DeFi之道丨以太坊區塊空間市場：挖礦、黑暗森林與MEV

概覽

1 區塊空間市場概述

區塊空間（blockspace）是為所有加密貨幣網路提供動力的商品。在區塊空間市場中，礦工是生產者，礦池是拍賣行，使用者則是投標人。區塊空間市場的影響是如此普遍，幾乎觸及到加密貨幣生態系統每一個方面。

當使用者啟動交易後，交易將以點對點的方式在每個節點的記憶體池中廣播。每筆交易均有交易費用。這筆費用表明交易者購買區塊空間的意願，從而使自己的交易被礦工處理並打包進區塊中。

每時每刻，都會存在眾多提議的區塊（proposed blocks）處於“薛定諤狀態”之中，即處於「未確認」和「已確認」狀態之間。這些區塊競相尋找第一個滿足難度目標值的雜湊輸出。每個區塊都有可能成為下一個區塊。透過每秒數十億次的計算，礦工們戰勝這一概率波，形成區塊鏈賬本的歷史記錄。

由於每個區塊的大小存在上限，即在給定的時間內可以被打包的交易數量有限，因此這賦予區塊空間一個隱性時間價值。當交易長時間未被確認，可能會受到市場波動的影響，或者被套利機器人搶先完成交易。使用者為購買區塊空間所支付的費用，反映了他們競標意願程度。區塊空間市場連線了礦工和使用者。

從表面上看，由於缺乏中央協調，區塊空間市場看起來複雜而混亂。它依靠詳細的規則、程式和供需的融合來實現自我調節。我們如何知道當前的市場設計是否是已最佳化？諾貝爾經濟學獎得主埃爾文 E. 羅斯揭示了答案。

羅斯是公認的市場設計領域先驅。他在開創性著作《共享經濟：市場設計及其應用》中指出，為了保持正常運轉，市場至少需要做三件事：

1. 市場深度：足夠多的潛在買家和賣家進行互動。在區塊空間市場中，區塊獎勵激勵供應商提供雜湊率。另一方面，隨著越來越多的人使用網路交易，對區塊空間的需求也隨之增加。

2. 安全性：市場參與者必須有安全感，才能披露可能持有的機密資訊由於鏈上交易的透明性，提交密封投標的使用者可能並不總能得到他們想要的結果。此外，交易需要高度的結算保證，也就是說，應該有足夠的雜湊率使區塊重組變得成本高昂。

3. 不擁堵：交易應及時完成或取消。如果市場不能有效應對交易量帶來的擁堵，參與者可能遇到大面積延遲，交易無法被打包到區塊中。比如，最近以太坊 DApp人氣爆棚，由於網路擁堵，Gas 價格隨之暴漲。

在比特幣和以太坊的歷史上，如何最佳化區塊空間市場結構的設計經常會引發許多激烈的辯論。在下文中，我們將從供給側（礦工）和需求側（使用者）的角度闡述以太坊區塊空間市場的結構。我們將梳理當前的區塊空間市場設計是否提供深度、緩解擁堵，或者安全和簡單參與其中。接下來，我們將討論最佳化區塊空間市場結構的熱門提議，以及區塊空間市場潛在的發展方向。

2 供應方：以太坊挖礦結構

整個挖礦行業的終極目的是為單一商品（即區塊空間）充當去中心化、透明的清算所。

這項任務絕非微不足道。在一個沒有權威協調且全球範圍24x7執行的分散式區塊鏈系統中，區塊空間以匿名的方式拍賣，礦工需要透過投入大量硬體和能源成本，進行大量計算以確保區塊鏈網路的安全，從而為區塊空間提供強大的結算保證。

儘管人們普遍擔心算力過於集中，但挖礦行業並不是一個單一的組織。區塊空間市場的價格波動對每個參與者的影響程度不同。每個礦工都受到地點、礦機型別、溫度、維護和挖礦策略等因素的嚴重影響。

比特幣和以太坊挖礦有著截然不同的市場結構。比特幣和一些 PoW 代幣幾乎完全遷移到了 ASIC 挖礦時代。另一方面，儘管以太坊是第二大市值加密貨幣，但以太坊挖礦領域幾乎不存在ASIC 挖礦。雖然經常出現新的以太坊 ASIC 製造商的傳言，但據估計，目前大約 80-90% 的以太坊算力是由 GUP 挖礦主導。

