区块空间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，几乎涉及加密货币生态系统的每个方面。
用户发起交易后，它会在每个节点的内存池中进行点对点传播。每笔交易都附加一笔费用。该费用表明了购买区块空间的意愿，这使交易被处理并打包进一个区块中。
每时每刻都有无数的提议区块存在于这个未确认和确认之间的“薛定谔状态”中，他们的竞争寻找满足难度目标的第一个哈希输出。每个区块都有成为下一个区块的概率。通过每秒贡献数十亿次的计算，矿工们可以分解概率波，并将账本历史具体化。
由于一个区块的大小是有上限的，所以在特定时间内可以通过的交易数量是有限的，从而使区块空间具有隐含的时间价值。长期未确认的交易可能会受到市场波动的影响，或者被套利机器人抢先。用户为购买区块空间支付的费用反映了他们的出价意愿。区块空间市场将矿工和用户联系在了一起。
从表面上看，区块空间市场因为缺乏中央协调而显得复杂混乱。它依靠详细的规则、程序和供求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为成功进行了优化？
诺贝尔奖得主Alvin E. Roth被认为是市场设计领域的先驱。在他的开创性著作《谁得到了什么——以及为什么》中，他指出，为了正常运作，市场至少需要做三件事：
市场深度：有足够多的潜在买家和卖家进行互动。在区块空间市场的情况下，供应商受到区块奖励的激励来提供算力。另一方面，随着越来越多的人使用网络进行交易，对区块空间的需求也在增加。
安全：市场参与者必须感到安全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，提交密封投标的用户可能不总是得到他们想要的结果。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重组变得昂贵。
无拥堵：交易应该及时完成或取消。当一个市场不能有效地应对交易量带来的拥堵时，参与者可能无法在没有太多延迟的情况下将他们的交易纳入区块。从最近以太坊Dapp的流行可以看出，gas费也因拥堵而暴涨。
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引发许多激烈的争论。在接下来的章节中，我们将从供给(矿工)和需求(用户)的角度来说明以太坊区块空间市场的结构。我们考察了当前区块空间市场设计是否提供了深度、缓解了拥堵，或者参与是否安全简单。之后我们将讨论优化市场结构的热门建议，以及区块空间市场未来可能的发展方向。
供应方：以太坊挖矿的结构
整个挖矿业的最终目的是为区块空间提供一个去中心化的透明清算所。
这项任务绝不是微不足道的。在一个没有权威协调者的全天候全球范围运行的分布式系统中，矿工需要为匿名拍卖的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产生极其复杂的计算来确保网络的安全。
尽管人们普遍担心算力的集中化，但挖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组成部分都有不同程度的影响；而每个矿工都受到地点、机器类型、温度、维护和挖矿策略等因素的严重影响。
比特币和以太坊的挖矿有着截然不同的市场结构。比特币和一些PoW币几乎已经完全迁移到了ASIC时代。另一方面，尽管以太坊市值第二，但几乎没有ASIC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，目前以太坊的算力约有80-90%是由GPU主导的。
从结构上看，主要由GPU组成的区块空间供应商市场与主要由ASIC组成的市场有何不同？
GPU挖掘都源于NVIDIA和AMD。他们要么直接销售独立显卡，要么将GPU芯片和内存批发给下游显卡制造商。这些制造商反过来删除了与挖矿无关的功能，因此这被称为“矿卡”。
与ASIC市场相比，OEM的数量要多得多。因此，以太坊的算力构成要比典型的ASIC网络多样化得多。这也使得分销商很难垄断渠道。矿工有了更多的选择，他们不必等待比特大陆、Whatsminer等ASIC制造商来解决供应链的限制。这意味着初始供应通常不会像使用先进后端流程的ASIC那样遇到瓶颈。此外，GPU矿工不受任何特定网络的束缚。从事投机开采的矿工几乎只使用GPU矿机。此外，零售GPU显卡在游戏、数据中心和人工智能工作等其他计算领域也很有价值。总的来说，GPU矿工在他们的硬件选择上更加灵活。
