搶先交易與三明治攻擊防範完整指南

進階 📅 發布：2026-02-28 🏷️ mev, defi, security 計算中...

深入分析 MEV 搶先交易與三明治攻擊的技術機制及用戶、開發者防範策略。

搶先交易與三明治攻擊防範完整指南

概述

搶先交易（Front-Running）與三明治攻擊（Sandwich Attack）是 DeFi 領域最常見的礦工可提取價值（MEV）策略之一。攻擊者通過監視區塊鏈 mempool（未確認交易池），識別用戶的有利可圖交易，並搶先執行相同方向的交易以獲取利潤。這種行為不僅損害普通用戶的利益，還扭曲市場價格、降低市場效率。本文將深入分析搶先交易與三明治攻擊的技術機制、常見攻擊模式，以及用戶和開發者可以採用的防範策略。

搶先交易的技術原理

mempool 監視機制

區塊鏈上的交易在被打包進區塊之前，會先進入 mempool（交易記憶池）。這是一個「待確認」交易的臨時儲存區域，任何人都可以監視這個區域並分析交易內容。

// 監視 mempool 的基本機制

import { ethers } from 'ethers';

class MempoolMonitor {
    private provider: ethers.Provider;

    constructor(rpcUrl: string) {
        this.provider = new ethers.JsonRpcProvider(rpcUrl);
    }

    // 監控待確認交易
    async startMonitoring() {
        // 方法 1：輪詢 pending 交易
        this.provider.on('pending', async (txHash: string) => {
            try {
                const tx = await this.provider.getTransaction(txHash);
                if (tx) {
                    await this.analyzeTransaction(tx);
                }
            } catch (error) {
                console.error('Error fetching transaction:', error);
            }
        });
    }

    // 分析交易是否有利可圖
    async analyzeTransaction(tx: ethers.TransactionResponse) {
        // 檢查是否是 Swap 交易
        if (this.isSwapTransaction(tx)) {
            const swapDetails = this.decodeSwap(tx);

            // 計算交易對價格的影響
            const priceImpact = await this.calculatePriceImpact(swapDetails);

            // 估算攻擊利潤
            if (priceImpact > 0.01) { // 超過 1% 價格影響
                const potentialProfit = this.estimateProfit(swapDetails);

                if (potentialProfit > MIN_PROFIT_THRESHOLD) {
                    console.log('Found profitable transaction:', {
                        hash: tx.hash,
                        profit: potentialProfit,
                        priceImpact: priceImpact
                    });
                }
            }
        }
    }

    // 檢查是否是 DEX Swap
    isSwapTransaction(tx: ethers.TransactionResponse): boolean {
        const dexAddresses = [
            UNISWAP_V2_ROUTER,
            UNISWAP_V3_ROUTER,
            SUSHISWAP_ROUTER,
            CURVE_REGISTRY
        ];
        return dexAddresses.includes(tx.to?.toLowerCase() || '');
    }
}

搶先交易的基本模式

搶先交易的核心邏輯是：在識別到一筆即將執行的有利交易後，攻擊者提交自己的交易，設置更高的 Gas 費用，確保自己的交易先被執行。

時間線示例：
|--------|----------------|----------------|----------------|
T0       T1              T2              T3
用戶      攻擊者           區塊             執行結果
提交      監聽            N               用戶：
交易      到交易                          以價格 P 買入

