以太坊街区空间、暗森林和MeV以及未来的新趋势

“自由市场就像一个自由的轮子：它需要一根轴和润滑良好的轴承。如何提供这种轴并保持轴承良好的润滑是市场设计的重点

-诺贝尔奖获得者阿尔文E.罗斯

区块空间市场概述

Blockspace（Blockspace）是为所有加密货币网络提供动力的商品。在区块空间市场，矿工是生产者，矿池是拍卖商，用户是竞拍者。区块空间市场的影响非常广泛，几乎涉及加密货币生态系统的方方面面。

我们知道，在区块链网络中，当用户发起一个事务后，该事务将以点对点（P2P）的方式在每个节点的内存池中进行广播。每笔交易都附带一笔交易费。交易费用表明交易者愿意购买区块空间，以便他们的交易可以被处理并打包成区块。

每时每刻，在“薛定谔状态”中，矿工们提出了无数块，介于“未确认”和“确认”状态之间。这些块竞争寻找满足目标值的第一个散列输出。每个提议的区块都有可能成为区块链上的下一个区块。随着每秒数十亿次的计算，矿工们将分解这一概率波，形成区块链账本的历史记录。

由于每个块的大小都有一个上限，即在给定时间内可以打包到其中的事务数是有限的，这就给了块空间一个隐式的时间值。如果一笔交易长期未被确认，可能会受到市场（价格）波动的影响或被套利机器人抢先。用户为确认其交易而支付的交易费反映了其竞购区块空间的意愿。区块空间市场连接着矿工和用户。

从表面上看，区块空间市场因缺乏中央协调而显得复杂和混乱。它依靠具体的规则、程序和供需一体化来调整自己。我们如何知道当前的市场设计是否**？从诺贝尔奖获得者阿尔文E.罗斯身上可以看出一两个。

阿尔文E.罗斯被认为是市场设计领域的先驱。在他的开创性著作《谁得到什么-为什么》中，他指出，为了正常运作，市场至少需要做三件事：

市场深度：有足够的潜在买家和卖家进行互动。在区块空间市场中，区块奖励鼓励供应商（矿工）提供哈希率（算力）；另一方面，随着越来越多的人（用户）使用网络进行交易，区块空间的需求也在增加。

安全：市场参与者必须有安全感，才能披露或处理他们可能持有的机密信息。由于链上交易的透明性，提交密封报价的交易用户可能并不总能得到自己想要的结果（即交易用户无法知道对方的交易费用出价，往往出价高的交易首先由矿工确认）。此外，交易需要高度的结算担保，也就是说，应该有足够的算力，使得区块重组成本高昂。

克服拥堵：交易应及时完成或取消。当市场不能有效应对交易量造成的拥挤时，参与者（用户）的交易确认可能会遇到很大的延迟。正如最近以太坊dapps（去中心化应用）的流行一样，由于交易阻塞，导致天然气价格飙升。

在比特币和以太坊的发展史上，如何优化区块空间市场结构的设计常常引发诸多激烈的争论。在接下来的章节中，我们将从供给方（矿工）和需求方（用户）的角度阐述以太坊区块空间市场的结构。我们将拭目以待，目前的街区空间市场设计是否提供深度、缓解拥堵，还是安全、方便参与。之后，我们将讨论一些热门的建议，以优化块空间市场的结构，以及块空间市场在未来如何发展。

供应方：以太坊矿业的结构

整个挖矿业的最终目标是为一种商品，即区块空间提供一个去中心化和透明的清算所。

这项任务绝不是微不足道的。在一个分布式区块链系统中，没有中央权威协调机构，在全球范围内运作，区块空间是匿名拍卖的。矿工需要为区块空间提供强有力的安置保障。他们需要在硬件和能源上投入大量资金来进行大量计算，以确保区块链网络的安全。

尽管人们普遍担心算力的中心化（例如所谓的51%算力攻击），矿业并不是一个单一的有机体。区块空间市场的波动对每个参与者都有不同的影响，每个矿工都受到位置、矿工类、温度、维护和挖矿策略的严重影响。

比特币和以太坊矿业有着截然不同的市场结构：比特币和一些POW币几乎完全进入了ASIC矿业时代。另一方面，虽然以太坊是第二大市场价值，但在以太坊矿业领域几乎没有ASIC矿业。虽然偶尔会有新的ASICMaker的传言，但据估计，以太坊80-90%的算力都是由Gup矿业公司主导的。

