闇の森を照らす: MEVの神秘のベールを剥がす

TL; 博士

チェーン上の活動が急増し、インフラが進化する中で、チェーン上のMEVは常にイーサリアムのダークフォレストの中で最も危険な部分と見なされており、ユーザーの利益損失や体験の低下を直接引き起こしています。本論文の目的は、Ethereum 2.0のブロック生成メカニズムとPBS技術の進化を基に、このメカニズムがもたらす中央集権化と信頼化の問題、及びイーサリアムの価値観との矛盾を分析することです。

チェーン上のMEVは二重の剣であり、正と負の外部性があります。正の外部性にはDEXの価格差の縮小や清算の支援が含まれます。一方、負の外部性にはユーザーのスリッページ取引への損害が含まれます。したがって、MEVソリューションは主に負の外部性を軽減することに重点を置いており、根絶を目的としていません。MEVの負の外部性を軽減し、第三者信頼のミドルウェアであるリレイヤーの問題を解決するための探求には、主に3つのタイプの対策があります: オークションメカニズムの改善、コンセンサス層の改善、アプリケーション層の改善です。これらの提案にはそれぞれ利点と欠点があり、組み合わせて試す必要があります。

さらに、MEVはメカニズムデザインの副産物として、将来的にはより複雑になるでしょう。私たちはまた、Layer2アーキテクチャやEIP-4337などの新しい取引タイプにおいて、発生する可能性のあるMEV技術の課題と機会について考察しました。

最後に、MEVの負の外部性を緩和する潜在的な解決策を探求し、現在のMEVソリューションの利点と欠点について包括的な認識を持ち、ユーザーと研究者に暗い森を照らすことを希望します。

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イーサリアム2.0

The Merge以降、イーサリアムはPOSメカニズムを採用してネットワークの安全性を確保し、ブロック生成は計算集約型の競争を放棄し、権利証明に移行しました。合併後のイーサリアムは実行層とコンセンサス層に分かれます。ブロック生成も変化し、各エポックは1つのPOSサイクルとなり、32のスロットに分かれ、各スロットは12秒の出塊時間となります。

ネットワーク全体では、各Epochごとにランダムにバリデーター委員会を選出し、ランダムにブロック提案者を選んでトランザクションをパッケージ化し、ソートしてブロックを生成します。他の委員会のバリデーターは監督投票を行います。委員会は各Epochごとに再選されます。効率を保証するために操作時間制限もあります。Payloadは実行負荷を意味し、トランザクションの状態変更を指し、実行ブロックの一部と見なされます。ブロック提案者は実行負荷とブロック提案を実施します。

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PBSアーキテクチャ

実際、バリデーターがブロック提案者に選ばれると、しばしばペイロードを実行する動機がなくなります。なぜなら、多くの計算能力が必要だからです。もともと、分散型委員会の選挙を通じて、実行負荷を取り入れることで、取引の並び替えが分散化されると考えられていました。しかし、バリデーターは自然にこの部分を第三者に任せ、自分はブロック提案に集中したいと考えています。そこで、PBS構想が生まれ、ブロック提案と構築を分離し、提案者はブロックの検証のみを担当し、構築には関与しません。これによりオープンマーケットが促進され、提案者は構築者からブロックを取得できます。構築者は互いに競争してブロックを構築し、提案者に最高の手数料を提供することを「ブロックオークション」と呼びます。

PBSシールファーストオークションモデルの簡単な紹介。 ユーザーはRPCプロキシを介してパブリックMempoolにトランザクションを送信し、複数のビルダーが利益最大化ブロック(を生成するための最適なトランザクション順序を見つけ、利益最大化はトランザクション手数料Base+Priority + MEV)を参照し、MEV-Boost Relayerを介して提案者と対話します。 Relayerは、複数のビルダーが提案者と対話するための橋渡しであり、ビルダーはRelayerに見積もりを提出し、Relayerは複数のブロックヘッダーと見積もりを提案者に提出し、提案者は一般的に最高の見積もりを採用します。 Relayerは、BuilderとProposer間のインタラクティブな入札のためにFlashbotによって提案された技術仕様であるMEVBboost仕様を実装しています。 このプロセスでは、すべての情報が封印され、RelayerはブロックヘッダーのみをProposerに送信するため、Proposerは検閲に強いです。

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PBSにおけるさまざまな参加者とゲーム理論

主なプレーヤーは、Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)です。

ビルダー

ビルダーはブロックの内容を構築する責任があり、MEV-Boostを使用することで入札で有利になります。これはGas FeesとMEVの収益をサポートするためです。ビルダーはユーザーとサーチャーの取引を直接審査でき、これは特にアメリカ政府がOFACを発表した後に批判されてきました。多くのビルダーがOFAC準拠に参加していますが、最近ブロックの審査割合は減少しているものの、ビルダーは取引の審査に依然として直接的な影響を持っています。

