闇の森を照らす: MEVの神秘のベールを剥がす

チェーン上の活動の急増とチェーン上インフラの進化と充実に伴い、チェーン上のMEVは常にイーサリアムの暗い森の中で最も危険な部分と見なされてきました。これはユーザーのチェーン上金融活動に対し、利益損失とユーザー体験の低下を直接引き起こしています。本稿『暗い森を照らす』の目的は、Ethereum 2.0のブロック生成メカニズムおよび提案者-ビルダー分離(PBS)の技術進化に基づき、このメカニズムがもたらす自然な中央集権化と信頼性の問題を分析し、イーサリアムの価値観とは対照的な現実の状況を強調することです。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

チェーン上のMEVの悪化は確かに二面性を持つ剣であり、正の外部性にはDEXの価格差を減少させ、取引の清算を助けることが含まれ、負の外部性にはユーザーのサンドイッチ取引への損害が含まれる。そのため、MEVの解決策は主に負の外部性を軽減することに重点を置いており、根本的な解決には至らない。MEVの負の外部性を軽減し、現在の第三者信頼中間ウェアRelayerに基づく問題を解決するメカニズムの探求において、主に三つのカテゴリーの対策に分かれる: 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。この三つの改善は、MEVの現代的な状況に対して異なる程度の影響を与えるが、一部の解決策はユーザーが直面するサンドイッチ攻撃の問題を実質的に解決することができず、ユーザーの取引は依然としてpublic poolにあるため、ユーザー取引の選択的プライバシーを保護するためにより多くのプライバシープール技術を導入する必要がある。これらのMEVの解決策は、組み合わせて試みる価値がある。

それに加えて、MEVは避けられないメカニズム設計の副産物として、将来的にはさらに複雑になるでしょう。また、本文ではLayer2アーキテクチャやEIP-4337アカウント抽象などの新しい取引タイプの実施において、発生する可能性のあるさらなるMEVの技術的課題と機会を探りました。

最後に、この記事を通じて、MEVの負の外部性問題を軽減するための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つことを望んでいます。これは、未来のユーザーが置かれている暗い森を照らすためだけではなく、業界の研究者がMEVのさらなる研究のために暗い森を照らすことにも繋がります。

イーサリアム2.0

The Merge以降、イーサリアムはネットワークの安全性を確保するためにPOSメカニズムを採用し、ブロックの生成において計算集約型の競争を放棄し、代わりにステークプルーフを採用しました。合併後、イーサリアムは実行層とコンセンサス層に分かれました。そして、全体のブロック生成も変化し、各Epochは1つのPOSサイクルとなり、各Epochは32のSlotに分割され、各Slotはブロック生成の時間単位に相当し、12秒となります。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

全ネットワークは、各エポック内において、検証者からランダムに委員会を選出し、ブロック提案者はその委員会の集合からランダムに選ばれます。このブロック提案者は取引をパッケージ化し、順序を付けて最終的に1つのブロックを生成する必要があります。他の委員会の検証者はこのプロセスを監視し、その後ブロックに投票します。また、この委員会は各エポックの後に再選出されます。同時に、ブロック生成と投票の効率を保証するために、一定の操作時間制限が課されます。ここで、読者のために用語を規定しますが、Payloadは実行負荷を意味し、取引の状態変更を示し、ブロックの一部として見ることができます。ブロック提案者は実行負荷(Execution Payloadを実施し、つまり取引結果の状態変更)とブロック提案を実施します。

PBSアーキテクチャ

実際、バリデーターがブロック提案者として選ばれると、提案者はPayloadを実行する動機がないことが多く、つまり取引をソートして実行する必要があるため、状態変更を実行するには大量の計算能力が必要です。元々考えていたのは、もし分散型委員会の選挙を通じて、実行負荷を取り入れれば、取引のソートなどが分散型のものになるということです。しかし、バリデーターは自然にその部分を第三者に任せ、自分は提案者としてブロックの提案に集中したいと考えているようです。そこで、PBSの構想が生まれました。これは、ブロックの提案と構築を分離し、提案者がブロックの検証のみを担当し、ブロックの構築には関与しないというものです。提案者と構築者の分離はオープンな市場を促進し、この市場ではブロック提案者がブロック構築者からブロックを取得できます。これらの構築者は相互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します。これを「ブロックオークション」と呼びます。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

私たちは全体のPBS(Proposer Builder Seperate) 密封第一拍卖モデルについて簡単に紹介します。ユーザーがRPC代理を通じて取引を提出すると、RPCはノードを実行し、取引を公開のMempoolに提出します。複数のBuilderが最適な取引を見つけて並べ替え、利益を最大化するブロックを生成します(利益最大化は取引手数料Base+Priority+MEV)を指します。その後、複数のBuilderはMEV-Boost Relayerを通じてProposerと相互作用します。Relayerは複数のBuilderとProposerの相互作用の橋渡しを行い、BuilderはRelayerに入札を提出し、RelayerはProposerに複数のブロックヘッダーと対応する入札を提出します。Proposerは一般的に最高の入札のブロックを採用します。このプロセスでは、すべての情報が密閉されており、RelayerはProposerにブロックヘッダーのみを提出するため、Proposerは検閲に対して抵抗力があります。

PBSにおけるさまざまな参加者とゲーム

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

ビルダー

Builderは主にブロックの内容を構築する役割を担っており、MEV-Boost技術を使用することで、入札においてより有利な立場にあります。なぜなら、Gas Feesだけでなく、MEV収益もサポートしているからです。BuilderはユーザーとSearcherの取引を直接審査することができ、これは長い間批判されてきた点でもあります。特にアメリカ政府がOFACを発表した後、多くのBuilderがOFAC準拠に参加しました。最初の頃に比べ、ブロックの審査の割合は最近減少しているものの、ブロック構築プロセスにおいて、Builderが取引の直接審査において直接的な影響を持っていることが見て取れます。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