                        攻擊者：
                        以價格 P 買入
                        （搶先）

                        區塊 N+1
                        用戶交易執行
                        價格已上漲

搶先交易分類

1. 套利型搶先交易

識別跨平台價格差異
搶先執行套利交易
獲取差價利潤

2. 清算型搶先交易

識別即將被清算的健康帳戶
搶先提交清算交易
獲取清算獎勵

3. 公開發行搶先交易

識別 ICO/IDO/空投交易
搶先 mint 代幣
隨後拋售獲利

三明治攻擊詳解

攻擊機制

三明治攻擊是搶先交易的進階形式，攻擊者同時「夾擊」受害者的交易：先在受害者之前執行交易（Front-Run），然後在受害者之後執行交易（Back-Run）。

三明治攻擊時間線：

攻擊者提交交易 A（大量買入）
        ↓
用戶提交交易 B（小額買入）
        ↓
攻擊者提交交易 C（賣出）

結果：
- 交易 A 執行：用戶交易前價格上漲
- 交易 B 執行：用戶以較高價格買入
- 交易 C 執行：攻擊者以高價賣出獲利

攻擊利潤計算

// 三明治攻擊利潤計算示例

contract SandwichAttack {
    // 攻擊合約示例
    function executeSandwich(
        address router,      // DEX Router
        address tokenIn,     // 輸入代幣
        address tokenOut,    // 輸出代幣
        uint256 amountIn,    // 攻擊金額
        bytes calldata victimSwapData  // 受害者交易數據
    ) external {
        // 1. Flash loan 借款（如果需要）
        // 2. Front-run：搶先大量買入
        uint256 amountOutFirst = this.frontRun(
            router,
            tokenIn,
            tokenOut,
            amountIn
        );

        // 3. 等待受害者交易執行
        // 受害者交易會推高價格

        // 4. Back-run：賣出獲利
        uint256 finalAmount = this.backRun(
            router,
            tokenOut,
            tokenIn,
            amountOutFirst
        );

        // 5. 償還 flash loan + 費用
        // 利潤 = finalAmount - amountIn - flashLoanFees
    }

    function frontRun(
        address router,
        address tokenIn,
        address tokenOut,
        uint256 amount
    ) internal returns (uint256) {
        // 使用更高的 Gas 費用搶先執行
        // 、滑點設置大一點確保成交
    }

    function backRun(
        address router,
        address tokenIn,
        address tokenOut,
        uint256 amount
    ) internal returns (uint256) {
        // 立即賣出持有的代幣
    }
}

實際攻擊示例

// 現實中的三明治攻擊流程

async function sandwichAttackExample() {
    // 1. 監視 mempool，找到大額 Swap
    const victimTx = await findLargeSwap();

    // 受害者交易：100 ETH -> DAI
    const victimInputAmount = parseEther('100');
    const victimExpectedOutput = await quoteSwap(
        UNISWAP_V2_ROUTER,
        WETH,
        DAI,
        victimInputAmount
    );

    // 2. 計算攻擊規模
    // 攻擊者需要足夠規模才能移動價格
    const attackAmount = victimInputAmount.mul(5); // 500 ETH

    // 3. Front-run：搶先買入 WETH
    const frontRunTx = await router.swapExactETHForTokens(
        0, // 接受任何輸出
        [WETH, DAI],
        attackerAddress,
        blockNumber + 1,
        { value: attackAmount }
    );

    // 4. 受害者交易執行
    // 價格已被推高，受害者獲得較少 DAI

    // 5. Back-run：賣出 WETH
    const backRunTx = await router.swapExactETHForTokens(
        0,
        [WETH, DAI],
        attackerAddress,
        blockNumber + 1,
        { value: attackAmount.add(victimInputAmount) }
    );

    // 6. 計算利潤
    const profit = finalOutput - attackAmount - gasCosts;
}

攻擊成功率因素

三明治攻擊並非總是成功，以下因素影響成功率：

1. 池子深度

深度越淺，價格影響越大
小型代幣池更容易被操縱

2. Gas 費用

搶先交易需要支付更高 Gas
利潤可能被 Gas 費用侵蝕

3. 滑點設置

受害者設置的滑點越大，攻擊越容易成功
設置過低的滑點可能導致交易失敗

4. 競爭

多個 MEV 機器人可能同時競爭同一個機會
可能導致「失敗的三明治」

用戶端防範策略

1. 使用私有交易

// 使用 Flashbots Protect 避免 mempool 監視

import { FlashbotsBundleProvider } from '@flashbots/ethers-provider-bundle';

async function privateSwap() {
    const flashbotsProvider = await FlashbotsBundleProvider.create(
        provider,
        authSigner,
        'https://relay.flashbots.net'
    );

