介绍

在持续提升区块链性能以应对大规模采用的过程中，Monad 通过一系列底层增强措施，成为优化以太坊虚拟机（EVM）模型的先驱力量：异步I/O、优化的Patricia Trie、延迟执行和用于并行处理的乐观并发控制。这些改进有效解决了像以太坊这样的平台上存在的执行瓶颈和低效的状态访问问题，同时不牺牲去中心化。

在本文中，我们探讨了在 Monad 上实现强大的矿工可提取价值拍卖基础设施（MEVA）的可能性。同时，我们还描述了从以太坊上的 Flashbots 和 Solana 上的 Jito Network 等现有方法中可以借鉴的一些宝贵经验。

我们想强调几个关键考量因素:

1. MEV 是任何区块链网络固有的。强大的 MEVA 基础设施对于避免混乱的区块生产过程、负外部性和不一致的激励机制至关重要。
2. MEVA 设计与区块链的底层机制，特别是其共识执行阶段，深度集成。未来的改进将取决于这些因素的发展以及网络在不同压力水平下的表现。
3. 以太坊和 Solana 上区块生产演变的历史趋势可以为 Monad 上的 MEVA 设计提供参考。
4. 在像 Monad 这样高性能、延迟执行的区块链上，MEVA 可能需要类似高频交易的概率性区块构建和搜索策略，因为其时间限制。

通过解决这些问题，我们希望能够提供关于设计适合 Monad 独特架构和性能需求的 MEVA 基础设施时所涉及的挑战和考量的见解。

以太坊中的MEVA格局

以太坊的共识执行阶段下的MEVA

在以太坊中，共识需要先执行。当节点同意一个区块时，它们同意的不仅是区块中的交易列表，还有总结区块执行后状态的默克尔根。因此，领导者必须在传播提案之前执行提议区块中的所有交易。同时，验证节点需要在投票前执行这些交易。

图 1：EL-CL 分离下 MEV-Boost 中的构建器工作流程。

图1展示了MEV-Boost中提议者-构建者分离（PBS）中典型的构建者工作流程。构建者完成区块构建后提交到中继器，中继器将区块转发给执行层（EL）客户端进行模拟和有效性检查。

由于执行是共识的前提条件，当构建者构建一个区块时，需要将构建好的区块转发给执行层（EL）客户端，并模拟区块以检查其有效性。除了在共识执行阶段中必要的角色外，模拟阶段还为构建者和搜索者带来了好处。

构建者的视角：通过模拟每笔交易，构建者可以准确估算区块对他们自己和验证者的价值。他们还可以通过重新排序交易来减少回滚，最大化从内存池和捆绑交易中提取的gas费用或基本小费。他们的精确估算允许他们对验证者出更高的竞价。

搜索者的视角：由于构建者筛选出潜在的回滚捆绑交易，搜索者可以保证策略的执行，增加确定性。此外，搜索者还可以获得最新的区块状态。当共识层（CL）传播一个新区块时，搜索者可以使用该区块的状态作为构建盈利捆绑交易的起点。同时，目前有迹象表明构建者提供了更多的非协议交易或功能，允许搜索者获得即将构建的当前区块的状态信息，以便为即将上链的区块添加后续策略。

然而，PBS的发展导致区块构建中的中心化上升，类似于传统交易中公司竞争专用微波网络渠道以优先执行套利策略的情况。

随着网络成熟而产品迭代

我们现在探讨随着以太坊的进展，MEVA 如何演变，图2按时间顺序进行了说明。

图 2：按时间顺序显示 MEVA 如何随着以太坊网络的发展而迭代。该图稍微改编自[4]。

优先燃气拍卖（PGA）时代

如图3所示，搜索者识别出有利可图的MEV机会，并将其启用智能合约的交易提交到公共内存池。这种公开的可见性导致了链上开放竞标的第一价格拍卖格式，即使失败的交易也会产生燃气费用。

