闇の森を照らす: MEVの神秘的なベールを剥がす

チェーン上の活動の急増とチェーン上のインフラの進化と豊富さに伴い、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きました。これはユーザーのチェーン上の金融活動に対して利益の損失とユーザー体験の低下を直接もたらします。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と提案者-ビルダー分離(PBS)の技術進化を基盤に、このメカニズムがもたらす自然な中央集権化と信頼化の問題を分析し、イーサリアムの価値観とは全く対照的な現実状況を明らかにすることです。

オンチェーンMEVの悪化は確かに両刃の剣であり、正負の外部性があります。ポジティブな面にはDEXの価格差の削減、取引の清算を助けることが含まれ、ネガティブな面にはユーザーのサンドイッチ取引への損害が含まれます。したがって、MEVの解決策は主に負の外部性を軽減するものであり、根絶することはできません。私たちがMEVの負の外部性を軽減し、現在の第三者信頼中間体であるリレイヤーの問題を解決するメカニズムを探求する過程は、主に三つの種類の対策に分かれます：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。この三つの改善は、それぞれ異なる程度でMEVの現代的な状況に影響を与えるでしょうが、一部の解決策はユーザーが直面してい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ません。ユーザーの取引は依然としてパブリックプールにあり、したがってユーザーの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ります。これらのMEVソリューションは組み合わせて試す価値があります。

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、今後さらに複雑になるでしょう。また、私たちは文中で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求しました。

最後に、この記事を通じて、MEVの負の外部性問題を緩和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希望します。それは、将来ユーザーが置かれている暗い森を照らすだけでなく、業界の研究者たちがMEVについてさらに研究するための暗い森を照らすためでもあります。

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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は計算集約型の競争を放棄し、利害証明に移行しました。合併後、イーサリアムは実行レイヤーとコンセンサスレイヤーに分割されました。また、ブロックの生成も変わりました。各Epochは1つのPOSサイクルであり、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秒です。

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バリデーター提案ブロック図示

ネットワーク全体は、各エポックごとにランダムにバリデーターから委員会を選出し、ブロック提案者はその委員会のメンバーの中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。その他の委員会のバリデーターはこのプロセスを監視し、その後、ブロックに対して投票します。また、この委員会は各エポックの後に再び選出されます。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、我々は読者のために用語を明確にします。Payloadは実行負荷を指し、取引の状態変更を意味し、ブロックの一部として考えることができます。ブロック提案者は、実行負荷(Execution Payloadを実施し、取引結果の状態変更)および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いです。つまり、取引を並べ替えて実行する必要があり、これは状態変更を実行するために大量の計算能力を必要とします。本来の考えは、もし分散型の委員会選挙を通じて、実行負荷を取り入れれば、取引の並べ替えなどが分散型のものになるということでした。しかし、バリデーターは自然にこの部分を第三者に任せ、自身の提案者はブロック提案のことに集中したいと考えるようです。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、ブロック構築には参加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、この市場でブロック提案者はブロック構築者からブロックを取得することができます。これらの構築者は互いに競争し、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。

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PBSフローチャート

私たちはPBS(プロポーザー・ビルダー・セパレート)密封第一オークションモデルについて簡単に紹介します。ユーザーがRPCプロキシを通じて取引を提出すると、RPCはノードを実行して公開のMempoolに取引を提出します。複数のビルダーが最も適した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、複数のビルダーはMEV-Boostリレイヤーを通じてプロポーザーと相互作用します。リレイヤーは複数のビルダーとプロポーザーの相互作用の橋渡し役であり、ビルダーはリレイヤーに入札を提出し、リレイヤーはプロポーザーに複数のブロックヘッダーとそれに対応する入札を提出します。プロポーザーは通常、最も高い入札のブロックを採用します。このプロセスの中で、すべての情報は密閉されており、リレイヤーはプロポーザーにブロックヘッダーのみを提出するため、プロポーザーは検閲耐性を持っています。

PBSにおける各種参加者とゲーム

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責任を負っており、MEV-Boost技術を使用した後、入札においてより有利な立場にあります。なぜなら、ガス料金だけでなく、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、これは常に批判されてきた点でもあります。特に米国政府がOFACを発表した後、多くのBuilderがOFAC準拠に参加しました。初めの頃と比べて、最近はブロックの審査割合が減少していますが、ブロック構築プロセスにおいて、Builderが取引の直接審査に直接的な影響を持つことは確認できます。

