MEV (miner extractable value) thuật ngữ đề cập đến lợi nhuận bổ sung mà người khai thác có thể tạo ra bằng cách sắp xếp lại, chèn hoặc bỏ qua các giao dịch từ các block mà họ tạo ra. Trong khi quá trình giành được một block như nhau, nhà sản xuất khối chiến thắng có quyền kiểm soát đáng kể đối với các giao dịch trong khối. Sức mạnh này là nguyên nhân cơ bản của MEV và về lý thuyết, chỉ được sử dụng cho các lực lượng tốt. Nhóm Flashbots ủng hộ việc thay đổi “miner extractable value” thành “maximal extractable value” bao gồm tất cả giá trị có thể trích xuất bởi các tác nhân đặc quyền (ví dụ: trình xác thực trong ETH2) ngoài những gì người khai thác trong hệ thống PoW có thể trích xuất.

Hiểu về MEV

Trước khi một giao dịch Ethereum được đưa vào một khối, nó sẽ đi đến Mempool, một khu vực tổ chức có thể truy cập công khai. Đây là nơi bot MEV tìm kiếm các giao dịch mà chúng có thể sử dụng để nắm bắt một số MEV, chẳng hạn như thông qua thị trường chênh lệch giá hoặc thanh lý các khoản vay không tập trung.

Ví dụ: giả sử có một đơn đặt hàng Uniswap lớn để mua SNX / WETH trong Mempool. Một bot MEV sẽ thực hiện một giao dịch ngay sau lệnh Uniswap để phân biệt mức trượt giá trong nhóm Uniswap so với giá SNX / WETH trong một nhóm AMM khác như SushiSwap. Đây được coi là MEV lành tính hoặc tích cực, vì nó có lợi cho hệ sinh thái.

Tuy nhiên, các thợ đào, với tư cách là người gác cổng cuối cùng trên chuỗi, có một con át chủ bài so với các bot MEV. Các Miner có bot “generalized frontrunning” có thể sao chép giao dịch chênh lệch giá của bot MEV và thay thế nó bằng giao dịch chênh lệch giá của họ, do đó thu được lợi nhuận từ giao dịch chênh lệch giá cho chính họ. Giao dịch Generalized frontrunning được coi là một giao dịch MEV ác tính hoặc một giao dịch gây mất ổn định hệ sinh thái. Các cuộc tấn công kiểm duyệt và tập trung khai thác MEV là hai vấn đề đã được Ed Felten xác định liên quan đến các cuộc đấu giá MEV và gây ra những nguy hiểm đáng kể cho cộng đồng Ethereum.

Các cuộc tấn công cướp thời gian(Time-bandit) là một vectơ tấn công MEV được xác định trong bài báo về Flash Boys 2.0 đặc biệt có khả năng gây mất ổn định sự đồng thuận. Chúng gây ra rủi ro tồn tại lớn hơn cho các blockchain có trạng thái, tức là Ethereum. Trong cuộc tấn công này, người khai thác có thể “rewind” chuỗi và khai thác lại các khối đã được thực thi vì lợi ích của họ, do đó thu được MEV mà họ không có. Phần thưởng khối càng thấp thì động lực cho người khai thác tổ chức lại các khối để nắm bắt MEV càng lớn.

Chiến lược MEV

Nhiều chiến lược để nắm bắt MEV yêu cầu thứ tự giao dịch chính xác. Ví dụ: bằng cách đặt một giao dịch trước hoặc sau các đơn hàng lớn trên DEXE. Các chiến lược thanh lý sử dụng các bot hoạt động trở lại để thực hiện các giao dịch ngay lập tức sau khi cập nhật về giá. Một chiến lược MEV tương đối mới được mệnh danh là “uncle bandit” đã được tìm thấy trong đó các giao dịch trong các uncle blocks được sử dụng để bắt MEV.