從結構上講，主要由 GPU 挖礦組成的區塊空間供應商市場與主要由 ASIC 礦機組成的市場有何不同？

GPU 挖礦離不開英偉達（NVIDIA）和 AMD。這兩家大廠要麼直接銷售獨立顯示卡，要麼批發 GPU 晶片和記憶體給下游顯示卡製造商。這些製造商會移除與挖礦無關的功能，因此這些被稱為“挖礦顯示卡”。有很多白標的定製挖礦顯示卡品牌。

市場上，定製顯示卡礦機廠商（OEM）數量明顯多於ASIC 礦機制造商。因此，以太坊的雜湊率構成比典型的 ASIC 網路更為多元化。這也給分銷商壟斷渠道帶來了挑戰。礦工有更多選擇，因為他們無需等待位元大陸、神馬等 ASIC 礦機制造商解決供應鏈難題。這意味著，GPU供應通常不像使用高階後端流程的 ASIC 礦機那樣常遭遇瓶頸。

此外，GPU 礦工沒有繫結到任何特定網路。從事投機性挖礦的礦工幾乎只採用 GPU 礦機。而且，零售類GPU 顯示卡在其他計算領域（如遊戲、資料中心和 AI）中也很有價值。總體而言，GPU 礦工在硬體選擇方面具有更高的選擇靈活度。

結構決定特性。硬體構成決定了挖礦行業的資本支出和能源消耗。這兩個因素是計算挖礦成本的關鍵因素，同時對挖礦生態系統餘下部分產生了連鎖效應：從製造、分銷、託管設施、Gas 成本波動、對以太坊改進提案（EIPs）的偏好，到挖礦週期的定義特徵。

3 供給方：以太坊挖礦市場週期

在 The Alchemy of Hashpower 一文中，根據比特幣價格和網路雜湊率之間的相對變化率，我們介紹了挖礦市場週期的四個基礎階段。

由於挖礦硬體市場固有的流動性不足，網路雜湊率變化往往滯後於價格變化。“硬體反應時間”取決於各種外部因素，例如製造商的供應鏈限制、晶圓代工廠庫存、工廠產能，甚至運輸物流。

今年，這些延遲顯得尤為重要，因為市場正全速奔跑進入瘋狂牛市。礦工和投資者爭先恐後地訂購新機器。另一方面，礦機制造商剛開始從新冠疫情期間的供應鏈中斷中恢復過來，全球積體電路短缺 正迫使所有半導體業務——挖礦、汽車、消費電子產品等——排著長隊等待晶圓分配。

此外，英偉達最近宣佈，將人為削弱最新顯示卡執行 Ethash （PoW 挖礦演算法）效能，以阻止礦工買下所有 GPU 庫存。這意味著，除非代幣價格或費用大幅上漲，否則等到積壓的礦機最終上線時，“清理庫存”和“洗牌出局”階段可能會讓很多礦工非常痛苦。

以太坊中，挖礦收入主要有三個來源：

1. 內建的區塊獎勵（每個區塊獎勵 2 ETH + 叔塊獎勵）

2. 交易費

3. 礦工可提取價值（MEV）-下文詳細展開

以太坊中的交易費用佔總區塊回報的百分比要比比特幣高得多。這意味著，以太坊礦工不僅關注幣價，還會關注 Gas價格的走勢。即使ETH 價格保持不變，交易費的增加也將足以激勵以太坊礦工增加雜湊率。

此外，如前所述，與 ASIC 網路相比，由於GPU 在選擇和分佈上的靈活性，更容易擴大或縮小雜湊率。因此，以太坊挖礦的週期往往比比特幣更短：

挖礦週期越短，意味著挖礦收益高時競爭迅速加快，而 GPU 硬體選擇的靈活性則意味著挖礦收益低時，雜湊率更容易解除。單位盈利能力（每 MH/s 的區塊獎勵）可能劇烈波動，因此很難預測收益：

幣價和交易費的明顯上漲吸引了更多的礦工參與。然而，與大多數商品市場不同，更多的生產者並不意味著區塊空間供應的增加，因為區塊空間的供應由區塊大小和平均出塊時間決定。這意味著，雜湊率的提高並不會降低網路交易費用，而是增加網路的安全預算。隨著越來越多的礦工加入競爭，對歷史區塊進行重組的成本變得更高，從而改善了網路的結算保證。

4 需求方：區塊空間的時間價值

由於區塊大小存在上限，以無許可的方式參與需要競爭系統的資源。對任何發起鏈上交易的人來說，交易費正規化是最關鍵的核心使用者體驗。

作為最受歡迎的儲存和執行智慧合約的平臺，以太坊的實用性迅速上升。DeFi 的“貨幣樂高”已經使諸多 DeFi 產品和服務以無需許可的方式相互結合，並極大地推動了新的金融專案的創新。