在这一时期，出现了竞争激烈且昂贵的非结构化MEV活动，例如具有相同（账户、nonce）对和不断增加的竞标[6]，导致网络拥堵或共识不稳定加剧。

图 3：简单的优先 Gas 拍卖。该图稍微改编自[6]。

Flashbots和EIP-1559

为了解决这些问题，Flashbots引入了中继，即搜索者和区块生产者（工作量证明时代的矿工）之间的中介拍卖平台。这一举措将MEV市场从开放竞标的第一价格拍卖转变为密封竞标。图4展示了中继如何帮助防止公共内存池中的竞标升级，并建立更有秩序和安全的区块生产过程。

EIP-1559的费用结构在这里也起到作用[7]。它通过基础费用引入部分发布的价格简化了竞标，但没有解决区块内的交易顺序问题，这仍通过优先费用推动MEV。事实上，许多搜索者之前通过coinbase的转账向矿工直接提出了出价。他们最终抱怨的是，因为他们再也无法提交0燃气捆绑。

图4：带有中继的MEVA。该图稍微改编自[6]。

提议者-构建者分离（PBS）

在以太坊完成合并后过渡到权益证明（PoS）之后，提议者-构建者分离（PBS）被实施，进一步完善了区块生产管道中角色的分离。如前所述，中继现在充当区块构建者和提议者之间的中介，充当保护数据可用性和区块有效性的托管人。由于提议者可以与多个构建者连接以处理不同的私密交易，构建者必须通过向提议者提供支付来进行竞争。这一动态在图5中有所体现。

图 5：PBS 时代的 MEVA。该图稍微改编自[6]。

集中风险

尽管存在这些历史性进展，但需要强调的是构建者市场集中风险日益加剧的问题。在过去一年中，前9名构建者的寡头一直持有超过50%的市场份额，显示出高度的市场集中，如图6所示。目前，前三名构建者覆盖了超过90%的区块，集中度问题更加显著。

图 6：建筑商的市场份额。该图表明建筑商市场普遍存在高度集中的情况。该图取自https://arxiv.org/pdf/2405.01329

Solana 上的Jito

Jito 的架构

作为Solana上的经典MEVA，Jito的创建旨在解决Solana由于低交易成本而导致的高垃圾交易率问题。只要失败交易的成本（约为0.000005 SOL），不超过预期的利润，垃圾交易就会被有效激励。

根据Jito Labs在2022年的报告[8]，当年超过96%的套利和清算尝试失败，区块中超过50%的交易与MEV相关。报告还指出，清算机器人通过数百万个重复数据包垃圾攻击网络，只为完成数千次成功的清算，导致失败率超过99% [8]。

图 7：Jito 的 MEVA 在 Solana 上的鸟瞰图。

MEV在Solana上的严重外部影响促使Jito开发了一个旨在为区块生产过程带来秩序和确定性的MEVA层。让我们回顾Jito提出的原始MEVA架构，如图7所示。

Jito包括以下组件：

中继（Relay）：充当代理接收交易并将其转发给区块引擎（或MEVA供应链）和验证者。

区块引擎（Block Engine）：从中继器接收交易，与搜索者协调，接受捆绑交易，执行捆绑模拟，并将最佳交易和捆绑转发给验证者进行处理。Jito通过部分区块拍卖确定捆绑的包含顺序，而不是完全的区块拍卖，历史上在两个插槽内处理超过80%的捆绑交易 [9]。

伪内存池（Pseudo Mempool）：通过Jito-Solana客户端创建大约200毫秒的操作时间窗口，诱导订单流的离散化拍卖 [10]。Jito在2024年3月9日关闭了这个内存池。

Jito 的设计选择

让我们探讨Jito系统设计的具体组件，并考虑这些设计选择如何源自Solana的区块生产过程。

Jito支持的是部分区块拍卖而不是完整的区块构建，这可能是由于Solana的多线程执行模型缺乏全局调度。具体来说，图8展示了并行线程执行交易，每个线程维护自己的交易队列等待执行。交易被随机分配给线程，并根据优先燃气费和时间在本地排序。在1.18.x更新之前，由于调度器端缺乏全局排序，Solana的交易在本质上会受到调度器抖动的非确定性影响 [11]。因此，在MEVA中，搜索者或验证者无法可靠地确定当前的状态。