从结构上看，以gpu挖矿为主的区块空间供应商市场与以ASICs挖矿为主的区块空间市场有何区别？

GPU的开发始于NVIDIA和AMD。他们要么直接销售独立显卡，要么向下游显卡Maker批发GPU芯片和内存。相反，这些Maker删除了与挖矿无关的功能，因此它们被称为“挖矿图形卡”。有许多品牌的定制挖矿卡与白色标签。

GPU市场的oem数量远大于ASIC市场。因此，以太坊的算力构成比典的ASICs网络（如比特币网络）更加多样化。这也给矿机经销商的垄断渠道带来了挑战。GPUMaker有更多的选择，因为他们不必等待bitmain和whatiner等ASICMaker来解决设备供应链的限制。

这意味着GPU的供应通常不像使用**后端进程的ASIC那样成为瓶颈。此外，GPU矿工不依赖任何特定的区块链网络（挖矿可以在不同的pow区块链网络之间切换），从事投机挖矿的矿工几乎只使用GPU挖矿机。此外，消费类GPU图形卡在其他计算领域也很有价值，如游戏、数据中心和人工智能工作。一般来说，GPU矿工在硬件选择上有更大的灵活性。

结构决定特性。硬件结构决定了矿业的资本支出和能源消耗。这两个因素是计算挖矿成本的关键因素，挖矿成本对挖矿生态系统的其他部分具有连锁效应：从设备制造、分销、托管设施、天然气成本波动、对EIP（以太坊改进方案）的偏好，到挖矿的定义特征循环。

根据比特币价格与网络算力之间的相对变化率，下图显示了比特币挖矿周期的四个典阶段（这个周期将以周期的形式出现）：（1）上涨的牛市→（2）挖矿的淘金热→（3）库存齐平→（4）洗牌→（1）上涨的牛市→

上图：比特币价格（红色曲线）和比特币网络算力（绿色曲线）的历史变化，以及比特币网络的挖矿周期。

由于挖矿硬件固有的流动性不足，网络算力的变化往往滞后于价格的变化。”“硬件响应时间”由各种外部因素决定，例如Maker的供应链约束、OEM晶圆积压、设备性能，甚至运输物流。

今年市场正全速进入疯狂牛市，这种滞后现象尤为明显。矿工和投资者争相订购新机器；另一方面，矿工Maker刚刚从考德-19爆发期间供应链中断中恢复过来，全球集成电路短缺迫使所有需要半导体（芯片）的行业——挖矿、汽车、消费电子等。-排起长队等待分配晶圆。

此外，NVIDIA最近宣布，将人为削弱运行ETHash（POW挖矿算法）的新图形卡的性能，以防止矿工购买其所有GPU股票。这意味着，除非货币价格或手续费继续大幅上涨，当积压的矿机最终上线时，“**”、“大重组”阶段可能会让很多矿机非常痛苦。

在以太坊，有三个主要的挖矿收入来源：

内置区块奖励（每个区块2个ETH+区块奖励）

交易费用，以及

矿工可采价值（MeV）

以太坊的交易成本占区块总收益的百分比（即单个以太坊区块的交易成本占区块给矿工带来的总收入的百分比）远高于t币（见下图）。这意味着以太坊矿工不仅关注货币价格，还关注天然气走势。即使货币价格保持不变，交易费用的增加也足以鼓励以太坊矿工提高算力。

上图中：黄线表示交易费用占比特币区块总收益的百分比，紫线表示交易费用占以太坊区块总收益的百分比。可见，后者所占比例明显较高。来源：coinmetrics

另外，如上所述，与ASIC网络相比，GPU在选择和分布上的灵活性使得它更容易扩展或降低算力。因此，以太坊的挖矿周期通常比比特币短：

上图：以太坊价格（黄色曲线）和比特币算力（蓝色曲线）的历史变化，以及以太坊挖矿周期的周期。

挖矿周期越短，挖矿收入高时竞争越激烈；而GPU硬件选择的灵活性意味着挖矿收入低时算力更容易被去除。

货币价格和交易费用的明显上涨吸引了更多的矿工参与。然而，与大多数大宗商品市场不同的是，更多的生产者（矿工）并不意味着区块空间供应的增加，而区块空间的增加是由区块大小和平均区块时间决定的。这意味着，网络算力的提高不会降低网络交易成本，反而会增加网络安全预算：随着越来越多的矿工加入竞争，重组历史区块的成本越来越高，从而提高了网络结算保障。