如今，以太坊使用者透過重複的第一價格拍賣參與區塊空間市場競價。這是一種簡單的拍賣形式。使用者提交出價，以交易費的形式支付給礦工，爭取將交易打包在下一個區塊中。使用者可以透過交易的Gas 價格（gwei / Gas［1gwei = 1e-9 ETH］）來選擇出價。

實證觀察表明，礦池交易選擇方法中超過 75% 的礦池遵循預設策略，沒有優先順序，即僅僅按照交易費的降序打包交易，而不優先打包任何特定地址的交易。

區塊空間需求側的市場結構很簡單，使用者希望將支付給礦工的費用降到最低，以享受平滑的體驗，而礦工希望最大化他們的收入，因為他們是追求盈利。

毋庸置疑的是，使用者支付的費用將始終遵循供求關係。每秒產出的區塊空間是稀缺資產，因此，希望下一個區塊立即包含其交易的使用者，將總是比願意等待的使用者支付更多的費用。對於下一個區塊，如以下待處理事務佇列的形狀所示：

區塊空間是加密領域最接近“數字房地產”的東西。區塊空間具有“房地產”的內在價值，是經濟活動發生地。

對於礦工而言，由於代幣價格、網路難度和費用的不確定性，未來區塊空間的時間價值降低。對於使用者而言，由於盈利能力和交易效用的不確定性，未來區塊空間的時間價值較低。

5 需求方：擁堵和收費

區塊空間的時間價值直接轉換為使用者支付的費用。在這種收費模式中，預估“正確”的gas價格是一個難題，可以從單個區塊內 Gas 價格的波動性看出。

一週內，Gas 中位數價格從 100 Gwei 波動至 400 Gwei。

回顧一下羅斯提到的成功市場設計的三個要素：市場深度、安全性和不擁堵。顯然，交易擁堵時，Gas 價格對於普通使用者而言通常漲得過高。其瓶頸到底在哪裡？

Gas 費用的不可預測性源於一個事實，即使用者無法對接下來的 第1 個、第5 個或 第10 個區塊中包含的合適費用進行協商。如今，大多數使用者都採用 “一次性出價”方式。他們只對交易進行一次廣播，然後等待交易被打包進去。透過允許使用者在一定範圍內表達其費用偏好，可改進恆定因素，例如使用費用升級演算法。

一項新技術的最初版本總是粗糙的。多年來，出現了各種版本來解決以太坊擁堵問題。區塊空間的市場設計涉及到平衡生態系統中各方的利益。目前，討論了三種可能的路徑：

人們可能會嘗試增加單個區塊的大小，以便它可以容納更多的交易（即假設需求不變，增加供應）。但這種變化只能暫時緩解高額費用帶來的痛苦，因為新的需求會迅速填滿區塊，再次推高費用。此外，區塊大小的增加使得區塊鏈節點軟體佔用更多資源，因此應避免使用這一方式，以保持系統的去中心化屬性。

另一種方法是重組競價程式。如今，所有區塊鏈的費用機制都實施了“最高價拍賣”。以太坊 EIP-1559 則提議，當系統不擁堵時，將費用機制更改為固定價格銷售，允許使用者輕鬆地選擇“最優”報價來滿足其選擇偏好（與現狀相反）。

EIP-1559 的變體已在 Near、Celo 和 Filecoin 中部署。

該提案計劃於 2021 年 7 月在以太坊啟用，這將是有史以來公有區塊鏈最大的收費市場機制變化。

EIP-1559 也是以太坊中迄今為止最具爭議的話題之一。超過 60% 的礦池表示反對該提案， EIP-1559 已經變成了使用者與區塊空間生產商之間的“貿易戰”。雖然目前還難以量化此提案將對礦工的交易費收入的確切影響，但礦工們普遍認為，Gas 價格需要大幅上漲，以彌補損失。中國以太坊社羣“以太坊愛好者”的阿劍直言不諱地批評這項提議，他認為 EIP-1559“會失去礦工的忠誠”。幣印礦池（Poolin）儘管尚未宣佈任何正式立場，但其創始人認為，該提案實際上不會對挖礦收入產生太大影響，但“侮辱性極強”。

然而，並不是所有礦工都這麼認為。以太坊礦池 F2Pool （魚池）的創始人是 DeFi 產品的活躍使用者，他們支援這個提案。甚至連比特幣區塊大小“內戰”的中心人物吳忌寒也表達對以太坊 EIP-1559 提案的支援。根本上來說，對於紮根於世界各地的非結構式開放生態系統而言，人類的協調仍然是最大的挑戰之一。

