以太坊:以太坊区块空间、黑暗森林和 MEV，以及未来的新趋势

作者：GeorgiosKonstantopoulos&LeoZhang编辑：南风“一个可以自由运作的市场就像一个可以自由转动的轮子：它需要一个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。”—诺贝尔奖得主AlvinE.Roth01区块空间市场概述

区块空间(blockspace)是为所有加密货币网络提供动力的商品。在区块空间市场中，矿工是生产者，矿池是拍卖商，用户是竞标者。区块空间市场的影响是如此普遍，几乎触及了加密货币生态系统的每个方面。我们知道，在区块链网络中，用户发起交易后，交易将以点对点(P2P)的方式在每个节点的内存池中广播。每笔交易都附有一笔交易费(fee)。这笔交易费表明了交易者购买区块空间的意愿，从而使自己的交易被(矿工)处理并打包进一个区块中。每时每刻，都会存在无数个由矿工提议的区块处于“薛定谔的状态”之中，也即介于「未确认」和「已确认」的状态之间。这些区块竞相寻找第一个满足难度目标值的哈希输出。每个被提议的区块都有成为区块链上的下一个区块的概率。通过每秒数十亿次的计算，矿工们将瓦解这一概率波，形成区块链账本的历史记录。由于每个区块的大小是有上限的，也即在给定的时间内可以被打包进入其中的交易数量是有限的，因此这给予了区块空间一个隐式的时间价值。如果某笔交易长时间未被确认，则可能会受到市场(价格)波动性的影响，或者被套利机器人抢先交易。用户为使自己的交易被确认而支付的交易费(fee)，反映了他们竞标区块空间的意愿。区块空间市场将矿工和用户连接在一起。从表面上看，区块空间市场看起来复杂而混乱，因为它缺乏中央协调。它依赖于详细的规则、程序以及供需的融合来进行自我调整。我们如何知道当前的市场设计是否最优化？可以通过诺贝尔奖得主AlvinE.Roth窥见一二。AlvinE.Roth被认为是市场设计领域的先驱。在其开创性著作《WhoGetsWhat-andWhy》中，他指出，为了正常运转，市场至少需要做三件事：市场深度：有足够数量的潜在买家和卖家进行互动。在区块空间市场中，供应商(矿工)受到区块奖励的激励来提供哈希率(算力)；另一方面，随着越来越多的人(用户)使用网络进行交易，对区块空间的需求也在增加。安全性：市场参与者必须有安全感，才能披露他们可能持有的机密信息，或者根据这些信息行事。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他们想要的结果(也即交易用户之间无法知晓彼此的交易费出价，往往出价高的交易先被矿工确认)。此外，交易需要高度的结算保证，也就是说，应该有足够的算力使区块重组变得成本高昂。克服拥堵问题：交易应该及时完成或取消。当市场不能有效地处理交易量带来的拥堵时，参与者(用户)的交易确认可能遭遇很大延迟。正如由于最近以太坊Dapps(去中心化应用)大受欢迎，交易拥堵导致了Gas价格的飙升。在比特币和以太坊的历史上，如何优化区块空间市场结构的设计常常会引发许多激烈的争论。在下面的章节中，我们将从供应侧(矿工)和需求侧(用户)的角度阐述以太坊区块空间市场的结构。我们将查看当前的区块空间市场设计是否提供了深度，缓解了拥堵，或者参与其中是否安全和简单。之后，我们将讨论一些优化区块空间市场结构的热门提议，以及区块空间市场在未来可能会如何发展。1.供应侧：以太坊挖矿的结构整个挖矿行业的最终目的是为一种商品，也即区块空间，提供一个去中心化的透明清算所。这项任务决不是微不足道的。在一个没有中央权威协调者且全天候全球运行的分布式区块链系统中，区块空间以匿名的方式拍卖，矿工需要为区块空间提供强大的结算保证，通过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过于集中化(比如引发所谓的51%算力攻击)，但挖矿行业并不是一个单一的有机体。区块空间市场的波动对各个参与方的影响程度不同；且每个矿工都受到地点、矿机类型、温度、维护和挖矿策略等因素的严重影响。比特币和以太坊挖矿有着截然不同的市场结构：比特币和一些PoW币几乎完全迁移到了ASIC挖矿时代。另一方面，尽管以太坊是第二大市值，但以太坊挖矿领域几乎没有ASIC挖矿的存在，虽然每隔一段时间就会出现新的ASIC制造商的传言，但据估计，目前大约80-90%的以太坊算力是由GUP挖矿主导。那么从结构上来说，主要由GPUs挖矿组成的区块空间供应商市场，与主要由ASICs挖矿组成的区块空间市场有何不同呢？GPU挖矿始于NVIDIA(英伟达)和AMD。它们要么直接销售独立的显卡，要么批发GPU芯片和内存给下游显卡制造商。这些制造商转而删除与挖矿无关的功能，因此被称为“挖矿显卡”。有很多白标定制挖矿卡的品牌。

