作为一般用户，可以通过设置较低的交易滑点和较高的 Gas 费来应对抢先交易。
本文旨在全面解析广泛存在于以太坊区块链上的攻击行为：Front-Running （抢跑交易），通过对其原理的研究，寻找最有效的解决方案，最终帮助 DeGate 用户避免这一严重有损他们利益的攻击行为。
简单来说，Front-Running 是指在一笔正常交易等待打包的过程中，抢跑机器人通过设置更高 Gas 费用抢先完成攻击交易，以此攫取用户利益的攻击行为。而 Mempool 是一组已经广播到网络中并等待被打包进区块的以太坊交易，它是 Front-Running 可以实施的前提，抢跑机器人通过不断扫描 Mempool 中的交易，来分析发现可攻击的目标。下图是一个 Mempool 浏览器，可以通过设置各种筛选项订阅 Mempool 中的交易，并查看这些交易的全部详细信息。
在所有 Front-Running 中，最典型最具危害性的就是针对 AMM 交易的 Sandwich Attacks （三明治攻击），除此以外还有针对套利、清算交易、闪电贷等利用系统漏洞获利的抢跑攻击，攻击者数量众多，且由自动化脚本控制，永远不知疲倦，因此任何有利可图的交易都会遭受他们的饱和攻击，几乎没有幸免的可能。
1inch：分配给解析器激励计划的1000万枚INCH已启动发放:1月26日消息，DEX聚合器1inch Network表示，此前分配给解析器激励计划的1000万枚INCH Token已启动发放，旨在激励更多1INCH利益相关者将其UnicornPower委托给解析器，同时补偿解析器为满足用户的Fusion订单而支付的Gas费用。
据悉，每个解析器收到的Token数量将取决于其网络份额，预计每周将分发25万枚1INCHToken。此前消息，去年12月，1inch宣布推出1inch Resolver激励计划，旨在为补偿解析器为满足用户的Fusion订单而支付的Gas费用。该计划于2022年12月24日启动，总计将发放1000万枚1INCH Token。[2023/1/26 11:30:44]
接下来，我们重点对三明治攻击进行分析。
真实攻击案例
首先我们来看一个真实的三明治攻击案例。
上图可见，三笔交易在同一个区块被打包，两笔攻击交易（打上了黑客标记的）中间夹着一笔正常交易。其具体流程如下：
用户首先发起一笔正常交易，用 237000.705USDC 买入 DG，设置 Gas Price 为 40.5Gwei；
WalletConnect 发布钱包开源解决方案 Web3Modal v2.0 版本，新增 ENS 域名解析等功能:9月17日消息，Web3 基础设施 WalletConnect 发布钱包开源解决方案Web3Modal v2.0版本，新功能包括可自定义的UI、支持上百个钱包、最终用户登陆、可定制的条款和条件、ENS域名解析，未来几周内也计划添加和增强更多功能，包括支持React和Vanilla等多种框架、为账户地址和实时余额等功能预建组件、支持非EVM链等。[2022/9/17 7:02:59]
抢跑机器人检测到这笔有利可图的交易后，随即展开攻击，发起一笔买入交易，设定 GasPrice 为 49.9Gwei，凭借 Gas 竞争机制成功抢跑用户的正常交易；
与此同时，机器人发出另一笔卖出交易，设置 GasPrice 同样为 40.5Gwei，因为时间顺序的原因，紧贴着用户正常交易完成。
一次完美的抢跑攻击完成，算上手续费，机器人共赚取 16448.012-16310.3-15.2-10.61 = $111.9，而这种两笔攻击交易夹着一笔正常交易的攻击，就被形象的称为三明治攻击。
原理说明
为了更好的说明攻击原理，我们补充一些相关背景知识。
我们知道，现如今的主流 DEX 如 Uniswap 等，采用的都是 AMM （自动化做市商）机制，其价格遵循恒定乘积公式。例如，在 Uniswap 中建立一个 A 代币与 ETH 的流动池，A 数量为 1000，ETH 数量为 100，则两者数量乘积为 100000，当前 A 价格为 0.1ETH。当 Alice 试图用 10 个 ETH 来池子里购买 A 时，他所得到的 A 的数量 X，可以用下面的公式推导 (注：为简化计算，以下均未考虑手续费)：