現在のBuilder市場シェアを見ると、beaverbuild.orgのような審査不要のBuildが徐々に市場シェアを拡大しており、すべてが利益志向です。

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サーチャー

本質的に、利益の最大化にはSearcherとBuilderの共同努力が必要であり、Searcherは特定のBuilderと協力してDark PoolまたはPrivate Poolを形成することが多い。Searcherの取引は特定のBuilderにのみ表示され、一部のBuilderは最大化された利益のMEV取引を得て、ブロックスペースを競争する。理論的には、Builderが悪行を働いたり検閲を行った場合、Searcherは他のBuilderを選択できるため、Builderの市場シェアが低下する。このため、Builderは悪行の隠れたコストを考慮することになる。MEVと日々のGas収益の状況は、Searcherが貢献するMEV収益が市場の変動が顕著なときには、当日のGas収益の2倍に達することさえあることを示している。

SearcherはCEX-DEX(オフチェーン)アービトラージとDEX、ラップ、清算の二つのカテゴリ(純オンチェーン)に分かれています。

現在、WintermuteはCEX-DEXアービトラージ取引市場でのシェアが第一です。

純粋なチェーン上のMEV機会に対して、スタジオ化の傾向が徐々に形成されており、jaredfromsubway.ethの市場シェアは37.2%を占めています。彼はEtheruemチェーン上のユーザーに対するサンドイッチ攻撃に優れ、かつてチェーン上のガス消費量が最も高いユーザーとなり、約1日に1.5%のガスを消費しています。2023年2月から2024年6月までに合計76,916ETHを消費し、約1.75億ドルに相当します。SeacherとBuilderの関係が密接であるため、多くのSearcherは注文フローを上位3名のBuilderに送信しています。全てのBuilderにブロードキャストすることも可能ですが、小さなBuilderは注文フローを分割する可能性があり、これがMEV戦略の無効化を引き起こし、損失リスクをもたらすことがあります。Builderを束縛することもエコシステムの影響力を維持するためになり得ます。

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リレイヤー

リレイヤーは集合入札を担当し、プロポーザーがブロックヘッダーと入札価格を提出するための中継地点として機能します。この時、プロポーザーはブロック取引の詳細を知りません。プロポーザーがブロックヘッダーを選択して署名した後、リレイヤーはすべての取引内容をプロポーザーに公開します。リレイヤーは経済的インセンティブのない第三者として大きな信頼を得ており、ビルダーはプロポーザーの価格を信頼し、プロポーザーはリレイヤーの価格とブロック内容を信頼します。歴史的に、ウルトラサウンドリレイヤーの潜在的な脆弱性により、プロポーザーが2000万ドル以上のMEVを引き出す事例が発生しました。脆弱性は修正可能ですが、リレイヤー自体は依然として悪意を持ってMEVを盗む行為を行う可能性があります。

Relayer市場シェアは、純MAX Profitを実行するBuilderの市場シェアがMerge以降徐々に拡大していることを示しています。自由市場では、BuilderによってMEVを人為的に制御することはできません。

同時にRelayerは経済的インセンティブの問題に直面しています。BlocknativeはRelayerの開発から撤退しました。Relayerは現在、Flashbotsが提案したMEVBoostの規範に依存して構築されており、イーサリアムは第三者が提供するPBSに依存することは長期的な解決策ではありません。現在、イーサリアムコミュニティはPBSをプロトコルレベルに組み込むことを模索しています。

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プロポーザー

提案者にとって、すべての検証者の中からアルゴリズムでランダムに委員会を選出し、各スロットでブロック提案者を選ぶ。ブロック提案者は実行負荷能力を持っているが、自然にアウトソーシングしたいと考えており、ビルダーと提案者の垂直協力を引き起こしやすい。MEV-boostのリレイヤーは、中間点として直接コミュニケーションによる垂直協力の共謀を減らすことを望んでいる。現在はすべてマイニングプールが検証者プールを作成しているが、マイニングプールとLSD検証者プールには強い規模の効果がある。特にLSDはステーキングトークンの潜在能力を解放し、資本効率を高め、さらに背後のDEFIブロックの影響を受けて、検証者プールはより集中化の傾向にある。

Lidoは現在約28.7%の市場シェアを占めており、CoinbaseとEther.fiがそれに続いています。過去にMEV-BOOST PBSソリューションを積極的に導入していなかった時、ProposerはBuilderのタスク、つまり実行負荷を担当する必要がありましたが、大多数のProposerは取引の順序実行能力を放棄しました。なぜなら、重い計算作業が検証性能を著しく低下させるため、実行負荷を外部に委託し、第三者にブロックをオークションさせる方が良いからです。