1. Front-running: Một giao dịch mục tiêu trong mempool được xác định và bot tìm cách khai thác ngay trước giao dịch bằng cách gửi giá gas cao hơn một chút. Ví dụ: một bot tìm kiếm các danh sách mới trên Uniswap và sẽ gửi một lệnh mua lớn ngay sau khi niêm yết để đẩy giá lên cao hơn.
2. Back-running: Một bot tìm cách khai thác ngay sau giao dịch mục tiêu bằng cách gửi giá gas thấp hơn một chút so với giao dịch. Ví dụ: một lệnh thanh lý được gửi ngay lập tức sau khi cập nhật về giá.
3. Sandwiching: Sự kết hợp giữa chạy trước và chạy sau. Ví dụ: một lệnh mua lớn được xác định trong Mempool và lệnh chạy trước được đặt trước lệnh mua để mua token với giá thấp hơn. Lệnh mua lớn sau đó đẩy giá cao hơn và bot chạy sau sẽ bán token của lệnh chạy trước để thu lợi nhuận.
4. Uncle bandit: Theo chi tiết của Alchemy và Robert Miller từ Flashbots, một bot đã có thể back-run một sandwich bundle mà nó nhìn thấy trong một uncle block, sử dụng uncle block một cách hiệu quả như mempool.

Sự bùng nổ trong khai thác MEV đã khiến các thợ đào chạy các bot MEV của riêng họ. Các cuộc tấn công của Uncle Bandit là một ví dụ về việc khai thác MEV mà các thợ đào có lợi thế đáng kể vì họ có thể nhìn thấy các uncles đầu tiên. Khi không gian MEV trở nên cạnh tranh hơn, một số người chơi MEV đã tiến hóa thành những kẻ săn mồi. Hợp đồng Salmonella của Nathan Worsley đã chứng minh cách các bot  sandwich có thể bị khai thác bằng cách sử dụng một lỗ hổng trong logic mô phỏng.

Những người tham gia bình chọn trong danh sách công khai cho các chiến lược quan trọng, đấu giá với nhau với giá gas ngày càng cao và tăng dần để thu được MEV trong cái gọi là priority gas auctions (PGAs). Điều này tạo ra một vòng phản hồi khi các nhà ước tính phí sử dụng giá gas cao làm tham chiếu khiến người dùng không phải MEV phải trả quá nhiều để các giao dịch của họ được thực hiện. Hơn nữa, vì chỉ có một bot có thể chiếm được MEV nên tất cả các bot không giành chiến thắng sẽ bị hủy hoặc hoàn nguyên giao dịch của chúng, điều này sẽ gas không cần thiết. Nói cách khác, khai thác MEV thông qua PGA gây ra các tác động bên ngoài ảnh hưởng đến tất cả người dùng Ethereum.

MEV truyền thống

Front-running không phải là mới và đã tồn tại trong các thị trường tài chính truyền thống trong nhiều thập kỷ. Nhưng phải đến cuốn sách Flash Boys: A Wall Street Revolt năm 2014 của Michael Lewis, thế giới mới biết đến rộng rãi những chiến thuật săn mồi này. Các shop giao dịch tần số cao đã sử dụng nhiều chiến lược khác nhau để đạt được lợi thế về độ trễ trong nhiều năm – đồng vị trí, đường cáp, tháp vi sóng, v.v. Trong một số trường hợp, nhân viên của sàn giao dịch cũng tham gia vào việc thao túng thị trường.

Hoạt động trở lại trong các thị trường truyền thống thường xảy ra với các shop kinh doanh khai thác, cơ chế trao đổi cho phép họ nhập lệnh ngay sau một sự kiện. Điều này có nghĩa là hack để lấy dữ liệu sự kiện nhanh hơn hoặc gửi đơn đặt hàng đến công cụ khớp nhanh hơn. Công ty HFT tình cờ là một blog tuyệt vời ghi lại một số khai thác tần suất cao này.

Dark pool là hệ thống giao dịch thay thế cho phép người mua và người bán đặt lệnh mà không cần tiết lộ công khai lệnh của họ. Các công ty giao dịch tần suất cao săn lùng các lệnh lớn bằng cách gửi các lệnh 1 lot vào thị trường để phát hiện tính thanh khoản. Khi khối thanh khoản lớn được tìm thấy, một loại chiến lược kiểu sandwich được sử dụng để tận dụng sự biến động giá sau khi khối được lấp đầy.

Tăng trưởng MEV

MEV gần đây đã được định nghĩa lại là “maximal extractible value”, vì số lượng MEV được thực hiện đã tăng lên theo cấp số nhân với việc áp dụng DeFi và để nhận ra rằng các nhà sản xuất khối trong các chuỗi khối không dựa trên bằng chứng công việc cũng có thể trích xuất giá trị, ví dụ trình xác thực trong ETH2.

Hình 4. Etherscan: Các thợ đào hàng đầu từ ngày 16 đến ngày 22 tháng 5 năm 2021.