以太坊侧链Ronin Network预计将于6月13日进行网络升级:6月8日消息，以太坊侧链 Ronin Network 将于区块高度 24,935,500 处进行 Hatsune (v2.5.4) 网络升级及 Olek 硬分叉，预计时间为北京时间 6 月 13 日 13:00。Olek 硬分叉的改进包括增强网络稳定性以及解决几个错误修复。[2023/6/8 21:23:47]

相比ASIC市场，GPU市场的原始设备制造商的数量要多得多。因此，以太坊的算力构成比典型的ASICs网络(比如比特币网络)更加多样化。这也给矿机分销商垄断渠道带来了挑战。GPU矿工有更多的选择，因为他们不必等待Bitmain(比特大陆)、Whatsminer等ASIC制造商来解决设备供应链限制。这意味着，GPUs的供应通常不像使用高级后端流程的ASICs那样存在瓶颈。此外，GPU矿工并不依赖于任何特定的区块链网络(可以在不同的PoW区块链网络间切换着挖矿)，从事投机性挖矿的矿工几乎只使用GPU矿机。而且，消费类GPU显卡在其他计算领域也很有价值，比如游戏、数据中心和人工智能工作。总的来说，GPU矿工在他们的硬件选择方面有更高的灵活性。结构决定特性。硬件构成决定了挖矿行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，而挖矿成本对挖矿生态系统的其他部分产生了连锁效应：从设备的制造、分销、托管设施、Gas成本的波动、对EIPs(以太坊改进提案)的偏好，到挖矿周期的特征。根据比特币价格和网络算力之间的相对变化率，下图展示了比特币挖矿周期的四个典型阶段(这个周期会循环发生)：(1)TheRisingBull(上升阶段)→(2)MiningGoldrush(挖矿淘金热阶段)→(3)InventoryFlush(矿机减产，清理库存)→(4)Shakeout(重大改组)→重复(1)TheRisingBull(上升阶段)→......

数据：以太坊分叉链 EthereumFair 出块量突破1500万:金色财经报道，据以太坊分叉链EthereumFair数据显示，其网络出块量已经突破1500万个，本文撰写时达到15,626,793个，平均出块时间14.4秒，当前网络钱包地址数超过225万个，总交易量为8,799,683笔。[2022/9/28 5:57:10]

比特币的价格(红色曲线)和比特币网络的算力(绿色曲线)的历史变化情况，以及比特币网络挖矿周期的循环。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变化。“硬件反应时间”是由各种外部因素决定的，如制造商的供应链限制、代工晶圆积压、设备性能，甚至运输物流。随着市场正全速进入疯狂的牛市趋势，这种滞后在今年尤其明显。矿工和投资者争相订购新机器；而另一方面，矿机制造商刚刚从COVID-19疫情期间的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、消费电子产品等——都在排着长队等待晶圆分配。此外，NVIDIA(英伟达)最近宣布，他们将人为削弱其最新显卡运行Ethash(PoW挖矿算法)性能，以阻止矿工买下其所有GPU库存。这意味着，除非币价或费用继续大幅上涨，否则等到积压的矿机最终上线时，“清理库存”和“重大改组”阶段可能会让很多矿工非常痛苦。在以太坊中，挖矿收入主要有三个来源：内置的区块奖励(每个区块奖励2ETH+叔块奖励)交易费，以及矿工可提取价值(MEV)以太坊中的交易费用占总区块回报的百分比(也即单个以太坊区块中，交易费占该区块给矿工带来的总收入的百分比)要比比特币高得多(见下图)。这意味着，以太坊矿工不仅关注币价，还会关注Gas的走势。即使币价保持不变，交易费的增加也将足以激励以太坊矿工增加自己的算力。

以太坊伦敦升级已确定所有纳入的EIP，共包括EIP-1559等5个EIP:以太坊开发者Tim Beiko发文概述以太坊伦敦升级。虽然目前还未确定各网络的升级区块，但已最终确定纳入的所有EIP。根据升级规范，它们是：