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ユーザー

最後にユーザーについて話します。ユーザーは全体のアーキテクチャ設計の中で最も弱い立場にあります。なぜなら、取引はすべてMempoolに放置され、さまざまなMEVbotによってMEV利益を得られてしまうからです。しかし、すべてが悪いわけではありません。例えば、DEXでは、チェーン上の相場の変動が大きいか、ユーザーの取引量がDEXの流動性を上回る場合、MEVbotはアービトラージを通じてスリッページや各プラットフォームの価格差を軽減します。したがって、MEVには正負の外部性が存在し、分けて議論する必要があります。これがその複雑さの一因でもあります。

ユーザーがMEVbotによる監視で損害を受けないように、多くのRPCノードプロバイダーはユーザーが取引を非公開のMempoolに配置するのを助けることができます。たとえば、BuilderのRPCを介して直接Builderとやり取りすることができます。新しい方法の一つは、OFA(Order Flow Auction)（注文流入オークション）を通じてユーザーにMEV利益を補償することです。OFA RPCオペレーターはSearcherと協力し、ユーザーの注文をSearcherにオークションにかけ、Searcherが最大のMEVを獲得し、全体の注文流がブロックに含まれるようにします。そしてSearcherはこれらの利益をユーザーに返します。

現在、プライベートオーダーフローを使用しているユーザーの割合は依然として低く、約10%です。これは主にユーザー教育コストが高いためで、多くのユーザーがMEVの知識や対策を正しく普及できず、操作も複雑です。ユーザーエクスペリエンスを最適化するためには、ユーザーがより受動的に、能動的ではなく受け入れる必要があります。

まとめ

現在のPBSアーキテクチャの下で、MEV-BOOST規範が導入された後、この利益最大化の密封入札オークションメカニズムは、BuilderとSearcherを徐々に協力と信頼の方向に導いています。SearcherとBuilderの利益が結びつくと、集中化の傾向が非常に明らかになります。POSの下ではValidatorの集中化も引き起こされ、MEV産業チェーンの各段階が非常に集中化し、多くの信頼の問題も引き起こされます。SearcherはBuilderを信頼し、BuilderとProposerはRelayerを信頼します。MEVの集中化と信頼化の発展は、Ethereumの最終的な非中央集権化と非信頼化というビジョンに明らかに反しています。現在、Ethereumコミュニティでは、この集中化の方法を軽減するために3つの提案について議論しています:

1. BuilderとSearcherをバンドルして一元化する:Flashbotは、トランザクションの透明性を高め、Builderに対するSearcherの信頼しきい値を下げ、SearcherがすべてのBuilderに注文フローを送信するように促すSUAVEテクノロジーを提案します。

2. Relayerの信頼化に関して: 現在のPBSスキームの代わりにEnshrined PBSを使用し、入札プロセスにおけるRelayerへの依存を排除します。

3. バリデーターの中央集権化に対する対策: 分散型AVSを採用し、SSVなどを含む。現在、Lidoは彼と協力しています。

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MEVの現状

現在、オンチェーンの主要なMEVは、アービトラージ、サンドイッチ攻撃、清算などにあります。その中でもアービトラージの利益が最も大きく、過去30日間でMEVボットが合計260万ドルの利益を上げたことが統計として示されています。

実際、一回の取引の平均利益は約0.8ドルであり、多くの取引に依存しています。最近30日間でEthereumチェーン上のサンドイッチ攻撃の利益は約88万ドルです。

MEVには正の外部効果と負の外部効果があります。正の外部効果には、アービトラージによるDEX間の価格差の縮小や、DEFIプロトコルによる担保の清算支援などが含まれ、これらは正の作用です。負の作用は主にユーザーのスリッページ取引から生じ、ユーザーが一部の利益を失う原因となります。現在のオンチェーン手数料メカニズムでは、イーサリアムのガス料金の平滑化メカニズムがあるものの、オンチェーンのアービトラージ機会が増加すると、MEVボットとユーザーが共にオンチェーンで取引を行い、短期間にオンチェーンのガス料金が急騰し、ユーザーに経済的および体験的な損失をもたらします。

PBSやPOS構造によってMEVや中央集権の問題が引き起こされるだけでなく、イーサリアムがLayer2構造に移行する過程でもLayer2間のクロスチェーンMEVの問題が派生しています。

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レイヤー 2 アーキテクチャ設計の潜在的な MEV の複雑さ

現在、イーサリアムの大量の取引はLayer2に置かれており、イーサリアムの主な目標は世界的な決済レイヤーです。そのため、将来的には大規模なオンチェーンアービトラージ活動がより複雑で、技術的な要件が高いマルチチェーンクロスチェーンMEVに移行するでしょう。

クロスチェーンMEVは現在あまり研究されていませんが、MEVの潜在可能性に対していくつかの対策が提案されています。Layer2では主に対策が講じられています。