 Flashbots gần đây đã phát hành v0.2 của MEV-Geth và MEV-Relay, với những thay đổi sau:

• Tạo ra một chức năng để ước tính chi phí cơ hội của người khai thác và giải quyết tình trạng nhồi nhét gói.
• Giảm bớt sự căng thẳng của chuỗi bằng cách ngăn các giao dịch không mong muốn
• Bundle merging: Cho phép nhiều gói trong một khối. Tăng doanh thu của thợ đào.
• Thay thế các điểm cuối HTTP bằng Websockets: để giảm độ trễ và tăng tính bảo mật của nút.

Thống kê về MEV đi qua mạng Flashbots có thể được xem thông qua bảng điều khiển.

Hình 5. Bảng điều khiển Flashbots:% khối bao gồm các gói Flashbots kể từ ngày 1 tháng 6 năm 2021.

2. KeeperDAO’s Hiding Book

KeeperDAO là một giao thức khác sử dụng một mempool ảo riêng được gọi là Hiding Book. Người dùng định tuyến các giao dịch mua bán hoặc cho vay của họ thông qua mạng của Hiding Book nơi các bot của Keeper trích xuất MEV thông qua chênh lệch giá hoặc thanh lý. Lợi nhuận MEV được gửi vào kho bạc ROOK và người dùng nhận được một phần lợi nhuận dưới dạng token ROOK trừ đi phí quản lý. Các giao dịch của người dùng được thực hiện miễn phí và được bảo vệ khỏi các cuộc tấn công trượt giá và sandwich.

KeeperDAO cũng có Coordination Game nơi keepers được khuyến khích cộng tác và thay phiên nhau chia sẻ lợi nhuận thay vì cạnh tranh với nhau thông qua PGA. Điều này cũng giúp keepers không bị mất chi phí gas với các lệnh giao dịch thất bại.

3. Secret Networks’s Secret Swap

Hoán đổi bí mật là một giao thức AMM trên Mạng bí mật. Secret Swap sử dụng các hợp đồng bí mật (SNIP-20) để bảo vệ người dùng khỏi các bot MEV chạy trước và các bot khác trong khi cung cấp quyền truy cập vào tính thanh khoản của chuỗi chéo. Các hợp đồng SNIP-20s được mã hóa khi chúng ở trong mempool, ngăn chặn việc trích xuất MEV. Người dùng sẽ cần phải có ví Keplr và mã thông báo $ SCRT để thanh toán “phí gas”. Các giao dịch trên Giao dịch hoán đổi bí mật phải trả phí swap 0,3% cùng với phí gas $ SCRT. LP và nhà giao dịch nhận được mã thông báo quản trị Hoán đổi Bí mật, $ SEFI.

Token $ SCRT là token quản trị gốc của lớp giao thức Mạng bí mật. Mạng bí mật cung cấp một mempool được mã hóa để ngăn các nút và trình xác thực xem chi tiết giao dịch. Block chain Secret Network dựa trên Cosmos SDK / Tendermint, có tính năng cắt và ủy quyền. Ứng dụng Bí mật được xây dựng bằng các hợp đồng thông minh CosmWasm được viết bằng Rust và được triển khai trên Mạng bí mật.

Hình 6. Phân tích swap bí mật: Tháng 3 đến tháng 5 năm 2021.

4. bloXroute BackRunMe

BloXroute gần đây đã phát hành BackRunMe, mộtsolidity contract cho phép người dùng gửi các giao dịch riêng tư được bảo vệ khỏi các cuộc tấn công front-running và tấn công sandwich. Các giao dịch vẫn có thể được chạy lại cho phép các cơ hội chênh lệch giá MEV. Người dùng sẽ nhận được khoản giảm giá 25% lợi nhuận trong khi bot MEV nhận 20%, thợ đào 50% và bloXroute 5%.

Hình 7. bloXroute BackRunMe: Cách hoạt động.

Hình 8. bloXroute BackRunMe: Phân chia lợi nhuận.

5. Archer DAO’s ArcherSwap

Archer DAO ra mắt vào tháng 8 năm 2020 mang đến cho các thợ mỏ khả năng tận dụng MEV. Các bot MEV được cung cấp bởi các bên thứ ba, các nhà cung cấp, cung cấp các gói MEV có lợi cho các thợ đào. Các nhà cung cấp và thợ đào chia sẻ lợi nhuận MEV dưới dạng mã thông báo quản trị $ ARCH. Các nhà cung cấp thanh khoản cung cấp tài sản thế chấp cho bot của các nhà cung cấp cho các chiến lược MEV yêu cầu các khoản vay vốn dài hơn khoản vay nhanh. ArcherSwap sử dụng Archer Relay để vượt qua mempool công khai và gửi các giao dịch của người dùng trực tiếp đến các thợ đào và Flashbots MEV-GETH của riêng họ. ArcherSwap ngăn chặn việc front-running và trượt giá và không mất phí đối với các trường hợp hủy đơn đặt hàng và thất bại trong giao dịch.