需求方：用户希望交易成本最小化

由于块大小有限，这意味着用户需要争夺系统资源。对于链上发起交易的任何用户，交易费用模定义了核心用户体验。目前以太坊网络的交易收费模式是“很高价拍卖模式”。

作为***的存储和执行智能合约的平台，以太坊正变得越来越实用。德孚的“货币乐高”擅自将多个德孚产品和服务进行组合，极大地推动了新金融项目的创新。

如今的以太坊用户通过“很高价拍卖模式”参与区块空间市场竞价。这是一种简单的拍卖方式。用户提交交易报价并以交易费的形式支付给矿工，以便矿工将他们的交易打包到区块中。

用户可以通过设置交易的“天然气价格”进行投标，并将价格更改为Gwei/gas（1gwei=0.000000001ETH）。我们的实证观察表明，超过75%的矿藏遵循默认策略，即只按照交易成本的降序进行打包（交易成本高的先打包，交易成本低的后打包），并且不要先将事务打包到任何特定的位置。如下图所示：

区块空间需求侧的市场结构非常简单：用户希望将支付给矿工的费用降至**，以享受顺畅的体验，而矿工则希望收入**化，因为他们是逐利实体。

用户支付的费用总是遵循供求规律，这是不争的事实：区块空间是最稀缺的资源，因此那些希望自己的交易更快打包成区块的用户，往往愿意支付比那些愿意等到下一个区块打包的用户更高的交易费用。

块空间是加密领域中最接近“数字房地产”的东西。街区空间作为经济活动的场所，具有房地产的内在价值。

网络拥塞与交易成本

区块空间的价值直接转化为用户支付的费用。在这种收费模式下，很难估算出“正确”的天然气价格，从单个区块的天然气价格波动可以看出，如下图所示：

上图：以太坊区块的平均天然气价格在一周内从100 Gwei波动至400 Gwei。

让我们回顾一下诺贝尔奖得主罗斯对成功市场设计的三个要求：市场深度、安全性和克服拥挤。显然，在拥堵时期，对于普通用户来说，天然气价格往往会涨得太高。瓶颈在哪里？

GAS FEE用的不可预测性源于用户无法协调下一个1、5或10区块中包含的“适当交易费用”。如今，大多数用户使用“一次性竞价”方法：他们只广播一次交易，然后等待交易打包。

新技术的第一个版本总是粗糙的。多年来，不同的版本将出现解决拥堵问题。街区空间的市场设计涉及到生态系统各方利益的平衡。目前，讨论了解决交通拥堵问题的三种可能途径

短期：增加块大小，但可能损害安全性；

中期：改变地块拍卖机制，要求社会达成共识；

长期：实施可扩展的解决方案，如汇总和ETH2.0。

第一。有些人可能希望增加块大小，以便单个块可以容纳更多的事务（即，假设需求保持不变，增加块空间的供应）。但这种变化只能暂时缓解高交易成本带来的痛苦，因为新的需求将很快填补这一障碍，并再次推高成本。另外，区块大小的增加使得区块链的节点软件需要占用更多的资源，因此应该避免这种方式来保持系统的去中心化性。

第二，另一种方法是重组投标过程。如今，“很高价拍卖”已经在所有区块链成本机制中实施。Eip-1559建议，当系统不拥挤时，应将成本机制改为固定价格销售，允许用户轻松选择“**”报价以满足其选择偏好。EIP-1559的变体已经部署在区块链网络中，如near、CELO和filecoin。这一提议还计划在2021年7月的以太坊伦敦升级中激活，这将是开放区块链历史上收费市场机制的**变化。

Eip-1559也是以太坊**争议的话题之一。超过60%的矿场表示反对这一提议，EIP-1559已演变成区块空间用户和生产商（即矿工）之间的“贸易战”。尽管仍难以量化这一提议对矿工交易费收入的确切影响，但矿工普遍认为，天然气价格需要大幅上涨以弥补损失。中国以太坊社区的一位以太坊爱好者阿健直言不讳地批评了这一提议，他说EIP-1559“将失去矿工的忠诚”。以太坊pool创始人潘凯文（kevinpan）表示，这一提议实际上不会对矿业收入产生太大影响，但“极其侮辱”。