图 8：Solana Client 的多线程执行模型。请注意，MEVA 的 Bundle Stage 作为单独的线程附加到多线程队列中。

捆绑阶段作为一个独立的线程附加到多线程队列中。

从工程的角度来看，将Jito的区块引擎数据作为一个额外的线程集成到现有的多线程架构中是与Solana多线程架构非常契合的。虽然捆绑拍卖确保了在Jito区块引擎线程内基于优先燃气费的顺序，但并不能保证捆绑交易总是会在用户交易之前全局排序。

为了解决这个问题，Jito为捆绑线程预分配了部分区块空间，确保捆绑交易有足够的空间在区块中被包含。尽管仍存在不确定性，这种方法增加了成功执行策略的概率。它还激励搜索者参与拍卖，而不是向网络发送垃圾交易。通过为捆绑交易保留区块空间，Jito能够找到平衡，促进有序的拍卖，并减轻交易垃圾化带来的混乱影响。

移除伪内存池

Jito的广泛采用在减少Solana上的垃圾交易问题方面取得了积极的结果。根据p2p的研究[12]和图9中显示的数据，采用Jito客户端后，相对区块生产速率有显著改善。这表明，由于Jito在2023年引入的优化区块引擎，交易处理变得更加高效。

图 9：Jito 在缓解 Solana 垃圾邮件问题方面的有效性的证据。该图摘自 p2p 团队在[12]中进行的一项研究。

尽管取得了显著进展，但仍面临许多挑战。由于Jito捆绑只能部分填充区块，导致MEV诱发的交易仍然可以绕过Jito的拍卖渠道。这个问题至少部分地在图10中由Dune Dashboard显示出来 [13]，该图显示自2024年以来，网络仍然经历了超过50%的平均失败交易，这些失败交易是由于机器人垃圾攻击造成的。

图 10：Dune 仪表板 (https://dune.com/queries/3537204/5951285) 显示了自 2022 年 5 月以来 Solana 上的机器人垃圾邮件活动。

在2024年3月9日，Jito决定暂停其旗舰伪内存池。这一决定是由于meme币交易的增长以及对夹击攻击（一种前置交易的类型，搜索者在目标交易之前和之后放置交易）的激增，最终导致了用户体验的下降。类似于观察到的以太坊上的私人订单流渠道在MEVA中的趋势，关闭公共伪内存池可能会通过与前端服务（如钱包提供商和Telegram机器人）的合作，促进私人订单流的增长。搜索者可以直接与验证者合作，以获取首选的执行、包含或排除。事实上，这一趋势在图11中有所体现，该图展示了在伪内存池关闭后，最大私人内存池搜索者（地址为3pe8gpNEGAYjVvMHqGG1MVeoiceDhmQBFwrHPJ2pAF81）的每小时夹击机器人利润概况。

图 11：搜索者“3pe8gpNEGAYjVvMHqGG1MVeoiceDhmQBFwrHPJ2pAF81”具有私人内存池的三明治机器人的每小时利润。

Jito关闭伪内存池的决定突显了团队对解决Solana生态系统内根本问题的强烈承诺。除了对MEVA进行迭代或调整Solana的燃气费机制外，Jito还通过UI产品设计选择，如限制默认滑点参数，帮助教育协议以减轻攻击向量。无论是通过调整费用结构使垃圾交易更昂贵，还是通过修改通信协议，Jito的基础设施将继续对维护Solana网络的健康和稳定至关重要。

MEVA在Monad上的设计

延迟执行及其对MEVA的影响

与以太坊不同，以太坊在达成区块一致性时需要同时达成交易列表（包括顺序）和总结所有后事状态的默克尔根，Monad将前期执行与共识解耦。节点达成一致仅需确定官方排序。如图12所示，每个节点在执行区块N的交易时都是独立进行的，同时开始对区块N+1进行共识。这种安排允许使用与全区块时间相对应的燃气预算，因为执行只需跟随共识进度即可。[15] 在无需领导节点计算事实状态根的情况下，执行可以利用整个下一个区块的共识周期。