    // 方式 1：直接私有交易
    const signedTx = await wallet.signTransaction({
        to: UNISWAP_ROUTER,
        data: swapData,
        gasPrice: 0 // 由 Flashbots 處理
    });

    // 捆綁交易確保原子性
    const bundle = await flashbotsProvider.signBundle([
        { transaction: signedTx, signer: wallet }
    ]);

    await flashbotsProvider.sendRawBundle(
        bundle,
        targetBlockNumber // 指定區塊
    );
}

2. 設置適當的滑點

// 在 DEX 介面設置合理的滑點

// 不推薦：過高的滑點
const slippage = 50%; // 50% - 極易被攻擊

// 推薦：合理的滑點
const slippage = 0.5; // 0.5% - 正常波動範圍
const minOutput = amountOut * (10000 - slippage * 100) / 10000;

// 對於穩定交易對
const stableSlippage = 0.1; // 0.1%
const minStableOutput = amountOut * (10000 - stableSlippage * 100) / 10000;

3. 拆分大額交易

// 將大額交易拆分為多個小額交易

async function splitLargeSwap(
    totalAmount: BigNumber,
    numberOfChunks: number
) {
    const chunkSize = totalAmount.div(numberOfChunks);
    const delays = [];

    for (let i = 0; i < numberOfChunks; i++) {
        // 每個 chunk 有時間間隔
        delays.push(
            executeSwap(chunkSize).then(() =>
                waitForConfirmation(10) // 等待 10 個區塊
            )
        );
    }

    await Promise.all(delays);
}

4. 使用保護工具

// 使用 1inch 或其他有保護的 DEX

// 1inch 的保護功能
import { OneInch } from '@1inch/limit-order-protocol';

const oneInch = new OneInch();

// 使用 1inch 的話，會自動優化執行
// 並嘗試避免滑點
const swap = await oneInch.swap(
    fromToken,
    toToken,
    amount,
    {
        // 設置保護參數
        disableEstimate: false,
        allowPartialFill: false
    }
);

5. 選擇較好的交易時機

// 避免在高波動時段交易

async function isGoodTimeToTrade(): Promise<boolean> {
    // 檢查區塊利用率
    const block = await provider.getBlock('latest');
    const gasUsed = block?.gasUsed.toNumber() || 0;
    const gasLimit = block?.gasLimit.toNumber() || 1;

    const utilization = gasUsed / gasLimit;

    // 區塊利用率過高意味著網路繁忙
    // 這時更容易被夾擊
    return utilization < 0.7;
}

// 或者等待區塊中間時間
async function waitForBlockMiddle() {
    const block = await provider.getBlock('latest');
    const blockTime = 12; // 以太坊區塊時間

    // 計算距離下一個區塊的時間
    const timeSinceBlock = Date.now() / 1000 - (block?.timestamp || 0);
    const timeToNextBlock = blockTime - timeSinceBlock;

    // 在區塊中間發送交易
    if (timeToNextBlock > blockTime / 2) {
        await sleep(timeToNextBlock - blockTime / 2);
    }
}

開發者端防範策略

1. 抗 MEV 設計

// 實現公平交易機制

// 方案 A：批量拍賣
contract BatchAuction {
    uint256 public auctionEndTime;
    uint256 public minPrice;

    struct Order {
        address user;
        uint256 amountIn;
        uint256 amountOutMin;
    }

    Order[] public orders;

    // 提交訂單（不立即執行）
    function submitOrder(uint256 amountIn, uint256 amountOutMin) external {
        require(block.timestamp < auctionEndTime, "Auction ended");

        orders.push(Order({
            user: msg.sender,
            amountIn: amountIn,
            amountOutMin: amountOutMin
        }));
    }

    // 拍賣結束後統一結算
    function settle() internal {
        // 計算加權平均價格
        // 所有參與者以相同價格成交
    }
}

// 方案 B：Fair Trade 協議
contract FairTrade {
    // 使用 TWAP 價格作為基準
    // 用戶只能以 TWAP 價格成交
    // 消除 MEV 空間
    function getPrice() internal view returns (uint256) {
        return IOracle(ORACLE).getTWAPPrice();
    }
}