结构决定性质。硬件构成决定了行业的资本支出和能源消耗。在计算挖矿费用时，这两个因素至关重要，它们对挖矿生态系统的其他部分产生了连锁效应：从制造、分销、托管设施、gas费波动、对EIP的偏好，到其挖矿周期的定义特征。
在The Alchemy of Hashpower中，我们根据比特币价格和网络哈希率的相对变化率介绍了挖矿周期的四个典型阶段：
由于硬件固有的流动性不足，网络算力往往滞后于价格变化。“硬件反应时间”是由制造商的供应链限制、代工晶圆积压、设备产能，甚至航运物流等各种外生因素决定的。
去年牛市，矿工和投资者争相订购新机器。另一方面，制造商刚刚开始从疫情期间的供应链中断中恢复，全球集成电路短缺迫使矿业、汽车、消费电子等所有半导体企业排队等待晶圆分配。
此外，NVIDIA宣布他们将人为地削弱最新显卡上Ethash的性能，以阻止矿工买走所有的GPU库存。这意味着，除非币价或费用继续大幅上涨，否则当积压的机器最终上线时，“库存清理”和“洗牌”阶段可能会非常痛苦。
在以太坊中，挖矿收入主要来自三个方面：
coinbase奖励(每个区块2ETH +uncle reward)
交易费
矿工可提取价值
以太坊的交易费用占总区块奖励的百分比远高于比特币。这意味着以太坊矿工不仅关注币价，还会关注Gas费的走势。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算力。
此外，正如前面几节所讨论的，由于GPU在选择和分布上的灵活性，与ASIC网络相比，它更容易扩大或缩小算力。因此，以太坊的挖矿周期往往更短：
更短的周期意味着当挖矿收入较高时，竞争会加速，而硬件选择的灵活性则意味着当挖矿收益低时，算力更容易解套。单位利润率(每Megahash/s的区块奖励)可能会出现剧烈波动，因此预测收益将具有挑战性：
币价和费用的显著上涨吸引了更多的矿工参与。然而，与大多数商品市场不同，更多的生产者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区块时间决定。这意味着算力的增加并没有降低网络交易费用，而是增加了网络的安全预算。随着越来越多的矿商加入竞争，重组历史区块的成本变得越来越高，从而提高了网络的结算保障。
需求方：区块空间的时间价值
由于区块大小有限，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，收费模式决定了核心的用户体验。
作为存储和执行智能合约的最受欢迎的平台，以太坊的效用迅速上升。DeFi的“货币乐高”使产品和服务可以以无许可的方式相互连接，并极大地推动了新金融方案的创新。
如今，以太坊用户通过重复的首价拍卖参与区块空间市场。这是一种简单的拍卖模式，用户为他们的交易提交竞价，以纳入下一个区块，该出价以交易费的形式支付给矿工。用户可以通过其交易的“gas费”选择他们的出价（以gwei/gas为单位）。对矿池交易选择方法的观察表明，超过75%的矿池遵循默认策略，没有优先顺序。也就是说，只是简单地将交易按费用降序列入，而没有对任何特定地址进行优先排序。
它的市场结构很简单：用户希望尽量减少支付给矿工的费用，以享受平稳的体验，而矿工则希望最大化收入，因为他们是营利实体。
一个不争的事实是，用户支付的费用将始终遵守供求法则：每秒的区块空间是稀缺资产，因此，希望立即纳入其交易的用户将始终比愿意等待下一个区块的用户支付更多的费用，这一点从下面等待交易的队列形状可以明显看出。
区块空间是加密货币领域中最接近“数字房地产”的东西。区块空间具有作为经济活动发生地的“房地产”的内在价值。
对于矿工来说，由于价格、网络难度、费用等不确定性，未来区块空间的时间价值较低。对于用户而言，由于其交易的盈利能力和效用存在不确定性，未来区块空间的时间价值同样较低。
拥堵和费用
区块空间的时间价值将直接转化为用户支付的费用金额。在这种收费模式下，预估“正确”的gas费是一个困难的问题，这可以从单个区块的gas费波动中明显看出：
回想一下Roth的成功市场设计的三个要求：深度、安全性和克服拥堵。很明显，在拥堵的情况下，gas费往往对普通用户来说往往飙升得太厉害。其瓶颈到底在哪里？
这种不可预测性源于这样一个事实：用户无法协调包含在接下来的1个、5个或10个区块中的正确费用。如今，大多数用户都采用“一次出价”的方式：他们只广播一次交易，然后等待它被纳入。通过允许用户在一系列区块上表达其费用偏好，例如使用费用升级算法，可以实现持续的改进。
