在數字資產領域，通過套利也可攫取巨大利潤。目前，主流的套利方式有空間套利、三角套利、組合套利和三明治套利四種。本文將從專業角度出發，深入淺出地分別講解四種套利的原理和方法。
套利交易是金融界最傳統的利用不同市場的價格差獲得經濟利益的手段。而在數字資產的新領域，套利交易同樣存在，並且隨著技術的發展不斷地革新。在當前，主要的套利合約分為四種，即：空間套利、三角套利、組合套利和三明治套利。
與資產的社會持有相仿，套利合約同樣遵從“二八定律”，即：大部分的套利利潤由少數幾個合約掌控；而大多數的合約則收入極低。因此，在本期研報中，我們除了介紹各種套利合約之外，也會重點關注在套利合約領域中，收益排名前十的合約，藉以介紹其套利方式，並以此作為抓手，對當前的套利合約市場進行研究。由於在當前，ETH和BSC是套利交易者所最常涉及的兩條賽道，因此，我們的研究就集中於這兩條賽道中的套利交易者。
一.當前ETH/BSC賽道上的十大套利合約簡介
在數字資產業界，使用低吸高拋的手段進行套利（業界內俗稱“搬磚”）是一種自從數字資產出現以來就有的獲取利潤的手段。經過幾年間技術的發展，其形式由最初的單一方式——利用不同交易所的同一種通證的價差進行套利，延伸到了諸如三角套利、組合套利等多種方式。
在目前的ETH和BSC賽道中，其頭部合約憑藉套利獲得的利潤極度可觀。例如，在ETH賽道中，獲利最高的套利用戶在30天中的利潤高達8,742,097.36美元；而投資回報率最高的用戶僅僅花費了86.25美元的成本，便獲得了647,148.91美元的利潤，其回報率高達750,352.14%。但與此相對，其他的合約收入就十分瘠薄。在ETH賽道中，盈利在25%位置的合約只能獲得0.19美元的收入，與套利收入最高的合約的差距可以說是雲泥之別。
Figure 1. ETH不同位置套利合約利潤情況，數據來源：https://eigenphi.io
無論在ETH還是BSC賽道中，其“二八定律”都明顯得驚人——甚至用“二八”來形容都已經遠遠不夠。與ETH賽道相仿，在BSC鏈中，獲利最高的套利用戶的30日利潤可以高到334,859.69美元；而排在25%位置的合約則只有0.09美元的月收益，甚至於排位高達95%的合約，其月利潤也不過只能有24.08美元。由此可見，ETH和BSC兩條賽道上的套利合約已經變成了純粹的寡頭市場，僅有最頂端的十多個合約能夠獲得驚人的利益，而其他的套利合約所賺取的利潤，可以說僅僅只是頂端用戶遺留的“殘羹冷炙”而已。
Figure 2. BSC不同位置套利合約的利潤情況，數據來源：https://eigenphi.io
ETH賽道上的十大套利合約
Chart 1. ETH賽道上的十大套利合約盈虧一覽，數據來源：eigenphi.io
BSC賽道上的十大套利合約
Chart 2. BSC賽道上的十大套利合約盈虧一覽，數據來源：eigenphi.io
二.當前區塊鏈套利合約的主要類型
空間套利(Spatial Arbitrage)
空間套利（Spatial Arbitrage）是最基礎，也最簡單的套利方式。是採用兩種不同的數字通證組成的交易對進行倒手交易來進行低吸高拋從而獲利的方式。
空間套利本質上是一個時間競爭——從低價市場購入通證後導致的價格上漲將會快速和高價市場因通證拋售導致的價格下跌相互沖抵。因此，交易的效率在空間套利中尤為重要。
在當前，空間套利是ETH和BSC賽道上的領先者最常用的套利方式——在BSC賽道上，獲利前十位的用戶中，有六個用戶採用了空間套利進行交易；而在ETH賽道中，前十位用戶全部採用了空間套利。
Figure 3. ETH和BSC賽道中排名前十的收益與套利合約類型一覽，數據來源：eigenphi.io
三角套利(Triangular Arbitrage)
三角套利（Triangular Arbitrage）是通過三種不同的數字資產進行套利的方式。在BSC賽道中，最頭部的用戶中有30%的用戶採用該種方式進行套利交易。