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OFACコンプライアンスブロック率、出典:MEV Watch

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ビルダーの市場シェア,図源:MEV Watch

現在のBuilderの市場シェアを考えると、ある純粋な審査不要のBuildが徐々に市場シェアを拡大しており、すべてが利益指向です。

サーチャー

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MEV収入とガス料金収入の比率、出典:mevboost

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る。Searcherは特定のBuilderと協力することが多く、その結果、Dark PoolやPrivate Poolが形成される。この中ではSearcherの取引は特定のBuilderにのみ表示され、いくつかのBuilderは最大化された利益のMEV取引を得て、ブロックスペースに入札することになる。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を選択することができるため、Builderの市場シェアは徐々に低下する。このため、Searcherに制約されるBuilderは、悪行の潜在的コストを考慮することが多い。上図は、MEVと日々のGasの収益状況を示しており、行情が明らかに変動している場合、Searcherが貢献するMEV収益はその日のGas収益の2倍にもなることがわかる。

Searcherについては、CEX-DEX(のオフチェーン)アービトラージと、DEX、ラップ、中立の二大カテゴリー(の純オンチェーン)に分かれます。

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Searcherの市場シェア、出典:Searcherbuilder

現在、いくつかの取引所がCEX --- DEXアービトラージ取引の市場シェアで第一位を占めています。

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Searcherの市場シェア、出典:Searcherbuilder

純粋なチェーン上のMEV機会について、スタジオ化の傾向が徐々に形成されています。その中で、あるSearcherが市場シェアの驚くべき37.2%を占めており、Ethereumチェーン上のユーザーに対してサンドイッチ攻撃を得意とし、一時的にはチェーン上のガス消費が最も高いユーザーとなり、約1.5%を1日分のガス消費として占めています。2023年2月から2024年6月まで、このボットは合計76,916 ETHを費やし、これらの取引を実行した際の価値に基づくと、約1.75億ドルに相当します。SearcherとBuilderの間の結びつきが非常に密接であるため、実際には多くのSearcherが自分の注文フローを上位3のBuilderに送信します。本来はすべてのBuilderにブロードキャストできるはずですが、小さなBuilderの中にはSearcherの注文フローを分割する可能性があり、これがSearcherのMEV戦略の失敗を引き起こし、損失リスクをもたらすことになります。また、Builderにバインドすることで、エコシステム内での影響力を維持することも可能です。

リレイヤー

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リレーマーケットシェア,画像出典:mevboost

Relayerは集合入札を担当し、その後Proposerに対してブロックヘッダーと入札ブロックの価格を中継します。この時、Proposerはブロック内の取引の詳細を知りません。Proposerがブロックヘッダーを選択し、署名した後、Relayerはすべての取引内容をProposerに公開します。我々は、Relayerが経済的インセンティブのない第三者として非常に大きな信頼を得ていることに気づきます。BuilderはProposerに対して価格を依存し、ProposerはRelayerの価格とブロック内容に依存しています。歴史的にも似たような問題が発生しており、Ultrasound RelayerにはProposerが2000万ドル以上のMEVを引き出す原因となる潜在的な脆弱性が存在しました。これらの脆弱性は修正可能ですが、Relayer自体は悪意を持って行動し、MEVを盗むことも選択できます。

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市場シェアのトレンド図,図源:mevboost

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をコントロールすることは不可能です。

同時にRelayerは経済的インセンティブがないという問題にも直面しています。そのため、いくつかの会社はRelayerの研究開発から撤退しました。Relayerは現在、ある会社が提案したMEVBoostの規範に依存して構築されています。イーサリアムは第三者に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。

プロポーザー

Proposerにとって、すべての検証者の中からアルゴリズムによって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ぶことになります。ブロック提案者自身は負荷を実行する能力を持っていますが、提案者は本質的にこの部分を外部に委託したいと考えているため、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の共謀を減らすことを望んでいます。現在はすべてのマイニングプールが検証者プールとして存在していますが、このようなマイニングプールとLSD検証者プールは非常に強い規模の効果を持っています。特にLSDの出現により、元々質権を持つ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、検証者プールはより集中化した傾向にあります。

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バリデーターのマーケットシェア,画像出典:mevboost

ある機関は現在、約28.7%の市場シェアを占めています。