EIP-1559：改变ETH 1.0链的费用市场；

EIP-3198：BASEFEE操作码；

EIP-3529：减少退款；

EIP-3541：拒绝以0xEF字节开头的新合约；

EIP-3554：难度炸弹延迟至2021年12月1日。

此前消息，对于以太坊测试网进行伦敦升级的时间，Ropsten定于区块高度10399301（6月9日），Goerli定于区块高度4979794（6月16日），Rinkeby定于区块高度8813188（6月23日），主网仍定于7月14日进行升级，在第一个测试网成功分叉后，再确定主网客户端升级区块。[2021/6/14 23:35:11]

上图中：黄线表示交易费占比特币区块总回报的百分比，紫线表示交易费占以太坊区块总回报的百分比。可以看长，后者占比显然更高。数据来源：Coinmetrics此外，如前所述，与ASIC网络相比，GPU在选择和分布上的灵活性使其更容易扩大或缩小算力。因此，以太坊挖矿的周期往往比比特币更短：

Sigma?Prime发布以太坊2.0客户端Lighthouse v1.2.1版本:官方消息，以太坊2.0客户端Lighthouse开发团队Sigma?Prime发布Lighthouse v1.2.1版本，降低了产生孤块的可能，建议所有质押者尽快更新。[2021/3/19 19:01:42]

上图：以太坊的价格(黄色曲线)和比特币网络的算力(蓝色曲线)的历史变化情况，以及以太坊网络挖矿周期的循环。挖矿周期越短，意味着当挖矿收益高时，竞争加剧得更快；而GPU硬件选择的灵活性则意味着当挖矿收益低时，算力更容易解除。币价和交易费的明显上涨吸引了更多的矿工参与。然而，与大多数商品市场不同的是，更多的生产商(矿工)并不意味着区块空间供应的增加——区块空间的供应由区块大小和平均出块时间决定。这意味着，网络算力的增加并不会降低网络交易费，而是增加了网络的安全预算：随着越来越多的矿工加入竞争，对历史区块进行重组的成本变得更高，从而改善了网络的结算保证。2.需求侧：用户希望交易费降到最低

由于区块大小是有限的，这意味着用户需要竞争系统的资源。对于任何发起链上交易的用户来说，交易费模式定义了核心的用户体验。当前，以太坊网络的交易费模式是「最高价拍卖模式」。作为最受欢迎的存储和执行智能合约的平台，以太坊的实用性迅速上升。DeFi的“货币乐高”已经使诸多DeFi产品和服务以无需许可的方式相互结合，并极大地推动了新的金融项目的创新。今天的以太坊用户通过「最高价拍卖模式」来参与区块空间市场的竞价。这是一种简单的拍卖模式，用户为他们的交易提交一个报价，以交易费的形式支付给矿工，以使自己的交易被矿工打包进入区块。用户可以通过设置交易的“Gas价格”来进行出价，该价格以gwei/gas计价(1gwei=0.000000001ETH)。我们对矿池打包交易的实证观察表明，超过75%的矿池遵循默认策略，即仅仅按照交易费的降序打包交易(交易费更高的交易先被打包，交易费更低的后被打包)，而不优先打包任何特定地址的交易。见下图：

金色财经数据报道 以太坊失去万年老二的位置，市值占比下滑较大:根据AiCoin数据显示，目前加密货币总市值为20,414.692亿人民币，市值目前处于上升阶段。不过比特币的市值却仍处于下跌现象，目前比特币市值为7309亿人民币，目前占整个加密货币总市值的35.8%；以太坊万年老二的位置也被HNR抢走，目前HNR的市值为3140亿人民币，占整个加密货币总市值的15.38%；瑞波币跌落前三排行榜，第三名的位置由以太坊占据，目前ETH目前总市值为2635亿人民币，占整个加密货币总市值的12.91%。[2018/4/12]

以太坊区块空间市场结构是一个值得研究的有趣话题，而且有充分的理由。在这个分析中，我们观察到了GPU和ASIC算力市场之间的主要差异。我们还明确了创造需求侧动态的关键机制，并将区块空间的供给侧和需求侧在MEV(矿工可提取价值)方面捆绑在了一起。MEV是以太坊交易类型日益复杂的必然结果。随着针对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。改变一种商品在市场上的销售方式也会改变这种商品的生产方式。MEV为挖矿行业创造了新的收入渠道，从而反过来影响挖矿行业与区块空间的买家(即交易用户)之间的交互方式。以太坊挖矿周期将出现新的模式。感谢TinaZhen,TarunChitra,Hasu和AlexObadia对这篇文章早期草稿的评论。正文中涉及的链接：:https://arxiv.org/abs/1904.05234:https://samczsun.com/escaping-the-dark-forest/:https://ethresear.ch/t/flashbots-frontrunning-the-mev-crisis/8251-END-

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