BitDNS入选火种源计划，将为BitCherry生态应用提供域名解析服务:据官方消息，2021年4月14日，BitDNS成为首批加入BitCherry分布式商业生态的合作伙伴。BitDNS将为BitCherry链上应用提供分布式域名解析服务，实现一键去中心化，帮助企业和个人用户更加便捷、安全的参与数字资产交易，管理链上价值数据信息。BitCherry将携手BitDNS打造去中心化的网络生态系统，建立安全便捷的链上分布式商业生态体系。[2021/4/14 20:18:34]
（1000-X）\*（100+10）= 100000，X = 90.9
这笔交易中，A 的价格为 10/90.9 = 0.11，相比于原来 A 的价格，价格滑点为 :
（0.11-0.1）/0.1\*100% = 10%
一笔交易就让币价产生了 10% 的滑点，可见越是流动性差的池子，遇到大额交易，越是容易产生滑点。而如果，能在用户正常的大额交易前（预计该交易会产生较大滑点），抢先买入 A，再在用户正常交易后，将刚买入的 A 卖出，就可以获得一笔不菲的收益。沿用刚才的例子，假设在 Alice 的交易前，Bob 抢先花 5 个 ETH 购买 A，然后在 Alice 的交易完成后，Bob 再把之前买入的 A 卖出，我们看看会有什么样的结果。
浪潮集团王伟兵：标识解析、标识密码、区块链是构建工业区块链三个技术要素:金色财经现场报道，12月5日，2020世界区块链大会于武汉举办，会上浪潮集团区块链技术研究院首席架构师王伟兵演讲表示，消费互联网是实现人和人的连接的，工业互联网从技术上看更偏重物，工业互联网数量多，管理难度大，面向物的标识解析和密码学适合应用。标识解析的本质是提供名称映射的分布式数据库，构建工业区块链的三个技术要素是标识解析、标识密码、区块链。标识解析需要目录服务、数据共享，标识密码主要做设备身份认证、设备写入链，区块链则增强安全，完成可信交易。[2020/12/5 14:06:24]
首先是 Bob 的抢跑交易：
(1000-X)\*(100+5) = 100000, X = 47.62
即，Bob 用 5ETH 购得 47.62 个 A
接下来是 Alice 的正常交易，注意此时流动池中 A 的数量变为 952.38，ETH 的数量变为 105：
(952.38-X)\*(105+10) = 100000, X = 82.81
最后 Bob 卖出 47.62 个 A 的交易，此时流动性中 A 的数量为 869.57，ETH 的数量为 115：
（869.57+47.62）\*（115-Y）= 100000，Y = 5.97
分析 | USDT听证会解析:瑞海君看币观点：一、预计听证会围绕的主题有如下两个：
1.Bitfinex和Tether不顾美国法律和监管，为纽约州居民提供了相关服务。
2.Bitfinex和Tether之前在美国的业务，触犯了美国的反法（这个才是对USDT具有巨大杀伤力的议题）。
二、?今晚可能达成的几种结果：
1.BFX和Tether违规为美国居民提供服务罪名成立，会导致两家共识会继续被调查，且会被美国要求提供更多的运营资料，的事情没结果，但是也要提交更多资料自正清白，这是利空！会导致USDT这个雷持续悬在整个币圈的头上，然后美国来一条新闻，币圈震动一次，简直就是噩梦。（概率中性）
行情影响：短暂反弹，然后继续震荡阴跌。
2.两项罪名都没结果，短暂利好，BFX继续和美国扯皮，大家松一口气暂时?，价格可能出现反弹。（可能性较大）
行情影响：短暂反弹，后市宽幅震荡为主。
3.两项罪名都成立，不可想像（可能性较小）！
行情影响：区块链局。
罪名直接成立可能性也较小，调查没那么快，所以请大家系好安全带，等待靴子落地，两只靴子到底如何落地，落地几支，只有静候今晚的听证会了。[2019/7/29]
通过这一次抢跑攻击，Bob 净赚 5.97-5 = 0.97 个 ETH，而 Alice 净亏 90.9-82.81 = 8.09 个 A，Bob 通过使 Alice 蒙受更大的滑点损失来获得自己的收益！
当然，实际的抢跑攻击会更复杂，攻击者需要进行更精密的计算，以求实现以下两个目标：
让用户的交易结果无限逼近用户自己设置的最大滑点（max_slippage），以求达到理论上的最大套利空间
在手续费竞争力和收益之间取得平衡，尽可能的在与其他机器人的竞争中获胜
我们用图表来更好的描述这一过程：
用户在 A 点，打算投入 in_amount(user) 个 USDT 购买 ETH，这笔交易正常会把当前状态推向 B，同时用户设置了最大滑点为 B(max_slippage)；
