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のインフラの進化と豊富さに伴い、チェーン上のMEVはこれまでエーテルのダークフォレスト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とユーザー体験の低下をもたらします。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)の技術的進化を基に、このメカニズムがもたらす天然の中央集権と信頼の問題を、Ethereumの価値観とはまったく逆の現実の状況として分析することです。

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チェーン上のMEVの激化は確かに二刃の剣であり、正負の外部性を持っています。正の外部性にはDEXの価格差の減少や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の損害が含まれます。したがって、MEVの解決策は主に負外部性を軽減することに焦点を当てており、根本的な解決には至りません。私たちがMEVの負外部性を軽減し、現在の第三者信頼のミドルウェアであるRelayerの問題を解決するためのメカニズム探索の過程では、主に3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。これらの3つの改善はいずれもMEVの現代的な構図に異なる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するサンドイッチ攻撃の問題を実質的に解決することはできず、ユーザーの取引は依然としてパブリックプールにあります。したがって、ユーザー取引の選択的な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。

そのほかに、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。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装に伴い、発生する可能性のあるさらなるMEVの技術的課題と機会について探求しました。

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総合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た暗い森を照らすだけでなく、業界の研究者がMEVのさらなる研究の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、Ethereum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Proof of Stakeを採用しました。合併後、Ethereumは実行層とコンセンサス層に分かれました。また、ブロックの生成も変更され、各Epochは1つのPOSサイクルであり、各Epochは32のSlotに分かれ、各Slotは12秒のブロック生成時間単位に相当します。

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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からランダムに選ばれます。ブロック提案者はトランザクションをパッケージ化し、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。他の委員会のバリデーターはこのプロセスを監視し、ブロックに投票します。そして、この委員会は各エポックの後に再選出されます。また、ブロック生成と投票の効率を確保するために、一定の操作時間制限が課せられます。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、トランザクションの状態変更を示し、ブロックの一部として見なすことができます。ブロック提案者は実行負荷(Execution Payloadを実施し、これはトランザクション結果の状態変更)とブロック提案を実施することになります。

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き、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、トランザクションの順序を決めて実行する必要があるのですが、この作業には大量の計算能力が必要です。元々考えていたのは、分散型の委員会選挙を通じて、実行負荷を取り入れることができれば、トランザクションの順序付け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この部分を第三者に任せ、自分はProposer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、ノード提案者はブロックの検証のみを担当し、ブロックの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、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(Proposer Builder Seperate)密封第一拍卖モデルの全体を簡単に紹介します。ユーザーがRPC代理を介してトランザクションを提出すると、RPCはノードを実行しているのと同等であり、トランザクションを公開のMempoolに提出します。複数のBuilderは、利益を最大化するために最も適したトランザクションを見つけて並べ替え、最大利益のブロック(を生成します。利益最大化は、トランザクション手数料Base + Priority + MEV)を指します。その後、複数のBuilderは、あるトランザクションプラットフォームのRelayerを介してProposerと相互作用します。Relayerは、複数のBuilderとProposerが相互作用するための橋渡しを行います。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、最も高い入札のブロックを採用します。ここで、Relayerは規範を実現します。これはBuilderとProposerの入札の相互作用を規制する技術的な規範です。このプロセスでは、すべての情報は密閉されており、RelayerはProposerにブロックヘッダーのみを提出するため、Proposerは検閲耐性を持ちます。

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、Finder、(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担っており、関連技術を使用した後、入札においてより有利な地位にあります。なぜなら、ガス料金をサポートするだけでなく、MEV収益もサポートしているからです。Builderはユーザーとサーチャーの取引を直接審査でき、これは常に問題視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、大量のBuilderがOFAC準拠に参加しました。初めの頃と比べると、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関与していることが見て取れます。

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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、出典:MEV Watch

現在のBuilderの市場シェアを見ると、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、すべてが利益志向です。

検索エンジン

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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、サーチャーとビルダーが協力する必要があります。サーチャーは特定のビルダーと協力することが多いため、ダークプールまたはプライベートプールが形成されます。この中で、サーチャーの取引は特定のビルダーにのみ表示され、一部のビルダーは利益を最大化する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、ビルダーが悪行を働いたり検閲を行った場合、サーチャーは他のビルダーを選択することができます。そのため、ビルダーの市場シェアは徐々に低下し、サーチャーに制約されるため、ビルダーは悪行の潜在的コストを考慮することが多いです。上の図は、MEVと1日のガス収益の状況を示しており、サーチャーが貢献するMEV収益は、市場の変動が顕著な場合、当日のガス収益の2倍にもなることがわかります。

検索エンジンについては、CEX-DEX(オフチェーン)アービトラージと、DEX、メザニン、清算の2つのカテゴリ(完全オンチェーン)に分かれています。

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Searcherの市場シェア、出典:Searcherbuilder

現在、ある会社がCEX --- DEXのアービトラージ取引市場シェアの第一位を占めています。

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Searcherの市場シェア、出典:Searcherbuilder

純粋なオンチェーンMEVの機会について、スタジオ化の傾向が徐々に形成されています。その中で、あるアドレス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、一時はオンチェーンのガス消費が最も高いユーザーとなり、約1.5%を占めるガスを1日で消費しました。2023年2月から2024年6月まで、このボットは合計で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。サーチャーとビルダーの関係が密接であるため、実際には多くのサーチャーが自分のオーダーフローを上位3名のビルダーに送信します。本来はすべてのビルダーにブロードキャストできるはずですが、一部の小さなビルダーはサーチャーのオーダーフローを分割する可能性があり、それがサーチャーのMEV戦略の失敗を引き起こし、結果的に損失のリスクをもたらすことになります。また、ビルダーをバインドすることで、その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

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リレーマーケットシェア,図源:mevboost

Relayerは集合入札を担当し、次に中継所として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はブロック内のトランザクション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は全てのトランザクション内容をProposerにリリースします。ここで、Relayer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います。BuilderはProposerに依存して入札し、ProposerはRelayerの入札とブロック内容に依存しています。歴史的に似たような問題が発生したこともあり、あるRelayerに潜在的な脆弱性が存在し、Proposerが2000万ドル以上の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。

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市場シェアのトレンドグラフ, 図の出典: mevboost

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が意図的にMEVを制御することは不可能です。

同時にRelayerも経済的な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、ある企業はRelayerの研究開発から撤退しました。Relayerは現在、提案された規範に依存して構築されており、イーサリアムは第三者にPBSを提供してもらっていますが、これは永続的な解決策ではありません。そのため、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でランダムに一組の委員会を選び、各スロットごとにブロック提案者を選択します。ブロック提案者自体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部に委託したがるため、BuilderとProposerの間の垂直的な協力が容易に生じます。そのため、関連するRelayerはこの方式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たいと考えています。現在はすべてが検証者プールとしてのマイニングプールに存在していますが、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経済性を持っています。特にLSDの出現は、もともとステーキングされていた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の傾向にあります。

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バリデーターのマーケットシェア,図源:mevboost

あるプロジェクトは現在約28.7%の市場シェアを占めており、他の取引所が2位と3位にランクインしています。過去には積極的に実施されていませんでした。