以太坊區塊空間市場：挖礦、黑暗森林與MEV

可以自由運行的市場就像可以一個自由轉動的車輪：它需要軸和潤滑良好的軸承。如何提供那根軸，並保證那些軸承不會缺少潤滑油，是市場設計要解決的問題。 ―摘自美國諾貝爾經濟學獎得主埃爾文E. 羅斯（Alvin E. Roth）的《共享經濟：市場設計及其應用》

概覽

區塊空間市場概述供給方：以太坊挖礦結構供給方：以太坊挖礦市場週期需求方：區塊空間的時間價值需求方：擁堵和收費黑暗森林和暗池礦工將如何適應MEV？

1

區塊空間市場概述

區塊空間（blockspace）是為所有加密貨幣網絡提供動力的商品。在區塊空間市場中，礦工是生產者，礦池是拍賣行，用戶則是投標人。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。

當用戶啟動交易後，交易將以點對點的方式在每個節點的內存池中廣播。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哈希輸出。每個區塊都有可能成為下一個區塊。通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。用戶為購買區塊空間所支付的費用，反映了他們競標意願程度。區塊空間市場連接了礦工和用戶。

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、程序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優化？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：

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哈希率。另一方面，隨著越來越多的人使用網絡交易，對區塊空間的需求也隨之增加。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信息由於鏈上交易的透明性，提交密封投標的用戶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，應該有足夠的哈希率使區塊重組變得成本高昂。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，由於網絡擁堵，Gas 價格隨之暴漲。

在比特幣和以太坊的歷史上，如何優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（用戶）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，我們將討論優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運行的分佈式區塊鏈系統中，區塊空間以匿名的方式拍賣，礦工需要通過投入大量硬件和能源成本，進行大量計算以確保區塊鍊網絡的安全，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、礦機類型、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。這兩家大廠要么直接銷售獨立顯卡，要么批發GPU 芯片和內存給下游顯卡製造商。這些製造商會移除與挖礦無關的功能，因此這些被稱為“挖礦顯卡”。有很多白標的定制挖礦顯卡品牌。

市場上，定制顯卡礦機廠商（OEM）數量明顯多於ASIC 礦機製造商。因此，以太坊的哈希率構成比典型的ASIC 網絡更為多元化。這也給分銷商壟斷渠道帶來了挑戰。礦工有更多選擇，因為他們無需等待比特大陸、神馬等ASIC 礦機製造商解決供應鏈難題。這意味著，GPU供應通常不像使用高級後端流程的ASIC 礦機那樣常遭遇瓶頸。

此外，GPU 礦工沒有綁定到任何特定網絡。從事投機性挖礦的礦工幾乎只採用GPU 礦機。而且，零售類GPU 顯卡在其他計算領域（如游戲、數據中心和AI）中也很有價值。總體而言，GPU 礦工在硬件選擇方面具有更高的選擇靈活度。

結構決定特性。硬件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絡哈希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。

由於挖礦硬件市場固有的流動性不足，網絡哈希率變化往往滯後於價格變化。 “硬件反應時間”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，礦機製造商剛開始從新冠疫情期間的供應鏈中斷中恢復過來，全球集成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，英偉達最近宣布，將人為削弱最新顯卡運行Ethash （PoW 挖礦算法）性能，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：

內置的區塊獎勵（每個區塊獎勵2 ETH + 叔塊獎勵）交易費礦工可提取價值（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哈希率。

此外，如前所述，與ASIC 網絡相比，由於GPU 在選擇和分佈上的靈活性，更容易擴大或縮小哈希率。因此，以太坊挖礦的周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 硬件選擇的靈活性則意味著挖礦收益低時，哈希率更容易解除。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，哈希率的提高並不會降低網絡交易費用，而是增加網絡的安全預算。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，從而改善了網絡的結算保證。

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，交易費範式是最關鍵的核心用戶體驗。

作為最受歡迎的存儲和執行智能合約的平台，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項目的創新。

如今，以太坊用戶通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。用戶提交出價，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。用戶可以通過交易的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% 的礦池遵循默認策略，沒有優先級，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，用戶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，用戶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用戶，將總是比願意等待的用戶支付更多的費用。對於下一個區塊，如以下待處理事務隊列的形狀所示：

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、網絡難度和費用的不確定性，未來區塊空間的時間價值降低。對於用戶而言，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用戶支付的費用。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。

一周內，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 價格對於普通用戶而言通常漲得過高。其瓶頸到底在哪裡？

Gas 費用的不可預測性源於一個事實，即用戶無法對接下來的第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，大多數用戶都採用“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。通過允許用戶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：

短期：增加區塊大小。權宜之計，可能會損害安全性。中期：改變拍賣機制。需要社區共識。長期：可擴展性解決方案。 Rollups 和ETH 2.0 。

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件佔用更多資源，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序。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，允許用戶輕鬆地選擇“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 月在以太坊激活，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 已經變成了用戶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。中國以太坊社區“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）儘管尚未宣布任何正式立場，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 產品的活躍用戶，他們支持這個提案。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 提案的支持。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，用戶想要低費用，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展性的基本問題。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能競爭鏈上機會的軟件，這些軟件甚至通過設置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，它們不斷監視內存池中的活動，並試圖根據預先確定的算法搶先交易特定類型的交易。 Uniswap 等DEX 平台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)，讓交易繞過公共內存池，因此在這些交易寫入鏈上之前，對公眾是不可見的。這些暗池不向網絡廣播交易，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能合約中解救出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，暗池占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清算也占到了一小部分。

蝴蝶效應是驚人的。套利和清算機會創造了MEV。 MEV 通過PGA 競爭。費用預估器使用PGA 推高的Gas 價格作為參考，導致用戶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，用戶和機器人在同一個交易內存池裡，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，而用戶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，當費用占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盡可能多的區塊獎勵。礦工會選擇一個擁有足夠大哈希率的礦池託管算力。經過數年的發展，礦池已或多或少地優化到相同的性能範圍。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。除了基本參數（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，用戶並不真正在乎哪個礦池處理其交易。

只要交易費用誘人，礦池也不在乎用戶是誰。

隨著MEV 相對於區塊獎勵的比例呈現增長，礦工、礦池和用戶的考慮開始變得更加微妙。借助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。當用戶提交交易時，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、重新排序甚至審核交易，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用戶檢測到，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。礦工可以通過上述Flashbots 方法（保留區塊獎勵，僅將排序外包）實現，或者將哈希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，因為它們尋求賺取哈希率的最佳收益。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？

哈希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，那麼哈希率就是財產權益，哈希率的遠期合約類似於抵押。對礦工來說，通過算力工具出售算力是他們鎖定未來收入的一種方式。類似於在雲挖礦平台上租用算力，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。

預期網絡MEV 活動將會累積的活躍DeFi 用戶，可以通過購買算力工具進行投機交易。例如，交易者預計網絡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 和算力工具為用戶和礦工實現了完整的資本市場閉環循環。

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哈希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 是以太坊交易類型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 用戶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。