三角套利的原理是：假設該用戶在BSC中同時擁有三種數字資產：BNB、X和Y。那麼，該市場中就會同時存在兩個不同的X和Y的匯率，其一是X與Y的真實匯率；另一個則是通過這兩種數字資產與BNB的匯率所計算出的理論值（稱為理論交叉匯率）。當數字資產X與Y的理論交叉匯率與實際匯率差異較大的時候，便可以使用三角套利的方法從中獲得利潤。
在絕大多數的情況下，由於實際匯率和理論交叉匯率相差不大，同時又受到空間套利這種更低成本的套利方式的擠壓。因此，為了確保這種方式能夠有利可圖，則套利者需要投入大量的資產進行交易，這無疑提高了套利成本。而這也是為什麼高利潤的三角套利合約只會出現在交易速度更快、手續費更低的BSC賽道上的原因。
在這裡，我們提供一個三角套利的例證：
假設我們有以下數字資產匯率：X/BNB = 0.8631，X/Y = 1.46, BNB/Y = 1.6939。那麼，假設，我們持有100個BNB，則執行三角套利的話：
以數字資產X賣出BNB：100*0.86 = 86.31X
X兌換Y：86.31/1.46 = 59.11644Y
Y兌換BNB：59.11644*1.6939 = 100.1373BNB
組合套利(Combination Arbitrage)
組合套利(Combination Arbitrage) 可以被看作是三角套利的擴展形式，即使用四種以上的不同數字通證的買賣實現套利行為。但相比三角套利而言，組合套利的成本更高，對套利空間的要求也更加嚴苛。因此，當前無論在ETH還是BSC賽道中，都沒有使用組合套利的用戶能夠進入該賽道的前十名。
總的來說，組合套利由於需要經過最多的買入和賣出行為，所以是一種相對成本較高，獲得收益較低的套利方式。但由於使用該方式進行套利的合約比較少，因此某些套利合約會將組合套利一同置入自己的套利組合中。但總的來說，即使在這些套利組合中，組合套利也很難獲得相較於三角套利或是空間套利更多的利潤。
下圖是一些BSC賽道上的頭部用戶的套利組合，可以清晰地看出組合套利與三角或空間套利之間有比較大的利潤差距。
Figure 4. BSC賽道中頭部用戶的套利組合中的組合套利的利潤情況，數據來源：eigenphi.io
三明治套利(Sandwich Arbitrage)
三明治套利（Sandwich Arbitrage）是一種頗受爭議的套利方式，亦被稱為三明治攻擊（Sandwich Attack），是一種利用搶先交易的方式攻擊受害者的交易進行套利的攻擊方式。
三明治套利由套利機器人發起，當套利機器人偵測到一筆交易可能引發數字資產的價格滑點的時候，攻擊者會採用支付更高的gas費的方式爭奪一個區塊的打包權。當成功之後，套利機器人立刻搶先購買一定量的數字資產，迫使該資產價格上漲，然後在被攻擊交易結束之後拋售出剛買入的數字資產藉以實現無成本套利。
在最早期，三明治套利攻擊一般由礦工發起，在他們認為有利可圖的時候，會主動放棄打包高gas費用的交易，把自己的攻擊交易放在受害交易的前後位置進行夾攻。
三明治套利不是一種和平的套利方式——這種套利手段一定包括對某一個受害者用戶的攻擊並導致該受害者在資產上的損失。
Figure.5 一個典型的三明治套利的交易順序
圖源：https://medium.com/coinmonks/defi-sandwich-attack-explain-776f6f43b2fd
額外的思考：三明治套利一定盈利嗎？
在ETH的交易中，每次交易必須支付gas費用。而由於攻擊者需要進行搶先交易，因此他必須支付更高的gas費用來獲得區塊的優先打包權利。同時，考慮到進行交易需要支付手續費（例如Uniswap要求交易者支付0.3%的手續費），因此攻擊者必須大量提高交易的數字通證數量來保證這一次套利行為能夠獲得收益。