從長遠來看，適當的解決方案是允許供應方實現擴容，而不會對 Layer1系統的信任需求產生重大影響。畢竟，使用者想要低費用，而低費用不是一個經濟機制設計問題，而是一個區塊鏈可擴充套件性的基本問題。值得注意的是，可擴容性允許更多的需求進入系統，這將抵消每筆交易平均費用的下降。主要方法是所謂的 Layer 2解決方案，如 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup。

6 黑暗森林和暗池

如果只是在比特幣背景下看，那麼圍繞需求方的討論將到此結束。然而，以太坊正在構建一個顛覆遊戲規則的完整金融系統。在一段有限的時間內，以太坊可能會存在某些“機會”，這些機會以套利的形式存在，或者以某項高需求資產的在出售時僅提供有限的參與名額（如 ICO）的形式存在。

類似於人們爭相排隊搶購限量版服裝，開發者已構建了可以智慧競爭鏈上機會的軟體，這些軟體甚至透過設定 Gas 價格競標價與其他機器人相互競爭。

這個概念被稱為“最優 Gas 費競拍”（Priority Gas Auction，簡稱 PGA）。它最早在 Phil Daian 等人的開創性論文《Flash Boys 2.0》中首先提出。PGA 產生的“不規律”收入流稱為礦工可提取價值（Miner Extractable Value，MEV）。參與 PGA 的機器人有機會獲得非常有利可圖的機會，他們願意以高昂的 Gas 價格出價，獲取最高利潤。

在《以太坊黑暗森林》（Ethereum is a Dark Forest）一文中，作者描述了一場價值捕獲，其中大約 12,000 美元的代幣落入了“捕食者”手中。這些捕食者是套利機器人，它們不斷監視記憶體池中的活動，並試圖根據預先確定的演算法搶先交易特定型別的交易。Uniswap 等DEX 平臺可能充斥著套利機器人。

因此，一些服務提供商已經開始提供“暗池”(dark pools)，讓交易繞過公共記憶體池，因此在這些交易寫入鏈上之前，對公眾是不可見的。這些暗池不向網路廣播交易，而是直接將交易轉給礦工，這些暗池並非完全追求利潤最大化。《逃離黑暗森林》（Escaping the Dark Forest）一文中，安全研究員 samczsun 記錄了他的團隊如何使用這種技術從一個有問題的智慧合約中解救出 25000 ETH。

搶先交易和暗池並非加密貨幣市場獨有。它們代表了一種與時間一樣古老的金融驅動力：隱蔽。華爾街長期以來一直在接受這種有爭議的投資方式。在人的角度看來，一秒鐘內可能有數百個交易機會是非常擁擠的市場；但對於計算機來說，機會相對稀少。據估計，2015 年後，暗池佔美國交易所上市證券交易活動的 15-18%。

MEV的“總潛在市場”呈指數增長。自 2020 年初以來，至少有 3.5 億美元的 MEV 被提取，其中三分之一發生在 2021 年 2 月。大部分提取的MEV 集中在 Uniswap、Sushiswap、Curve 和 Balancer 等熱門自動做市商之間的套利行為，Compound 和 Aave清算也佔到了一小部分。

蝴蝶效應是驚人的。套利和清算機會創造了 MEV。MEV 透過 PGA 競爭。費用預估器使用 PGA 推高的 Gas 價格作為參考，導致使用者為自己的交易支付過高的費用。從根本上講，這個問題的核心是，使用者和機器人在同一個交易記憶體池裡，與他們是否追逐 MEV 無關。

理想情況下，MEV 交易應與非 MEV 交易處於獨立的交易池中。這樣提取 MEV 的機器人相互競爭，而所有其他交易（如 CryptoPunk 轉讓），將在非 MEV 交易池中進行，這將降低Gas 市場的波動性。

不幸的是，對以太坊來說，如此重大的更改很難執行。解決這個問題的一個更簡單的方法是為礦工引入一個新API 端點，他們將接受僅涉及 MEV 的交易包。這樣，交易員將直接向該終端提交交易，而使用者繼續像今天一樣使用系統的其餘部分。這就是 Flashbots 所採取的方法，其造成的干擾最小。