2. 交易排序優化

// 在合約層面實現公平排序

contract FairSequencer {
    // 交易提交時間作為排序依據
    mapping(bytes32 => uint256) public submissionTimes;

    function submitTransaction(bytes32 txHash) external {
        submissionTimes[txHash] = block.timestamp;
    }

    // 排序器應按照 submissionTimes 排序
    // 而非 Gas 費用
    function getSortedTransactions(
        bytes32[] memory txHashes
    ) internal view returns (bytes32[] memory) {
        // 按時間排序
    }
}

3. 價格保護機制

// 實現價格保護

contract ProtectedSwap {
    // 使用 TWAP 而非即時價格
    IUniswapV2Oracle public oracle;

    function swap(
        address tokenIn,
        address tokenOut,
        uint256 amountIn,
        uint256 maxSlippage // 用戶設置的最大滑點
    ) external {
        // 獲取 TWAP 價格
        uint256 twapPrice = oracle.get TWAPPrice(tokenIn, tokenOut);

        // 計算滑點
        uint256 currentPrice = getCurrentPrice(tokenIn, tokenOut);
        uint256 slippage = (currentPrice * 10000) / twapPrice - 10000;

        require(slippage <= maxSlippage, "Slippage too high");

        // 執行交易
    }
}

4. 驗證交易來源

// 白名單機制

contract WhitelistedExchange {
    mapping(address => bool) public whitelistedCallers;

    modifier onlyWhitelisted() {
        require(
            whitelistedCallers[msg.sender],
            "Not whitelisted"
        );
        _;
    }

    function swap(
        address tokenIn,
        address tokenOut,
        uint256 amountIn
    ) external onlyWhitelisted {
        // 只有白名單應用可以調用
        // 防止 MEV 機器人直接調用合約
    }
}

MEV 基礎設施

Flashbots

Flashbots 是專門處理 MEV 問題的組織，提供多個工具：

// Flashbots Protect

// 1. 直接使用 Flashbots RPC
// 在錢包中添加自定義 RPC：

// RPC URL: https://rpc.flashbots.net

// 2. 程式化使用
import { FlashbotsBundleProvider } from '@flashbots/ethers-provider-bundle';

const bundle = await flashbotsProvider.signBundle([
    {
        transaction: {
            to: UNISWAP_ROUTER,
            data: swapData,
            gasPrice: 0,
            gasLimit: 200000
        },
        signer: wallet
    }
]);

// 捆綁在特定區塊
const result = await flashbotsProvider.sendRawBundle(
    bundle,
    targetBlockNumber
);

MEV-Blocker

// 使用 MEV-Blocker

// RPC URL: https://rpc.mevblocker.io

// 自動提供：
// - 交易隱私
// - 公平排序
// - 無額外費用

Eden Network

// Eden Network

// RPC URL: https://api.edennetwork.io/v1/rpc

// 提供：
// - 交易保護
// - MEV 收益分享
// - 優先打包

攻擊實例分析

真實案例：Uniswap V2 三明治攻擊

攻擊過程：

1. 受害者提交交易：
   - 賣出 50,000 UNI -> ETH
   - 滑點設置：0.5%
   - 預期獲得：~100 ETH

2. MEV 機器人偵測：
   - 計算此交易會將池子價格推高 3%
   - 可行的三明治攻擊

3. 攻擊者 Front-run：
   - 提交：100,000 UNI -> ETH
   - Gas Price: 100 gwei（受害者 30 gwei）