然而，并非所有矿工都这么认为。以太坊f2pool的创始人是DeFi产品的积极用户，他支持这一提议。就连在比特币区块大小的“内战”（导致比特币现金分叉诞生）中声名狼藉的煽动者吴继汉也表示支持以太坊的EIP-1559方案。从根本上说，在一个根植于世界不同地区的开放生态系统中，人类的协调仍然是知名的挑战之一。

**，从长远来看，合适的解决方案是允许供应方扩展，而不会对第1层系统的信任需求产生重大影响。毕竟，用户想要低成本，而低成本不是一个经济机制设计问题，而是一个基本的区块链可伸缩性问题。值得注意的是，可伸缩性还允许更多的需求进入系统，这将抵消每个事务平均成本的降低。主要方法是所谓的第2层解决方案，如**汇总和ZK汇总。

幽暗的森林和幽暗的以太坊池

如果我们是在比特币的背景下，那么围绕需求者（用户）的讨论将到此结束。然而，在以太坊，正在构建的金融体系扭曲了游戏规则。

我们知道，在有限的时间内，以太坊网络中可能存在一些“机会”，它们以套利的形式存在，或者以高需求资产的形式存在，在出售时只提供有限数量的参与者（如ICO）。与人们排队购买**版服装的方式类似，开发者开发的软件可以智能地在链条中争夺机会（如套利机器人或抢先交易机器人），甚至可以通过天然气竞价与其他机器人竞争。

这一概念被称为“优先天然气拍卖”（简称PGA），Phil Daian等人的开创性论文flash boys 2.0[1]**对此进行了描述。PGA产生的“非常规”收入流被称为“矿工可提取价值”（MeV）。

目前以太坊的生态MeV主要由DeFi交易者通过结构化套利策略（通过套利机器人）获得，矿工则通过这些交易者支付的交易费用间接获利。

机器人参与PGAs可以获得一个潜在的非常有利可图的机会。他们愿意以高昂的天然气价格投标，以便尽快确认和打包交易，从而实现他们将能够获得的利润。通过根据天然气成本对交易进行重新排序，这些过高的天然气成本最终落入矿工手中。

这导致了以太坊生态中黑暗森林的发展。例如，Phil Dai在本文中描述了一个价值捕获，其中价值约12000美元的代币落入了捕食者手中。这些捕食者是套利机器人，不断监控以太坊交易记忆池的活动，并尝试根据预定的算法提前（先发制人）运行特定类的交易。Uniswap等DEX平台很可能充斥着套利机器人。

因此，一些服务提供商已经开始提供“暗池”，允许事务绕过以太坊公共内存池，因此在打包和链接这些事务之前，它们不会对公众可见。这些暗池不会将事务广播到网络，而是直接转发给矿工，这样这些事务就不会广播到网络上的其他节点。

这些黑池不完全是为了利润**化，也可能是为了逃离以太坊的黑森林。例如，在逃离黑暗森林[2]的过程中，安全研究员samczsun记录了他的团队如何使用这项技术从一个有问题的智能合约中拯救25000 ETH。

先发制人交易（前台交易）和暗池并非加密货币市场所独有。它们代表了一个和时间一样古老的金融驱动力：隐藏。华尔街早就接受了这种有争议的投资方式。据估计，2015年后，暗池交易占美国交易所上市证券交易活动的15-18%。

矿工可挖矿价值（MeV）的“潜在市场总量”正呈指数级增长。自2020年初以来，至少有3.5亿美元的电动汽车被收回，其中三分之一发生在2021年2月。大部分提取的mev中心化在Uniswap、sushiswap、curve和balancer等流行的自动做市商之间的套利，compound和AAVE的清算也占了一小部分。

上图：自2020年1月1日起提取的累积MeV。资料来源：https://explore.flashbots.net

这种蝴蝶效应是惊人的：套利和清算机会创造了MeV。成本估计器以PGA竞价调整后的天然气价格为参考，造成用户交易费用过高。

该问题的核心是用户和机器人在同一事务内存池中。

理想情况下，涉及MeV的事务应该与非MeV事务位于单独的事务池中。这将允许MeV提取机器人相互竞争；而所有其他交易，如加密货币的转让，将在非MeV交易池中进行，这将使用户能够享受更稳定的天然气市场。

不幸的是，对于以太坊来说，如此重大的改变很难实现。解决这个问题的一个更简单的方法是为矿工引入一个新的API端点，在这里他们只接受涉及MeV的包。这样，套利交易者将直接向终端提交交易，而用户将继续像今天一样使用系统的其余部分。这就是flashbots正在采取的方法[3]。

