Iluminando a Floresta Escura: Revelando o Véu do MEV

Com o aumento das atividades na blockchain e a evolução e enriquecimento da infraestrutura on-chain, o MEV on-chain sempre foi visto como uma das partes mais perigosas da floresta sombria do Ethereum, o que causou perdas de lucros e degradação da experiência do usuário nas atividades financeiras na blockchain. O objetivo deste artigo, "Iluminando a Floresta Sombria", é analisar, com base no mecanismo de geração de blocos do Ethereum 2.0 e na evolução técnica da separação de propostos-construtores (PBS), os problemas naturais de centralização e confiança que essa configuração traz, que estão em total desacordo com os valores do Ethereum.

A intensificação do MEV na blockchain é realmente uma espada de dois gumes, com suas externalidades positivas e negativas. As positivas incluem a redução das diferenças de preços em DEX e a ajuda na liquidação de transações; as negativas incluem os danos causados pelas transações de sandwich aos usuários. Portanto, as soluções para o MEV visam mais atenuar as externalidades negativas do que erradicá-las completamente. No processo de exploração de mecanismos para mitigar as externalidades negativas do MEV e resolver os problemas atuais relacionados ao middleware de confiança de terceiros, os Relayers, as medidas podem ser divididas em três categorias principais: melhoria do mecanismo de leilão, melhorias na camada de consenso e melhorias na camada de aplicação. Essas três melhorias terão diferentes graus de impacto na moderna configuração do MEV, mas algumas soluções não conseguem resolver efetivamente o problema dos ataques de sandwich que os usuários enfrentam, pois as transações dos usuários ainda estão em um pool público. Portanto, é necessário introduzir mais tecnologias de pool de privacidade para proteger a privacidade opcional das transações dos usuários; essas soluções de MEV merecem ser combinadas e testadas.

Além disso, o MEV, como um subproduto de design de mecanismo inevitável, terá um futuro ainda mais complexo. Também exploramos no texto os desafios técnicos e oportunidades adicionais do MEV que podem surgir com a implementação de novos tipos de transações, como a arquitetura Layer2 e a abstração de contas EIP-4337.

Por fim, esperamos que este artigo explore potenciais soluções para mitigar o problema das externalidades negativas do MEV, e que ofereça uma compreensão abrangente dos prós e contras das atuais soluções de MEV, não apenas para iluminar a floresta sombria em que os usuários se encontram no futuro, mas também para iluminar a floresta sombria para os pesquisadores da indústria que desejam investigar mais sobre o MEV.

Ethereum 2.0

Desde a fusão (The Merge), o Ethereum adotou um mecanismo POS para garantir a segurança da rede, enquanto abandonou a competição intensiva em cálculos na produção de blocos, optando pela prova de participação. Após a fusão, o Ethereum foi dividido em uma camada de execução e uma camada de consenso. E toda a produção de blocos também mudou, cada Epoch representa um período de POS, e cada Epoch é dividido em 32 Slots, onde cada Slot equivale a uma unidade de tempo para a criação de blocos, que é de 12 segundos.

Diagrama de proposta de bloco do validador

Toda a rede irá, a cada Epoch, selecionar aleatoriamente um comitê a partir dos validadores; a pessoa que propõe o bloco é escolhida aleatoriamente dentre os membros do comitê. O proponente do bloco precisa empacotar as transações e ordená-las para finalmente produzir um bloco, e os outros validadores do comitê supervisionarão este processo, votando em seguida no bloco. Além disso, este comitê será reeleito após cada Epoch. Também será aplicada uma certa limitação de tempo operacional para garantir a eficiência na geração de blocos e na votação. Aqui, normalizamos a terminologia para os leitores: Payload é a carga de execução, significando a alteração do estado das transações, podendo ser vista como parte da execução do bloco. O proponente do bloco implementará a carga de execução (Execution Payload, que é a alteração do estado do resultado da transação ) e a proposta do bloco.

