闇の森を照らす:MEVの神秘のベールを剥がす

チェーン上の活動が増加し、チェーン上のインフラストラクチャが進化し豊かになるにつれて、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の金融活動に直接的な利益損失やユーザー体験の低下をもたらします。本記事『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)の技術的進化を基に、これらのメカニズムがもたらす自然な中央集権化と信頼問題を重点的に分析し、イーサリアムの価値観と対照的な現実を示すことです。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

オンチェーンのMEVの激化は確かに両刃の剣であり、正と負の外部性を伴います。正の側面にはDEXの価格差の縮小や清算取引の支援が含まれますが、負の側面にはユーザーに対するサンドイッチ取引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者であるRelayerの問題を解決するメカニズムを探索する過程では、主に3つの措置に分かれます：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3つの改善は、MEVの現代的な状況に対して様々な程度の影響を与えますが、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の解決策は、組み合わせて試す価値があります。

そのほか、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、私たちは文中でLayer2アーキテクチャ、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、発生する可能性があるより多くの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得ることを希望しています。それは未来にユーザーがいる暗い森を照らすだけでなく、業界の研究者がさらにMEVを研究するための暗い森を照らすためでもあります。

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、全体のブロックの生成も変化し、各エポックは1つのPOSサイクルであり、各エポックは32のスロットに分けられ、各スロットはブロック生成の時間単位に相当し、12秒です。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

ネットワーク全体が各エポック内で、ランダムに検証者から委員会を選出します。ブロックを提案する人は委員会の集合からランダムに選ばれ、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。ここでは、読者のために用語を規定します。Payloadは実行負荷を意味し、取引の状態変更を指し、ブロックの一部として実行されると見なされます。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)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たとき、提案者はPayloadを実行する動機がないことが多く、つまり取引の順序付けと実行を行う必要があるため、この作業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。元々考えていたのは、分散型委員会選挙を通じて、実行負荷をその中に取り入れれば、取引の順序付けなどが分散型のものになるということでした。しかし、バリデーターは本質的にこの部分を第三者に任せたがり、自分自身のProposerはブロックの提案に集中することを望んでいるようです。これにより、PBSの構想が生まれました。すなわち、ブロック提案と構築を分離し、提案者はブロックの検証だけを担当し、ブロック構築には参加しません。提案者と構築者の間の分離は、オープンマーケットを促進します。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。これらの構築者は互いに競争してブロックを構築し、提案者に対して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)密封第一拍売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(利益最大化とは、取引手数料Base+Priority+MEV)を指します。その後、複数のBuilderがMEV-Boost Relayerを介してProposerと相互作用し、Relayerは複数のBuilderとProposer間の相互作用の橋渡しをします。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それに対応する入札を提出します。Proposerは通常、入札が最も高いブロックを受け入れます。この過程で、RelayerはMEVBboost規範を実現します。これは、FlashbotがBuilderとProposerの間の入札をどのように規制するかを提案した技術規範です。このプロセスでは、すべての情報が閉じられており、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、これは以前から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コンプライアントに参加しました。最初の頃と比べて、最近ではブロックの審査の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与えることが確認できます。

! 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、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、すべてが利益を中心に動いています。

サーチャー

本質的に、利益最大化の作業はSearcherとBuilderの共同努力を必要とします。Searcherは特定のBuilderと協力することが多く、これによりDark Poolや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を得るMEV取引を獲得し、ブロックスペースを競り合います。理論的には、Builderが悪事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の市場シェアは徐々に低下することになります。したがって、Searcherに制約されるBuilderは、悪事を働くことの隠れたコストを考慮することが多いです。上の図は、MEVと日々のGasの収益状況を示しています。市場の変動が明確な場合、Searcherが貢献するMEV収益は、日々のGas収益の2倍にもなることがわかります。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

Searcherについて、CEX-DEX(のオフチェーン)のアービトラージと、DEX、メザニン、清算という2つの大きなカテゴリー(の純オンチェーン)に分かれます。

現在、ある取引プラットフォームが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。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

純粋なオンチェーンMEV機会については、スタジオ化の傾向が徐々に形成されており、その中のあるスタジオは市場シェアの驚くべき37.2%を占めています。彼らは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日全体の1.5%を消費しました。2023年2月から2024年6月まで、このロボットは合計で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の間の結びつきが強いため、実際には多くのSearcherが自分の注文フローを上位3名のBuilderに送信することがあり、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、一部の小さなBuilderがSearcherの注文フローを分割する可能性があり、これがSearcherのMEV戦略の失敗や損失リスクを引き起こすことがあります。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できます。

リレイヤー

リレイヤーは集合入札を担当し、プロポーザーに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、プロポーザーはブロック内の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、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。我々は、リレイヤー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くでしょう。ビルダーはプロポーザーの入札に依存し、プロポーザーはリレイヤーの入札とブロック内容に依存します。歴史的にも似たような問題が発生したことがあり、あるリレイヤーに潜在的な脆弱性が存在し、プロポーザーが2000万ドル以上のMEVを引き出したことがあります。これらの脆弱性は修正可能ですが、リレイヤー自体は悪意を持って行動し、MEVを盗むことを選択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います。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MEVを人為的に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、ある会社はRelayerの研究開発から撤退しました。Relayerは現在、Flashbotsが提案したMEVBoost規格に依存して構築されており、Ethereumは第三者によるPBSに依存していますが、これは長期的な解決策ではありません。そのため、現在Ethereum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検討しています。

###提案者

Proposer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の一群を選び、各slotでブロック提案者を選択します。ブロック提案者自身は実行負荷の能力を持っていますが、提案者は本質的にこの部分を外注したいと考えるため、BuilderとProposerの間で垂直的な協力が生じやすくなります。そして、MEV-boostのRelayerは、そのような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少させることを望んでいます。現在、すべてが検証者プールとしてのマイニングプールにありますが、これらのマイニングプールとLSD検証者プールは、特にLSDの出現によって非常に強い規模の経済を持っています。元々の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、さらにその背後にあるDEFIの影響により、検証者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LSDプラットフォームは現在約28.7%の市場シェアを占め、ある取引プラットフォーム、あるLSDプラットフォームがそれぞれ第二、第三位にランクインしています。過去にMEV-BOOST PBSソリューションを積極的に実施しなかった際、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、大多数のProposerは取引の順序付け実行能力を放棄しました。これは重い計算作業が検証性能に大きな負担をかけるため、実行負荷を外注し、第三者にブロックをオークションさせる方が良いと考えたからです。

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MEVボットによってMEV利益を得られるからです。しかし、これらの利益はユーザーには流れません。しかし、これは必ずしも悪いことではありません。たとえばDEXでは、チェーン上の市場が大きく変動している場合やユーザーの取引量がDEXの流動性を超えている場合、MEVボット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、これを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MEVボットに監視されないように、ユーザーに影響を与えないために