Hình 9. Mạng ArcherDAO.

Archer DAO gần đây đã nhận được một đề xuất quản trị để phân phối mã thông báo ARCH cho người dùng ArcherSwap. Mã thông báo ARCH được mua từ thị trường bằng cách sử dụng doanh thu do MEV tạo ra từ giao dịch của người dùng.

6. Mạng TaiChi

Mạng TaiChi là một dịch vụ giao dịch riêng tư do SparkPool điều hành. Các giao dịch của người dùng chỉ hiển thị với Sparkpool và không được phát sóng tới các nút Ethereum khác ngăn chặn bot MEV hoạt động theo lệnh. Vì giao dịch có thể được xem bởi Spark Pool, nó vẫn dễ bị tấn công bởi các bot MEV do Spark Pool điều hành.

Hình 10. Mạng TaiChi

7. Nhà giả kim MistX.io

mistX.io là một DEX chạy trên mạng Flashbots cho phép người dùng gửi các giao dịch dưới dạng gói Flashbots. Tất cả các giao dịch MistX token-ETH đều có giá gas bằng 0 và người dùng không bắt buộc phải giữ ETH trong ví của họ. Người dùng mistX cũng có thể hủy giao dịch mà không phải trả phí. Nền tảng mistX.io giữ lại một tỷ lệ phần trăm các mẹo của thợ đào và được sử dụng để làm phong phú thêm chương trình phần thưởng Crucible và Aludel.

Kết luận

Đối với người dùng DeFi thực hiện các giao dịch swaps và cho vay, MEV trên Ethereum chỉ có thể được giảm bớt chứ không thể loại bỏ hoàn toàn. Các giải pháp tốt nhất hiện tại là các mạng riêng để ngăn chặn các cuộc tấn công front-running và tấn công sandwich trong mempool đồng thời cung cấp lợi nhuận thu được từ MEV hoặc các lợi ích khác, chẳng hạn như giao dịch không gas. Tuy nhiên, như người ta có thể quan sát từ hoạt động trên Flashbots, các chiến lược khai thác MEV mới liên tục được phát hiện và tạo ra và biện pháp bảo vệ hiện tại có thể trở nên lỗi thời.

Những cải tiến hơn nữa đối với các tùy chọn hiện tại có thể giảm MEV sẽ làm cho thiết kế hiện tại không được phép và hoàn toàn riêng tư. Một thiết kế không được phép có nghĩa là không có người trung gian đáng tin cậy nào, tức là những người khai thác, có thể kiểm duyệt các giao dịch. Thiết kế hoàn toàn riêng tư ngụ ý rằng không người tham gia nào – tức là người tổng hợp, người khai thác, người giữ cổng, có thể quan sát chi tiết của các giao dịch. Flashbots gần đây đã gửi đề xuất của họ cho MEV-SGX, một cải tiến hoàn toàn riêng tư và không được phép của Flashbot Alpha, sử dụng vùng bảo mật SGX của Intel.

Hình 11. Kiến trúc MEV-SGX.

Tổng hợp layer 2 cung cấp một cách tiềm năng khác để giảm MEV. Vitalik Buterin gợi ý rằng các đợt tổng hợp có thể xử lý tất cả các thực thi giao dịch, để lại Ethereum làm lớp dữ liệu cơ sở. Optimism đã đề xuất Đấu giá MEV (MEVA) sẽ giảm MEV của thợ đào bằng cách tạo ra hai chức năng:1) transaction inclusion and 2) transaction ordering.

Hình 12. Optimism MEV đấu giá (MEVA)

Theo lý thuyết, Proof of Stake (PoS) có thể vô hiệu hóa các cuộc tấn công cướp thời gian (time-bandit) bằng cách cắt các trình xác thực cố gắng tổ chức lại các khối trước đó. Vẫn tồn tại khả năng một cuộc tấn công cướp thời gian có thể xảy ra nếu lợi nhuận MEV lớn hơn so với hình phạt cắt giảm.