图 12：Monad 延迟执行与以太坊的执行共识阶段相比。操作时间窗口也从 MEVA 设计角度进行了说明。

我们定义操作时间窗口为Monad上MEVA完成区块构建提案的时间范围，该提案在可行性和盈利性上与默认的区块构建方法相比有所不同。延迟执行模型有两个直接的后果:

1. 当MEVA在操作时间窗口内为第N个区块构建时，验证者们同时正在就第N个区块的交易列表达成共识，同时试图完成第N-1个区块的执行。因此，在第N个操作时间窗口内，很可能可用的状态仍然是在第N-2个区块的状态。这意味着在延迟执行架构下，对于中继或建设者来说，没有保证可以针对最新的区块进行模拟。因此，在下一个区块产生之前，无法确保针对最新区块进行模拟，导致不确定性。
2. 考虑到Monad的1秒区块时间，MEVA的操作时间窗口非常有限。这意味着建设者可能没有足够的时间按照他们在以太坊上通常做的顺序模拟完整的交易和捆绑块。在EVM上，模拟交易所需的时间可能受许多变量影响，但假设模拟一笔交易需要大约10^1到10^2微秒（粗略估计），而Monad的目标是每秒10^4笔交易，那么在操作时间窗口内仅模拟完整区块可能需要大约1秒钟。考虑到Monad的1秒区块时间，建设者或中继要完成多个完整区块的模拟以优化构建的区块将是具有挑战性的。

概率建设者与搜索者策略

考虑到这些限制，在操作时间窗口内完成完整的区块模拟并针对最新状态进行模拟是不现实的。由于建设者现在既缺乏时间又缺乏最新状态来了解每笔交易的确切tip，他们必须依赖声誉或者针对（可能是最多）第N-2状态进行模拟，来推断搜索者的tip。这使得区块估值变得不太确定。

搜索者面临更大的执行不确定性，因为一旦验证者接受建设者构建的区块，就没有理论上的保证来防止交易回滚。这与以太坊形成对比，以太坊上的搜索者竞争使用专门的私人订单流到建设者的通道，以实现相对确定性的策略执行。在Monad上这种相对概率化的设置中，搜索者现在面临更高的捆绑在链上回滚的风险，导致执行利润和损失的不确定性更大。这反映了高频交易者依靠稍有正期望回报的概率信号执行交易的情况。

图 13：概念谱图，说明了按建议的块检查或模拟程度分类的不同 MEVA 设计范例。

如图13所示，建设者在建立方案区块时的事先捆绑/区块检查程度形成了一个关于提议区块定价或估值的不确定性谱系。在一端是类似以太坊的PBS模型，具有精确定价，建设者必须使用执行层（EL）客户端来模拟提议区块中的交易。他们必须在提交的捆绑中进行广泛的组合。另一端是乐观建设者模型[16]，采用异步区块检查。在这种模型中，建设者可以在操作时间窗口内绕过任何模拟所需的时间，并通过抵押金向验证者或中继显示的tips，以及受到减持的影响。这里在Monad上提出的概率检查或部分模拟方法介于两者之间，增强了搜索者尽管存在一定的不确定性，但成功执行策略的可能性。

例如，在链上订单簿DEX上的市场制造商可能会在他们发现主导性价格波动时通过MEVA支付费用来预先调整他们的仓位，以避免逆向选择。这种概率策略使他们能够快速行动，即使没有最新的状态信息，也能在动态交易环境中平衡风险和回报。

结束语

MEVA在优化区块生产中发挥着关键作用，通过减少外部影响和提升整体系统稳定性。MEVA框架的持续演进，例如Solana上的Jito和以太坊上的各种实现，对于解决可扩展性挑战并调整网络参与者的激励非常有帮助。

Monad作为一个处于初期阶段的有前景的网络，为社区塑造最佳MEVA设计提供了独特的机会。考虑到Monad独特的执行-共识阶段，我们邀请研究人员、开发者和验证者进行合作和交流见解。这种合作将对创建强大高效的区块生产过程至关重要，使Monad能够实现其作为高吞吐量区块链网络的潜力。

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