現在のBuilderの市場シェアを見ると、beaverbuild.orgのような純粋に審査不要のBuildが徐々に市場シェアを拡大しており、すべてが利益指向となっています。

サーチャー

本質的に、利益最大化の作業はSearcherとBuilderが共同で努力する必要があります。Searcherは特定のBuilderと協力することが多く、これによりDark PoolまたはPrivate Poolが形成されます。ここでは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り合います。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を選択することができ、これによりBuilderの市場シェアが徐々に減少します。したがって、Searcherに制約されるBuilderは、悪行の潜在的なコストを考慮することが多いです。上の図は、MEVと日々のガス収益の状況を示しており、マーケットが大きく変動する場合、Searcherが貢献するMEV収益が、当日のガス収益の2倍にもなることが確認できます。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

Searcherについては、CEX-DEX(のオフチェーン)アービトラージおよびDEX、メザニン、清算の2つの主要なカテゴリ(の純オンチェーン)に分かれています。

現在、WintermuteはCEX --- DEXのアービトラージ取引市場で第一位のシェアを占めています。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

純粋なチェーン上のMEV機会に関しては、スタジオ化の傾向が徐々に形成されており、その中でjaredfromsubway.ethの市場シェアは驚異的な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長けており、一時はチェーン上のガス消費が最も高いユーザーとなり、約1日のガス消費量が1.5%を占めていました。2023年2月から2024年6月の間に、このボットは合計76,916 ETHを消費し、これらの取引を実行したときの価値に基づくと、約1.75億ドルに相当します。SearcherとBuilderの間の関係が密接であるため、実際には多くのSearcherが自分の注文フローをトップ3のBuilderに送信しています。実際にはすべてのBuilderにブロードキャストできるはずですが、一部の小規模なBuilderはSearcherの注文フローを分割する可能性があり、これによりSearcherのMEV戦略が無効になり、損失リスクを引き起こす可能性があります。また、Builderを結びつけることで、エコシステム内での影響力を維持することもできます。

リレイヤー

Relayerは集合入札を担当し、次に中継ステーションとしてProposerにブロックヘッダーと入札ブロックの価格を提出します。この時、Proposerはブロック内の取引の詳細を知りません。一旦Proposerが選択し、ブロックヘッダーに署名すると、Relayerは全ての取引内容をProposerに解放します。我々は、Relayerが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いることに気付くでしょう。BuilderはProposerに入札を依存し、ProposerはRelayerの入札とブロック内容に依存しています。歴史的にも類似の問題が発生しており、あるRelayerには潜在的な脆弱性が存在し、Proposerが2000万ドルを超えるMEVを引き出す原因となりました。これらの脆弱性は修正可能ですが、Relayer自身は悪意を持って行動し、MEVを盗む選択をすることもできます。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

上の図はRelayerの市場シェアの状況を示しており、私たちは単純なMAX ProfitのBuilderの市場占有率がMerge以降徐々に拡大していることに気づきます。したがって、自由市場においてBuilderが人為的にMEVを制御することは不可能です。

同時にRelayerも経済的インセンティブがないという問題に直面しています。そのため、一部の企業はRelayerの研究開発から撤退しました。現在、RelayerはFlashbotsが提案したMEVBoostの規格に依存して構築されており、Ethereumは第三者にPBSを提供させており、これは長期的な解決策ではありません。したがって、現在EthereumコミュニティもPBSをプロトコルレベルに組み込むことを探求しています。

###提案者

Proposerにとって、すべてのバリデーターの中からアルゴリズムでランダムに委員会のグループを選び、各スロットでブロック提案者を選択します。ブロック提案者自体は負荷を実行する能力を持っていますが、提案者はこの部分を外注したいという天然の欲求があるため、BuilderとProposerの間で垂直的な協力が容易に生じます。MEV-boostのRelayerは、この方法の中間点として機能し、両者の直接的なコミュニケーションによる垂直的な協力共謀を減らすことを望んでいます。現在、すべてがバリデーターのプールとしてのマイニングプールにありますが、このマイニングプールとLSDバリデーターのプールは非常に強いスケール効果を持っています。特にLSDの出現により、元々ステーキングされていたトークンの潜在能力が解放され、資本効率が向上し、その背後にあるDEFIのブロックの影響により、バリデーターのプールはより集中化する傾向にあります。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

ある有名なLSDプロジェクトは現在約28.7%の市場シェアを占めており、他の有名な取引所とLSDプロジェクトが2位と3位にランクされています。過去にMEV-BOOST PBSソリューションを積極的に実施していなかった際には、ProposerはBuilderのタスクを担当する必要がありました。つまり、負荷(Payload)を実行する必要がありましたが、大部分のProposerは取引の順序実行能力を放棄しました。なぜなら、これは重い計算作業が検証性能に深刻な負担をかけるからであり、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。

ユーザー

最後にUserについて話しましょう。ユーザーはしばしば全体のアーキテクチャ設計において最も弱い立場にあります。なぜなら、ユーザーの取引はすべてMempoolに入れられ、さまざまなMEVbotによってMEV利益が得られるからです。しかし、これらの利益はユーザーに流れることはありません。しかし、必ずしも悪影響だけではありません。たとえば、DEXにおいて、オンチェーンの市場が大きく変動するか、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の存在には正の外部性と負の外部性があり、別々に議論する必要があります。これがその理由です。