Estrutura PBS

Na verdade, quando os validadores são escolhidos para se tornarem proponentes de blocos, muitas vezes os proponentes não têm motivação para executar o Payload, ou seja, classificar e executar as transações, porque isso requer uma grande capacidade de computação para realizar alterações de estado. A ideia original era que, se fizéssemos uma eleição de comitê descentralizado e incluíssemos a carga de execução, então a classificação das transações etc. se tornaria uma questão descentralizada. No entanto, os validadores parecem naturalmente querer entregar essa parte a terceiros, enquanto os próprios proponentes se concentram na proposta de blocos. Portanto, surgiu a concepção do PBS, que é a separação entre a proposta de blocos e a construção, onde os proponentes de blocos são responsáveis apenas pela validação dos blocos, não participando da construção dos blocos. A separação entre proponentes e construtores promove um mercado aberto, onde os proponentes de blocos podem obter blocos dos construtores. Esses construtores competem entre si para construir blocos e oferecem a maior taxa aos proponentes, o que chamamos de "leilão de blocos".

Diagrama de fluxo PBS

Vamos apresentar brevemente o modelo de leilão selado Proposer Builder Seperate do PBS(. Quando os usuários submetem transações através de um proxy RPC, o RPC funciona como um nó, enviando a transação para o Mempool público, onde vários Builders encontram as transações mais adequadas para ordenar e gerar um bloco com o máximo de lucro. O lucro máximo refere-se às taxas de transação Base + Prioridade + MEV). Em seguida, vários Builders interagem com o Proposer através de uma plataforma de negociação chamada Relayer, que é a ponte entre os Builders e o Proposer. Os Builders enviam cotações para o Relayer, que, por sua vez, envia vários cabeçalhos de bloco e as respectivas cotações ao Proposer. O Proposer geralmente aceita o cabeçalho de bloco com a maior cotação. O Relayer implementará normas, que são especificações técnicas sobre como regular a interação e a concorrência entre Builders e Proposers. Durante este processo, todas as informações são mantidas em sigilo, e o Relayer apenas enviará o cabeçalho do bloco para o Proposer, garantindo assim que o Proposer tenha resistência à censura.

Tipos de participantes e jogos no PBS

Os principais participantes são Builder, Relayer, Proposer, e Searcher (.

) Builder

O Builder é principalmente responsável pela construção do conteúdo do bloco. Após a utilização de tecnologias relacionadas, ele se encontra em uma posição mais favorável nas licitações, pois não apenas suporta as taxas de Gas, mas também os lucros de MEV. O Builder pode revisar diretamente as transações dos usuários e dos mecanismos de busca, o que sempre foi um ponto criticado, especialmente após o governo dos EUA divulgar o OFAC. Muitos Builders participaram do OFAC Compliant. Comparado ao início, embora a proporção de revisão dos blocos tenha diminuído recentemente, podemos ver que, no processo de construção do bloco, o Builder tem um papel direto na revisão das transações.

Proporção de bloco em conformidade com o OFAC, fonte da imagem: MEV Watch

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Quota de mercado do Builder, fonte da imagem: MEV Watch

Com base na quota de mercado atual dos Builders, alguns Builds puramente não sujeitos a revisão estão gradualmente a expandir a sua quota de mercado, tudo orientado para o lucro.

) mecanismo de busca

Proporção de ganhos de MEV em relação aos ganhos de Gas Fees, fonte da imagem: mevboost

Essencialmente, o trabalho de maximização de lucros requer a colaboração entre o pesquisador e o Builder. Os pesquisadores costumam trabalhar com Builders específicos, formando assim um Dark Pool ou Private Pool, onde as transações dos pesquisadores são visíveis apenas para determinados Builders. Alguns Builders então obtêm transações MEV que maximizam os lucros, competindo pelo espaço em bloco. Teoricamente, se um Builder agir de maneira maliciosa ou censurar, o pesquisador pode optar por outros Builders, levando a uma redução gradual na participação de mercado do Builder. Portanto, sob a influência do pesquisador, os Builders frequentemente consideram o custo oculto de se comportar mal. A imagem acima mostra a situação dos lucros de MEV e do Gas diário, onde se pode ver que os lucros de MEV contribuídos pelos pesquisadores, em situações de alta volatilidade do mercado, podem ser até o dobro dos lucros diários de Gas.

Para os motores de busca, dividem-se em CEX-DEX### arbitragem off-chain( e DEX, mezzanine, liquidação, duas grandes categorias) puramente on-chain(.