矿工将如何适应MeV？

过去，当成本占区块总收入的百分比可以忽略不计时，矿工们的主要目标是获得尽可能多的区块奖励（例如，当前以太坊区块奖励为每个区块2 ETH）。矿工们通常会选择一个拥有足够算力的人才库来托管自己的算力。经过多年的开发，矿藏已或多或少地优化到相同的性能范围。落后于同行的矿藏将很容易被发现，很快就会被竞争对手挤出市场。

除了一些矿场的基本参数（如收入分配方案、加盟矿场的服务费等），矿工并不关心加盟哪些矿场；用户也并不真正关心哪些矿场处理自己的交易；只要交易费用有吸引力，矿场也不关心用户是谁。

但随着MeV（矿工可挖矿价值）占区块总收入的比例增加，矿工、矿场和用户的担忧开始变得更加微妙。有了MeV，区块空间的市场机制将从单纯的商品市场转变为包含一些匹配市场的要素市场。当用户提交事务时，他们应该了解池及时处理其事务的能力。

在其他条件相同的情况下，MeV的存在将导致天然气价格高于MeV不存在时的价格。这意味着矿工间接获得了套利交易者提取的MeV总价值的一小部分，目前估计约为12%。最近的一项分析还显示，矿工通过MeV赚取的费用最终将超过“正常”收入来源。换言之，矿工是逐利实体，可能希望获得更多的MEV。通过按交易处理顺序使用权力，矿工可以选择插入、重新排序甚至审查交易，以实现其交易业务利润的**化。

理论上，在极端情况下，矿工将继续重组区块链，因为他们试图从过去打包的区块中提取MeV价值。虽然有可能，但这种情况并不明显可信：矿工（多数）长期结构性持有ETH，这种重组将直接对其ETH投资产生负面影响。

更乐观的是，矿业公司决定将MeV挖矿外包给套利交易员。矿工可以使用上述flashbots方法，或将其算力租赁给专业贸易公司。

我们预计，以太坊池将不可避免地开始在MeV提取过程中更加活跃，因为它们寻求从提供的算力中获得**回报。随着MeV挖矿竞争的升温，以太坊挖矿生态系统的（去中心化）将如何受到市场结构变化的影响，还有待观察。

生态系统中的用户将如何参与MeV？

算力的金融化是矿业发展的一个重要趋势。对于矿工来说，通过power tools（hashpower instruments）出售他们的算力是锁定未来收入的一种方式。与在云挖矿平台上租赁算力类似，远期合约允许矿工以预付价格在一段时间内出售固定数量的算力。如果区块空间与房地产相似，则计算力为房地产权益，计算力的远期合同与抵押权相似。

预期网络MeV活动增加的活跃DeFi用户可以通过购买这些计算工具进行推测。例如，预计未来15天在线MeV活动激增的交易员可以在未来15天以预先定价购买x-amount算力。在合同期限内，挖矿收入加上挖矿者获得的MeV收入将支付给贸易商。

这种计算工具和MeV代表了矿业资本市场的前沿发展。新工具正朝着这些方向积极发展。MeV和力计算工具为用户和矿工关闭了一个完整的循环。

总结

以太坊区块空间的市场结构是一个值得研究的有趣话题，有很好的理由。在此分析中，我们观察了GPU和ASIC电力市场之间的主要差异。我们还确定了创建需求侧动态的关键机制，并根据MeV将区块空间的供给侧和需求侧捆绑在一起。

MeV是以太坊事务类日益复杂的必然结果。随着MeV的工具和知识库越来越主流，将会出现更多有趣的MeV模式。

改变商品在市场上的销售方式，也会改变商品的生产方式。MeV为挖矿业创造了新的收入渠道，进而影响挖矿业与区块空间买家（即交易用户）之间的互动。以太坊的挖矿周期将出现一种新模式。

感谢Tina Zhen、Tarun Chitra、Hasu和Alex obadia对本文初稿的评论。

文本中的链接：

[1]: https://arxiv.org/abs/1904.05234

[2]: https://samczsun.com/escaping-the-dark-forest/

[3] ：https://ETHrear.ch/t/flashbots-frontrunning-the-mev-crisis/8251

作者：Georgios konstantopoulosLeo Zhang