之前我們提到，在以太坊的交易中，為搶奪優先打包的權利，攻擊者需要付出更高的gas費用，這是因為ETH採用了最優gas費競拍（Priority Gas Auction, PGA）的方式，即付出最高gas費用的用戶能夠獲得優先打包的權利。為了獲得搶先打包區塊的行為，攻擊者將會在gas費用上產生惡性的競爭，但是由於以太坊的gas費用是每一筆交易（無論成功與否）都需支付的。因此，在攻擊者進行惡性競爭的時候，普通用戶的利益一定是遭到損害的。
Flashbot被認為是解決過高的gas費用的有效方法之一。 Flashbot提供了一個秘密通道，允許交易者在鏈外支付小費給礦工，以此讓礦工按照自己提供的交易順序來做打包交易。 Flashbot實質上將僅僅由礦工和PGA機器人才可以參加的套利方式普羅到了大眾之中，以此抹平三明治攻擊的套利空間。而且，這筆私下的小費不發生在鏈上，因此降低了三明治攻擊的前後兩筆交易的gas費用。
Figure 6. Flashbot上線後造成的gas費用下跌
圖源：https://www.wikibit.us/202104261904345046.html
除此之外，一些其他的方法，例如Salmonella攻擊和Listeria攻擊可以通過部署ERC20通證及“有毒”的交易代碼實現對於三明治套利機器人的反套利。總而言之，這些對抗的手段嚴重地打擊了ETH上的三明治套利活動，這也是為何gas費用出現明顯下降，且在ETH賽道上的頭部用戶都摒棄了三明治套利，而重新使用空間套利來賺取利潤的原因。
三.重要名詞解釋
MEV（礦工可提取價值）：ETH套利的邏輯基礎
MEV（礦工可提取價值）指礦工可以通過那些在他們生產的區塊中包含、重新排序、插入和忽略交易來獲得的額外利潤。在以太坊中，當一筆交易被包含在一個區塊中之前，它會先進入內存池，這是一個可以公開訪問的暫存區，在這裡，礦工可以使用MEV機器人來捕獲某些獲取MEV的機會，例如通過新的交易市場套利或者清算抵押不足的的貸款。
MEV中的惡意交易對整個以太坊網絡所產生的的風險早在2014年便被業界的先行者發現，其所催生的三明治攻擊會導致正常交易的用戶的利益受到損害。而隨著攻擊手段的不斷進化，MEV的利潤逐年增高，近來已經給整個ETH的生態帶來了危險。
Figure 7. 從2020年1月1日開始提取的累計MEV
圖源：巴比特
PGA與PGA機器人：三明治套利的執行者與高Gas費的源頭
PGA（Priority Gas Auction）是礦工之間彼此競爭區塊打包權利的方法，目前的PGA競爭一般由PGA機器人實現。由於純粹的套利行為提供的是無條件的淨利潤，因此，PGA機器人往往會通過不斷提高gas費的方式進行惡性競爭。這種惡性競爭毫無疑問地推高了正常用戶進行交易時的成本。除此之外，當交易機器人發現價格滑點並使用三明治攻擊進行套利的時候，PGA通過gas費用的競爭來獲得進行搶跑交易的權利，因而PGA機器人可以被看作是高gas費用的始作俑者和三明治攻擊的幫兇。
Flashbot:MEV危機的解決者之一
Flashbot是通過抹平gas費用的惡意競爭和ETH的MEV套利空間而產生的解決方案之一。 Flashbots的原理是該解決方案包含了兩個角色：套利者和礦工。在Flashbot的框架下，套利者需要在全網搜尋利潤最大化的交易排序，並生成密封的交易包相互競價，以期讓礦工將自己的交易包打包進下一個區塊。礦工則會挑選利潤最高的交易包封裝入“區塊模板”。隨後他們會驗證這筆交易——一旦區塊模板的手續費大於自己打包的區塊，則拋棄自己的區塊，選擇區塊模板作為新生成的區塊。 Flashbot的長處有以下幾點：
1.由於Flashbot下，套利者的交易在被確認前不會洩露，因而，PGA機器人無法發現套利的交易，因此避免了機器人之間的gas費競價。導致了gas費用的降低——根據Etherscan的數據，在2022年3月6日，ETH的即時平均gas費是20Gwei左右，這在之前是不可想像的。