一项新技术的最初版本总是粗糙的。多年来出现了多种版本来解决拥堵问题。区块空间的市场设计涉及到平衡生态系统中多个派系的利益。在目前的关头，我们已经讨论了三种可能的途径：
短期：增加区块大小，临时补丁可能存在安全风险。
中期：改变拍卖机制，需要社区共识。
长期：可扩展性的解决方案，比如rollup和ETH 2.0。
一些人可能会试图增加区块大小，以便它可以容纳更多的交易(即增加供应，假设需求不变)。这一变化只能是暂时缓解高收费带来的痛苦的一剂止痛药，因为新的需求会迅速填满区块，再次推高收费。另外，区块大小的增加会使区块链节点软件更加资源密集，为了保持系统的去中心化，应该避免区块大小的增加。
另一种方法是重组竞标流程。如今，所有区块链的收费机制都实施了“广义的首价拍卖”。EIP-1559提案将该机制改变为在系统不拥挤时以固定价格出售，允许用户根据自己的偏好轻松地选择“最优”出价(与现状相反)。
EIP-1559也是以太坊迄今为止最具争议的话题之一。超过60%的矿池表示反对该提议，EIP-1559已经演变成了区块空间用户和生产者之间的“贸易战”。虽然它对矿工费用收入的确切影响还难以量化，但挖矿业普遍认为，gas费需要大幅上涨以弥补差额。中国以太坊社区对该提议的直言不讳的批评者A ' jian认为EIP-1559“会失去矿工的忠诚”。Poolin的创始人Kevin Pan认为，这实际上不会对挖矿收入造成太大影响，但它的“侮辱性极强”。
然而，并不是所有的矿工都这么想。F2Pool的创始人本身就是DeFi产品的活跃用户，他们支持这个提议。就连比特币区块规模内战臭名昭著的煽动者Jihan Wu也表示支持改变收费机制。最终，在一个植根于世界不同地区的无结构开放生态系统中，人类的协调仍然是最大的挑战之一。
从长远来看，允许供应方水平扩展是适当的解决方案，而不会对第1层系统的信任需求产生重大影响。毕竟，用户想要低费用，而低费用不是一个经济机制设计问题，而是一个基本的区块链可扩展性问题。值得注意的是，可扩展性还将允许更多的需求进入系统，这将抵消每笔交易平均费用的下降。这里的主要方法是Optimistic和ZK rollps等所谓的第2层解决方案。
Dark Forest和Dark Pool
如果我们是在比特币的背景下，那么围绕需求方的讨论将在这里结束。然而，在以太坊中，整个金融系统正在被构建，这扭曲了游戏规则。以太坊网络中可能存在某些“机会”，这些机会以套利或以某项高需求资产在出售时仅提供有限的参与名额(例如ICO)的形式存在。与人们争相排队购买限量版服装类似，开发人员已经开发出了智能竞争链上机会的软件，这甚至可以通过gas费竞价与其他机器人竞争。
这一概念被称为优先gas拍卖(PGA)，在Phil Daian等人的开创性论文“Flash Boys 2.0”中首次被提出。由PGA产生的“不规则”收入流被称为Miner Extractable Value或MEV。参与PGA的机器人能够获得一个潜在的非常可观的盈利机会，他们愿意为gas费出上高价，最高可以达到他们要赚的利润。
在Ethereum is a Dark Forest中，作者描述了大约价值1.2万美元的代币落入“掠夺者”手中的一次提取。这些掠夺者是套利机器人，它们不断监视内存池上的活动，并试图根据预先确定的算法提前运行特定类型的交易。Uniswap等DEX平台很可能充斥着套利机器人。
因此，一些服务提供商开始提供“Dark Pool”——交易绕过公共内存池，因此在进入链上之前对公众不可见。这些Dark Pool不向网络广播，而是直接将交易转发给矿工，这样它们就不会广播给网络上的其他节点。这些Dark Pool并不完全用于利润最大化的目的。在《Escaping the Dark Forest》中，安全研究员samczsun记录了他的团队如何使用这种技术从一个有缺陷的智能合约中拯救了25k ETH。
抢先交易和Dark Pool并非加密货币市场的独有现象。它们代表了金融领域一股亘古不变的驱动力：保密。华尔街长期以来一直接受这种有争议的方式。据估计，2015年后，Dark Pool交易占美国上市证券交易活动的15-18%
MEV的“总潜在市场”正在呈指数级增长，自2020年初以来，至少有3.5亿美元的MEV被提取，其中三分之一发生在2021年2月。提取的MEV大多集中在Uniswap、Sushiswap、Curve和Balancer等热门自动做市商之间的套利行为中，此外，Compound和Aave的清算也占了一小部分。
