供足够的信息，以跳过它知道会失败的后续交易。
泄露用户意图
MEV税只有在搜索者之间存在竞争时才能起作用，这意味着机会需要在某种程度上被广泛知晓。对于像AMM这样的应用程序，机会在链上可见，这应该会自然发生。但对于像基于意向路由或反向套利拍卖这样的应用程序来说，这意味着应用程序可能需要与搜索者分享用户的意向。
在某些情况下，在实现用户意向之前广播用户意向所丢失的临时隐私可能会以一种无法通过MEV税重新捕获的方式泄漏价值。
例如，假设Alice想要使用上述反向套利拍卖协议购买低流动性代币。她发布了一个签署的意向，要求她的智能合约钱包在AMM上购买该代币，并设置了一些滑点容忍度。搜索者可以竞相将该代币的价格推到她的滑点容忍度之上，以高优先级的交易进行，而不填充用户的订单。赢家Bob随后可以通过在低优先级的交易中包含并反向套利来非竞争性地填充Alice的意向，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。类似的问题也可能在购买NFT时出现。
需要注意的是，对于Bob来说，这样的攻击是有风险的，因为他无法保证购买代币和将其卖给Alice之间的原子性。一个天真的Bob可能会成为“夹片撕裂”的陷阱的受害者，其中Alice发布了一个意向，从自己那里购买一个毫无价值的代币，导致Bob在预期夹击她的交易时购买该代币，但Alice在Bob完成夹击之前撤销了她的意向。
应用程序也可以通过限制与其共享意向的搜索者集合并监控其行为来缓解这一问题，就像许多现有的订单流拍卖所做的那样。
还可能将MEV税与Flashbots为SUAVE设计中设想的隐私感知构建者功能相结合。
最后，在Alice决定分享她的意向的成本超过了来自竞争性搜索的好处的情况下，她可以自行构建交易并直接提交到区块中。正如上面所讨论的，竞争性优先级排序的理想实现将提供区块提议者的交易前隐私。
讨论和前期工作
优先级气体拍卖。一些去中心化区块链中优先级排序的动态在Flash Boys 2.0论文中进行了研究，该论文创造了“矿工可提取价值”这一术语。该论文观察到以太坊矿工（当该网络使用工作证明时）已经按优先级对交易进行排序，并且套利者依赖该行为参与“优先级气体拍卖”，在这种拍卖中，他们竞标获得首先被包含在区块中的权利，这导致了去中心化交易套利的大部分MEV流向了矿工。
先到先得。一些通过交易排序规则尝试减轻MEV的方法，如Themis或Arbitrum One的当前序列化器，7已经集中在强制执行一个不同的排序规则——先到先得（有时称为“公平排序”），在这种规则下，区块提议者必须按照他们看到的顺序对交易进行排序。
优先级排序采取了一种不同的方法——将在给定时间内到达的交易视为平等，并按照它们声明的优先级进行排序。
在实际网络环境中，使用多个验证器来强制执行或甚至定义先到先得是很困难的。即使只有一个可信的序列化者，这也可能导致低效的延迟竞赛和垃圾信息。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，例如资产价格的不连续“跳跃”所产生的套利利润。优先级排序相对于先到先得排序的潜在优势与Budish、Cramton、Shim (2015)中讨论的离散时间交易相联系。
与此同时，虽然优先级排序似乎默认泄漏价值给MEV，但本文展示了应用程序如何设计以重新捕获这一价值。
费用共享。Blast，一个以太坊的L2，与交易中访问的智能合约共享一部分优先级和基础费用。
MEV税允许类似的事情发生（至少对于优先级费用），但可以在任何使用竞争性优先级排序的链上的应用层实现，而不需要特殊的费用共享支持。它们还允许应用程序将自己的税费定义为优先级费用的自定义函数，提供了更多的灵活性，可能导致更大的MEV感知应用的组合能力。
无信任解决方案。本文关注平台使用竞争性优先级排序的动机以及利用采用这种方式的平台的方法，而不是讨论如何无信任地强制执行它。
已经有大量的先前讨论涉及到实现竞争性优先级排序所需的其他属性。例如，在Fox、Pai、Resnick（2023）中，作者讨论了在缺乏抗审查性的情况下，在链上拍卖中的漏洞，并描述了一种使用多个并发提议者的抗审查拍卖设计。然而，他们没有提出具体的交易排序。
已经有其他研究致力于构建最小信任的区块构建机制，包括Flashbots的SUAVE，Sorella的Angstrom，Leaderless Auctions，Espresso和Offchain Labs的@espressosys/espresso-systems-and-offchain-labs-release-r-d-roadmap-for-decentralized-timeboost-5d0007dff66d">去中心化Timeboost，以及Péter Szilági的强制公开交易纳入。
结论
我们希望这篇文章能鼓励L2网络考虑使用优先级排序（正如在OP Stack中默认支持的那样），并鼓励应用程序在支持的情况下尝试使用MEV税。
我们也希望它能激发进一步的研究，探索在L1和L2上实现最小信任的竞争性优先级排序的协议。如果您对解决这个问题感兴趣，并且在6月6日星期四之前阅读了这篇文章，您仍然可以申请TLDR Fellowship，与Dan一起致力于开发抗MEV的L2序列化器。或者，您也可以随时通过dan@paradigm.xyz和dave@paradigm.xyz与我们分享您的想法！
脚注
在本文中，我们使用“提议者”来指代决定特定区块中包含哪些交易的行为者或过程。在以太坊的L2上，这个角色通常由“序列化器”来担任。在以太坊的L1上，它由一个特定的以太坊验证者（称为提议者）来担任，尽管通常提议者会将构建区块的任务外包给一个竞争性拍卖，其中“中继者”和“构建者”参与进来。这些责任如何划分的细节不在本文的范围之内。 ↩
每单位气体的优先级费用实际上并没有在交易中明确指定，但可以在其中计算出来。交易指定了一个气体价格，但以太坊还收取一个基础费用，这是从气体价格中扣除并销毁的。基础费用应该在MEV税的目的上忽略，因为它不在交易者的控制之下。每单位气体的优先级费用——交易费用中支付给区块提议者部分的价格——可以在Solidity中计算为priorityGasPrice = tx.gasprice - block.basefee。 ↩
或者，我们可以简单地将“MEV”定义为不包括任何搜索者利润，只涉及将价值支付给验证者的价值。 ↩
请注意，提议者的优先级费用（即每单位气体的优先级费用乘以交易中使用的总气体量）实际上无法在合约中计算，因为无法知道交易最终将使用多少气体。然而，这通常不重要，因为我们只需要一个它的上限。为了安全起见，您可以将priorityFeePerGas乘以3000万——以太坊区块中的当前最大气体数量。过高估计这个值只会意味着MEV税会捕获更大比例的MEV。 ↩
假设交易的气体不能超过3000万，那么每单位气体的优先级费用为50,000会导致支付1500 gwei的气体费用——在ETH价格为4000美元时约为0.006美元。 ↩
在每单位气体的优先级费用设置为套利者的利润为零的情况下，利润最大化的套利交易应该对功能最大化的AMM上的相同交易。证明这一点留给读者作为练习。 ↩
- Arbitrum已经讨论了用一种称为Timeboost的优先级排序形式替代它，但在撰写本文时尚未投入生产。 ↩
声明：
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