抢跑机器人监测到这笔交易，先于用户交易之前，进行了一笔 in_amount(robot) 个 USDT 的买入交易，将当前状态推到 A'；
用户的交易随后执行，达到其设置的最大滑点 B(max_slippage)；
抢跑机器人把步骤 2 中买入的 ETH 卖出，状态达到 C 点，得到 out_amount(robot) 个 USDT
抢跑机器人获得收益 out_amount(robot) - in_amount(robot)-手续费
既然我们已经看到了 Front-Running 的杀伤力，那我们有什么办法阻止抢跑攻击呢？
作为一般用户，应对 Front-Running 可以有以下几种手段：
设置较低的交易滑点，比如 0.1%，这会让抢跑机器人缺少可盈利的空间。?缺点：滑点过低导致大额交易十分容易失败，且失败的交易仍然需要支付高昂手续费。
提高 gas 费用，这会增加机器人的攻击成本。缺点：这同样也增加了自己的交易成本。
可以看出，以上解决方案都是无奈之举，且有各种不足，幸运的是，有很多团队认识到了 Front-Running 的危害性，并提出了不少有建设性的解决方案。首先通过对捕猎全过程的分析，我们可以得出结论，要实现 Front-Running，需要几个要素：
Transaction 公开性：可以在 Mempool 中获取交易的详细信息
以太坊交易执行机制：可以通过 gas 竞争的方式抢先完成交易
AMM 交易曲线机制：恒定乘积机制可以造成较大滑点
那么反制手段就是分别在这几个要素上做文章。
Transaction 公开性
既然机器人是通过分析 Mempool 中的交易来决定是否发起攻击，那么我们将交易信息直接加密，让机器人看不到或者看不懂不就好了？
社区中就有人提议使用零知识证明技术 zk-SNARKs 来达成上述目标，即运用 zk-SNARKs 将每笔交易的信息都加密隐藏起来，让机器人无从下手。
不过，目前该方案还不够成熟，存在需要消耗更高 Gas 费用和可能被利用来进行阻塞攻击，导致系统化整体 liveness 的缺陷。
以太坊交易执行机制
当前的以太坊交易执行机制是通过 Gas 竞争来完成的，即谁出的 Gas 费高，矿工就优先打包谁的交易，那么我们如果绕过这种机制，把交易发给矿工让其直接打包，就杜绝了抢跑机器人在中途攻击的可能性
所以一种类似于 Layer 0 的方案也得到了一些应用，如星火矿池的 Taichi 服务，用户可以直接在 MetaMask 中设置 Taichi 的以太坊节点，这样交易就直接在没有出现在 Mempool 的情况下被打包了，但劣势是被打包的时效有一定的不确定性。
另外，如 ArcherSwap 类似理念的解决方案，构建了交易者和矿工之间的桥梁，交易者可以通过打赏的形式让矿工直接打包自己的交易，这就避免了被 Front-Running 的可能。虽然有那么点交保护费来避免被攻击的感觉，但也实实在在的降低了交易者的成本，而且有着不收取交易失败费用的优势。
AMM 算法优化
在 AMM 机制下，大额交易产生过大的价格滑点（可理解为一个临时的错误价格），是 Front-Running 的利润空间，如果有一种 AMM 机制可以减少大额交易对后续交易价格的影响，就可以有效防止 Front-Running 攻击。 早在 2018 年，Vitalik 在以太坊技术社区中提供了一个 方案，当发生兑换交易时，交易池价格不会立刻调整成真实价格，而是在若干分钟内，缓慢的趋向真实价格，这就好像交易池凭空多出了很多流动性一样，因此我们将这种技术称之为 Vitrual Balance （虚拟余额）技术。这种新机制，可大大压缩套利者的利润空间，有效防御 Front-Running 攻击，同时还可以增加流动性做市商的收益，可谓一举多得，1inch 的 mooniswap 就是这个方案的一个实现版本。
增加流动性
此外，还有种思路，就是尽可能的加大交易池中特定价格区间的流动性，流动性越大，滑点越小，当流动性大到一定程度的时候，抢跑机器人就丧失了盈利空间，Uniswap 的 V3 版本的聚焦流动性特性，就是在这方面做出的努力。
我们有理由相信，在各个团队坚持不懈的努力之下，随着各种解决方案的持续演进，以及新一代 AMM、以太坊二层等技术的相继落地，很快我们就可以为用户提供一个更公平更安全的链上交易环境。
撰文：DeGate
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