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Quota de mercado do motor de busca, fonte da imagem: Searcherbuilder

Atualmente, uma certa empresa ocupa a primeira posição no mercado de arbitragem entre CEX e DEX.

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Quota de mercado dos motores de busca, Fonte da imagem: Searcherbuilder

Para oportunidades de MEV puramente na cadeia, há uma tendência crescente de formação de estúdios, onde um determinado endereço detém uma impressionante participação de mercado de 37,2%, especializado em ataques de sanduíche a usuários na cadeia do Ethereum, tornando-se uma das maiores fontes de consumo de gas na cadeia, consumindo cerca de 1,5% do gas em um dia inteiro. De fevereiro de 2023 a junho de 2024, esse robô gastou um total de 76.916 ETH, o que, com base no valor das transações executadas, equivale a cerca de 175 milhões de dólares. Como existe uma ligação estreita entre os buscadores e os Builders, na prática, muitos buscadores enviam seu fluxo de pedidos para os três principais Builders; na verdade, poderia ser transmitido para todos os Builders, mas alguns Builders menores podem dividir o fluxo de pedidos dos buscadores, levando à ineficácia das estratégias de MEV dos buscadores e, consequentemente, ao risco de perdas. Além disso, vincular-se a Builders também pode ajudar a manter a influência deles dentro do ecossistema.

) Relayer

Participação de mercado do Relay, fonte da imagem: mevboost

O Relayer é responsável por reunir ofertas, e então, como um ponto de passagem, submete o cabeçalho do bloco e o preço do bloco leiloado ao Proposer, que neste momento não conhece os detalhes das transações no bloco. Assim que o Proposer escolhe e assina o cabeçalho do bloco, o Relayer libera todo o conteúdo da transação para o Proposer. Podemos notar que o Relayer, atuando como um terceiro sem incentivo econômico, ganha uma enorme confiança; o Builder depende do Proposer para a cotação, enquanto o Proposer depende das cotações e do conteúdo do bloco fornecidos pelo Relayer. Historicamente, problemas semelhantes ocorreram, onde um Relayer apresentou uma vulnerabilidade potencial que resultou na extração de mais de 20 milhões de dólares em MEV pelo Proposer. Embora essas vulnerabilidades possam ser corrigidas, o Relayer ainda pode escolher agir de forma maliciosa e roubar MEV.

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Gráfico de tendência de participação de mercado, Fonte do gráfico: mevboost

A imagem acima mostra a situação da quota de mercado do Relayer. Podemos ver que a quota de mercado dos Builders que operam apenas com MAX Profit tem aumentado gradualmente desde o Merge. Portanto, no mercado livre, é impossível controlar artificialmente o MEV através dos Builders.

Ao mesmo tempo, os Relayers também enfrentam um problema, que é a falta de incentivos econômicos. Por isso, uma empresa também saiu da pesquisa e desenvolvimento na direção dos Relayers. Atualmente, os Relayers dependem das normas propostas para serem construídos, e o Ethereum depende de terceiros para fornecer PBS, o que não é uma solução duradoura. Portanto, atualmente, a comunidade Ethereum também está explorando a possibilidade de incluir PBS em nível de protocolo.

) Proposer

Para o Proposer, é feita uma seleção aleatória de um comitê entre todos os validadores através de um algoritmo, e em cada slot é escolhido um proponente de bloco. O proponente de bloco possui a capacidade de executar a carga, mas devido ao desejo inerente do proponente de terceirizar essa parte, isso pode levar a uma colaboração vertical entre o Builder e o Proposer. Os Relayers relacionados desejam atuar como um ponto intermediário dessa forma, a fim de reduzir a conivência da colaboração vertical resultante da comunicação direta entre os dois. Atualmente, todos estão em pools de mineração como pools de validadores, mas esses pools de mineração e os pools de validadores LSD possuem um forte efeito de escala, especialmente com o surgimento do LSD, que libera o potencial dos tokens originalmente em staking, aumentando a eficiência de capital, e a influência dos blocos DEFI por trás dele, levando o pool de validadores a uma tendência mais centralizada.

Participação de mercado dos validadores, fonte da imagem: mevboost

Um projeto atualmente detém cerca de 28,7% da participação no mercado, enquanto outras exchanges ocupam o segundo e terceiro lugares. No passado, não houve uma ação proativa.