2.為了保證在礦工能夠選擇自己的“區塊模板”，Flashbot提供了一條鏈下的通道，供套利者向礦工支付小費。這筆費用因為發生在鏈下，所以無法追溯。
3.在Flashbot出現之前，進行三明治攻擊套利的僅僅只有礦工。但Flashbot提供了一條普惠的通道，將套利之門向公眾開放。因而達到了以大量新用戶的增加來抹平三明治套利門檻的預期。
Salmonella和Listeria攻擊：反套利機器人的複仇之劍
Salmonella和Listeria屬於相似種類的攻擊，只是它們的攻擊目標是三明治攻擊中的攻擊者，由於兩種攻擊類型相似，因此我們以Salmonella作為例證來講解。 Salmonella合約是一個常規的ERC20通證，但該通證內置了一套特殊的邏輯。這套邏輯是白名單制的，當它檢測到有除了該交易的所有者之外的交易者進行交易的時候，他只會返回10%的通證，但同時會發出與全額交易相匹配的事件日誌。
Figure 8. Salmonella攻擊中的“毒代碼”，在交易人並非“OwnerA”或“OwnerB”的時候只返回10%的通證
圖源：https://github.com/Defi-Cartel/salmonella
結語
縱觀套利交易在整個數字資產的崛起歷程中的不斷發展，時至今日，我們可以認為套利交易已經是一種非常成熟的交易方式了，其成熟點主要體現在兩個方面：
1.多樣性。套利交易發展至今，已經由當初單純地由低價市場買入，高價市場拋出的單純低吸高拋行為發展到了包括現今的各種多幣種套利和三明治攻擊套利的多種組合體，以應對不同的市場環境。
2.極化性。數字資產發展至今，在很大程度上依然遵循“強者恆強，弱者恆弱”的馬太效應。而在套利合約中，這種兩極分化局面的形成，說明了其發展已經漸臻成熟，不再是下場用戶都能有收穫的混沌初開的局面了。
與此同時，我們也需要注意到，在以三明治套利為代表的攻擊和以Flashbot為代表的抗攻擊解決方案之中，始終存在著一種對抗式升級的趨勢。而縱觀人類科學史，在這種對抗式的發展中，哪一方取得輸贏並非是重要的，重要的是在於這種對抗本身始終在推動著新的技術與更多的革新。
參考資料
不為人知的以太坊黑暗森林，https://www.sohu.com/a/486586138_120309574
幣圈無知，以太坊的黑暗森林，https://zhuanlan.zhihu.com/p/321846980
Flashbots，與MEV危機賽跑， https://baijiahao.baidu.com/s?id=1686666690607764527&wfr=spider&for=pcV
律動BlockBeats, 歡迎來到Flashbot的年代，為什麼它打開了潘多拉的盒子？ ，https://zhuanlan.zhihu.com/p/367675716
巴比特，一文了解礦工可提取價值（MEV），如何實現交易利益最大化？ https://zhuanlan.zhihu.com/p/380722461
看懂鮮為人知的MEV危機！ Flashbots如何降低以太坊的使用成本。 https://www.wwsww.cn/ytf/8122.html
以太坊黑暗森林的一次獵殺：套利機器人慘遭套利130ETH，http://www.528btc.com/blocknews/161642195174543.html
Wrecking Sandwich Traders for Fun and Profit, https://github.com/Defi-Cartel/salmonella
特別鳴謝：本報告內所有對線上套利的交易、監控和處理數據由eigenphi.io提供
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