7 礦工如何適應 MEV？

過去，當費用佔區塊獎勵總額的百分比微不足道時，礦工的主要重點是獲得儘可能多的區塊獎勵。礦工會選擇一個擁有足夠大雜湊率的礦池託管算力。經過數年的發展，礦池已或多或少地最佳化到相同的效能範圍。落後於競爭對手的礦池可以輕易被識別出來，很快就會被競爭對手擠掉。除了基本引數（運氣、付款時間表和礦池手續費），礦工並不關心他們加入了哪個礦池，使用者並不真正在乎哪個礦池處理其交易。

只要交易費用誘人，礦池也不在乎使用者是誰。

隨著 MEV 相對於區塊獎勵的比例呈現增長，礦工、礦池和使用者的考慮開始變得更加微妙。藉助 MEV，區塊空間市場機制將從純粹的商品市場轉變為融入配對市場的元素。當使用者提交交易時，他們應該意識到礦池及時處理交易的能力。

在其他條件相同的情況下，MEV 會導致 Gas 價格高於不存在 MEV時的水平。這意味著，礦工已經間接地獲得了套利交易員所取得全部 MEV 中的一小部分，目前估計佔比約為 12%。

一份近期的分析報告還暗示， MEV賺取的費用最終將超過“常規”收入（如果還沒有的話！）賺取的費用。礦工是營利性實體，可能希望獲取更多MEV。礦工可以選擇專門從事內部交易業務。他們利用交易排序中擁有的強大力量，可以選擇插入交易、重新排序甚至稽覈交易，最大程度地提高交易操作的利潤。

理論上講，在極端情況下，礦工將不斷嘗試重組區塊鏈，因為他們試圖從歷史區塊中提取 MEV。儘管存在這種可能性，但這種情況顯然不可行：礦工（在多數情況下）在結構上長期持有ETH，而這種重組行動將直接對他們的ETH 投資產生負面影響。也就是說，任何理論上的礦工攻擊被使用者檢測到，都將不會執行。

更樂觀的看法是，礦工決定將 MEV提取外包給交易員。礦工可以透過上述Flashbots 方法（保留區塊獎勵，僅將排序外包）實現，或者將雜湊率租借給專門的交易商。

無論採用哪種方法，我們預計以太坊礦池將不可避免地開始在 MEV 提取過程中變得更加活躍，因為它們尋求賺取雜湊率的最佳收益。隨著 MEV 提取競爭升溫，這種市場結構的變化將如何影響以太坊挖礦生態系統的（去）中心化還有待觀察。

8 生態系統其他成員如何參與 MEV？

雜湊率的金融化是挖礦行業的重要潛在趨勢。如果區塊空間類比於房地產，那麼雜湊率就是財產權益，雜湊率的遠期合約類似於抵押。對礦工來說，透過算力工具出售算力是他們鎖定未來收入的一種方式。類似於在雲挖礦平臺上租用算力，遠期合同允許礦工以預付價格將固定數量的算力出售出去一段時間。

預期網路 MEV 活動將會累積的活躍 DeFi 使用者，可以透過購買算力工具進行投機交易。例如，交易者預計網路 MEV 活動在未來 15 天內會激增，則可在未來 15 天內以預付價格購買一定數量的算力。在合同期內，挖礦獎勵和礦工獲得的 MEV 收入將隨後轉給該交易者。如果交易者賭對，則這筆交易可能會賺回交易者支付給礦池的 MEV 費用。具備流動性的算力工具和 MEV 都代表了挖礦資本市場的前沿發展。市場積極構建新工具，並朝這些方向前進。MEV 和算力工具為使用者和礦工實現了完整的資本市場閉環迴圈。

總結

以太坊區塊空間市場結構是一個值得研究而且有充分的理由研究的有趣話題。在本文中，我們觀察到了 GPU供給方 和 ASIC雜湊率市場之間的主要差異。我們還識別了創造需求方動態的關鍵機制，並圍繞礦工可提取價值共同闡述這兩方面。

正如 Charlie Noyes 在 MEV and ME 一文中寫道：任何試圖阻止礦工獲取收入流的嘗試，都有可能激勵建立協議外市場。MEV 是以太坊交易型別及區塊空間市場當前設計日益複雜的必然結果。隨著MEV工具和知識庫越來越主流，將會出現更多有趣的 MEV 模式。這些行為將深刻影響 DeFi 使用者規劃其區塊空間購買策略的頻率。

改變商品在市場上的銷售方式會改變商品的生產方式。MEV 為挖礦行業開闢了新收入渠道，因此反過來影響挖礦業與區塊空間買家之間的互動方式。以太坊挖礦市場週期將出現新模式。

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