4. 受害者交易執行：
   - 實際獲得：97 ETH（低於預期）
   - 價格已被推高

5. 攻擊者 Back-run：
   - 提交：ETH -> UNI
   - 獲得：~105,000 UNI

6. 結果：
   - 攻擊者利潤：~5,000 UNI
   - 受害者損失：~3 ETH

防範成功的案例

防範措施：

1. 使用私有交易（Flashbots）
2. 滑點設置為 0.1%
3. 分成 10 批交易
4. 每次間隔 5 個區塊

結果：
- 交易成本增加
- 但避免了 MEV 損失
- 總體更經濟

最佳實踐總結

用戶清單

交易前：
□ 檢查網路狀態
□ 設置合理滑點（< 1%）
□ 考慮拆分大額交易
□ 選擇較好的時間

交易時：
□ 使用私有交易（Flashbots）
□ 使用知名 DEX
□ 避免 mempool 暴露

交易後：
□ 監控交易狀態
□ 記錄交易細節（用於爭議）

開發者清單

設計：
□ 考慮 MEV 影響
□ 實現公平排序
□ 使用 TWAP 價格
□ 提供用戶保護選項

實施：
□ 集成 MEV 保護工具
□ 審計智慧合約
□ 部署監控系統

運營：
□ 監控異常模式
□ 用戶教育
□ 及時響應事件

結論

搶先交易與三明治攻擊是 DeFi 生態系統中根深蒂固的問題。雖然無法完全消除，但可以通過多種方式減輕其影響：

對於用戶：

使用私有交易工具（Flashbots）
設置合理的滑點
拆分大額交易
選擇適當的交易時機

對於開發者：

實現 MEV 保護機制
使用公平的價格來源
提供用戶友好的保護選項
集成 MEV 基礎設施

對於生態系統：

開發更好的 MEV 民主化工具
研究抗 MEV 的協議設計
教育用戶了解風險

MEV 是一個持續演變的領域，攻擊者和防禦者之間的博弈將繼續。保持警惕、持續學習、採取最佳實踐，是在 DeFi 世界中保護自己的關鍵。

智慧合約形式化驗證完整指南 — 系統介紹形式化驗證的數學方法與漏洞分類體系，包括 Certora、Runtime Verification 等工具。
DeFi 合約風險檢查清單 — 上鏈前先看權限、預言機、流動性與清算機制。
混幣協議風險評估與安全使用指南 — 系統分析混幣協議的智慧合約、法律合規與資產安全風險。
OpenZeppelin 智慧合約庫使用完整指南 — 詳細介紹 OpenZeppelin Contracts 的 ERC 代幣標準、存取控制與安全工具。
智慧合約測試方法論完整指南 — 系統介紹單元測試、整合測試、模糊測試與形式化驗證的智慧合約測試策略。

延伸閱讀與來源

Ethereum.org Developers 官方開發者入口與技術文件
EIPs 以太坊改進提案

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搶先交易與三明治攻擊防範完整指南

搶先交易與三明治攻擊防範完整指南

概述

搶先交易的技術原理

mempool 監視機制

搶先交易的基本模式

搶先交易分類

三明治攻擊詳解

攻擊機制

攻擊利潤計算

實際攻擊示例

攻擊成功率因素

用戶端防範策略

1. 使用私有交易

2. 設置適當的滑點

3. 拆分大額交易

4. 使用保護工具

5. 選擇較好的交易時機

開發者端防範策略

1. 抗 MEV 設計

2. 交易排序優化

3. 價格保護機制

4. 驗證交易來源

MEV 基礎設施

Flashbots

MEV-Blocker

Eden Network

攻擊實例分析

真實案例：Uniswap V2 三明治攻擊

防範成功的案例

最佳實踐總結

用戶清單

開發者清單

結論

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搶先交易與三明治攻擊防範完整指南

概述

搶先交易的技術原理

mempool 監視機制

搶先交易的基本模式

搶先交易分類

三明治攻擊詳解

攻擊機制

攻擊利潤計算

實際攻擊示例

攻擊成功率因素

用戶端防範策略

1. 使用私有交易

2. 設置適當的滑點

3. 拆分大額交易

4. 使用保護工具

5. 選擇較好的交易時機

開發者端防範策略

1. 抗 MEV 設計

2. 交易排序優化

3. 價格保護機制

4. 驗證交易來源

MEV 基礎設施

Flashbots

MEV-Blocker

Eden Network

攻擊實例分析

真實案例：Uniswap V2 三明治攻擊

防範成功的案例

最佳實踐總結

用戶清單

開發者清單

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