蝴蝶效应是惊人的：套利和清算机会创造了MEV。MEV通过PGA进行竞争。费用估算者使用经PGA夸大的gas费作为参考，导致用户为他们的交易支付过高的费用。这个问题的核心在于，不管他们是否追求MEV，用户和机器人处于同一个交易池中。
理想情况下，MEV交易与非MEV交易应该处于独立的交易池中。这可以使提取MEV的机器人相互竞争，而所有其他交易(例如转让一个CryptoPunk)将在非MEV交易池中进行，这将使用户可以享受一个更稳定的Gas市场。
不幸的是，这种对以太坊的巨大改变很难执行。解决这个问题的一种更简单的方法是为矿工引入一个新的API端点，在这里他们将接受仅有MEV交易的 bundle。这样一来，交易者将直接向终端提交交易，而用户则像今天一样继续使用系统的其他部分。这就是Flashbots所采取的方法，据我们所知，这是最不具破坏性的一种方法。
矿工将如何适应MEV？
在过去，当费用占总区块奖励的百分比可以忽略不计时，矿工的主要重点是尽可能多地获取区块的份额。矿工往往会选择一个拥有足够多算力的矿池来托管自己的算力。经过多年的发展，矿池基础设施已或多或少地优化到了相同的性能范围。一个落后于同行的群体将很容易被发现，并迅速被竞争对手淘汰。除了基本参数外，矿工并不真正关心他们使用的是哪个矿池。用户并不真正关心哪个矿池处理他们的交易，而只要费用有吸引力，矿池也不关心用户是谁。但随着MEV相对于区块奖励的增长，矿工、矿池和用户的考虑开始变得更加细致。
有了MEV，区块空间市场机制将从纯粹的商品市场转变为包含有匹配市场的一些元素。当用户提交交易时，他们应该意识到矿池及时执行交易的能力。
在其他条件相同的情况下，MEV将导致gas费高于MEV不存在时的价格。这意味着矿工已经间接提取了被交易者提取的总MEV的一小部分，目前估计约为12%。最近的一项分析还暗示，由MEV而赚取的费用最终将超过“常规”收入流赚取的费用。也就是说，矿工是追求利润的实体，他们可能希望提取更多的MEV。通过利用他们对交易排序的权力，矿工可以选择插入、重新排序甚至审查交易，以使他们的交易业务利润最大化。
在极端情况下，由于试图从过去的区块中提取MEV(俗称“时间强盗”攻击)，矿工将会一遍又一遍地重组区块链。虽然存在可能，但这种情况显然是不可行的：矿工(在大多数情况下)在结构上做多ETH，这种行动将直接对其ETH投资产生负面影响。
更乐观的看法是，矿工决定将MEV提取外包给交易者。他们可以采用前面提到的Flashbots方法，保留区块奖励并将订单外包出去，或者将哈希率出租给专门的交易公司。
无论采用哪种方法，我们预计以太坊矿池将不可避免地开始在MEV提取过程中更加活跃。随着MEV提取竞赛的升温，这一市场结构变化将如何影响以太坊的(去)中心化挖矿生态系统还有待观察。
生态系统的其他用户如何参与MEV？
算力的金融化是挖矿领域的一个重要趋势。如果区块空间类似于房地产，那么算力就是房产的权益，而算力的远期合约类似于抵押贷款。对于矿工来说，通过算力工具出售算力是他们锁定未来收入的一种方式。类似于在云挖矿平台上租用算力，远期合约允许矿工在一段时间内以预付价格出售固定数量的算力。
那些预期网络MEV活动将增加的活跃DeFi用户可以通过购买这些算力工具进行投机。例如，预期网络MEV活动在未来15天内激增的交易者可以在未来15天内以预付价格购买x数量的算力。在合约期内，挖矿奖励加上矿工提取的 MEV 收入将随后转给交易者。如果交易者处于有利地位，购买可能会赚回交易者自己支付给矿池的MEV费用。流动算力工具和MEV都代表了挖矿资本市场的前沿发展。正在积极构建新的工具，以朝着这些方向发展。MEV+算力工具为用户和矿工完成了一个完整的循环。
结论
以太坊区块空间市场结构是一个引人入胜的研究课题。在本分析中，我们观察到了GPU和ASIC算力市场的供应方之间的关键差异。我们还确定了创造需求方动态的关键机制。然后，我们将这两者结合，置于矿工可提取价值的背景之下。
正如Charlie Noyes在《MEV and ME》中所写的那样：“任何阻止矿工获得收入流的尝试都有可能刺激非协议市场的创建。”MEV是以太坊交易类型日益复杂的必然结果。随着MEV工具和知识库变得越来越主流，将会出现更多有趣的MEV模式。这些行为将深刻影响DeFi用户规划区块空间购买策略的频率。
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为挖矿创造了新的收入渠道，从而将反过来影响挖矿行业与区块空间买家的互动方式。以太坊挖矿周期将会出现新的模式。
