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で最も危険な部分と見なされ、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エクスペリエンスの低下を引き起こしています。本稿は、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自然な中央集権化と信頼性の問題がイーサリアムの価値観と全く対立する現実状況を重点的に分析することを目的としています。

チェーン上のMEVの増加は確かに二面性があり、正負の外部性があります。正の側面にはDEXの価格差の縮小や清算取引の助けが含まれ、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あります。したがって、MEVの解決策は主に負の外部性を軽減することに焦点を当てており、根本的な解決には至りません。MEVの負の外部性を軽減し、現在の第三者信頼中間ウェアであるリレイヤーの問題を解決するメカニズムの探索過程は、主に三つ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。これらの三つの改善は、MEVの現代的な構図に対して異なる程度で影響を与えますが、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、今後さらに複雑化する可能性があり、私たちは本文で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技術の課題と機会を探求しました。

最後に、私たちはこの記事を通じて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ソリューションの長所と短所について包括的に認識することを希望しています。これは、未来においてユーザーが置かれている暗い森を照らすだけでなく、業界の研究者にとってもMEVのさらなる研究のための暗い森を照らすものです。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

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、ブロック生成において計算集約型の競争を放棄し、プルーフ・オブ・ステークに移行しました。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。ブロック生成全体も変化し、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。

ネットワーク全体は、毎回のエポック内で、検証者からランダムに委員会を選出し、ブロックを提案する者はその委員会の集合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、並べ替えて最終的に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、この委員会は毎エポックの後に再選出されます。さらに、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せられます。ここでは、読者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、ブロック実行の一部と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、トランザクション結果の状態変更)とブロック提案を行います。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

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、提案者はペイロードを実行する動機を持たないことが多く、つまり取引の順序を決定して実行する必要があるため、これは大量の計算能力を必要とします。元々考えていたのは、もし私たちが分散型の委員会選挙を通じて、実行負荷を含めることができれば、取引の順序決定などが分散型の問題になるということです。しかし、バリデーターは自然とこの部分を第三者に任せ、自身のプロポーザーはブロック提案に集中したいと思っているようです。そこで、PBSの構想が生まれ、ブロック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関与しないという形になりました。提案者と構築者の間の分離は、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することができます。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。

私たちは、PBS(Proposer Builder Seperate)密封第一拍卖モデル全体について簡単に紹介します。ユーザーがRPCプロキシを介して取引を提出すると、RPCはノードを実行して取引を公開の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は一般的に最も高い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は検閲耐性を持っています。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

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責任があり、MEV-Boost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、Gas Feesをサポートするだけでなく、MEV収益もサポートするからです。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あり、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。最初の頃と比べると、ブロックの審査の割合は最近減少していますが、ブロック構築プロセスにおいて、Builderが取引の直接審査に対して直接的な影響を持っていることがわかります。

現在のBuilderの市場シェアから見ると、beaverbuild.orgのような純粋な審査不要のBuildは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。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

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、Searcherは特定のBuilderと協力することが多い。こうして、Dark PoolやPrivate Poolが形成され、ここではSearcherの取引は特定のBuilderにのみ表示される。一部のBuilderは最大化された利益を得るMEV取引を受け取ることになり、ブロックスペースの入札を行う。理論的に言えば、Builderが悪行を働くか検閲を行う場合、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とになる。したがって、Searcherに制約されるBuilderは、悪行の隠れたコストを考慮することが多い。上の図はMEVと日々のGas収益の状況を示しており、Searcherが貢献するMEV収益は市場の変動が顕著な場合には、当日のGas収益の2倍にもなることがわかる。

Searcherについては、CEX-DEX(オフチェーン)アービトラージ、そしてDEX、メザニン、清算の大きく二つのカテゴリ(純オンチェーン)に分かれます。

現在、Wintermuteは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。

純粋なチェーン上の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います。その中で、jaredfromsubway.ethの市場シェアは驚くべき37.2%を占めています。彼は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多いユーザーとなり、約1日でガス消費の1.5%を占めていました。2023年2月から2024年6月まで、このボットは合計76,916ETHを消費しました。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の間の関係が密接であるため、実際には多くのSearcherが自分のオーダーフローをトップ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たはずですが、一部の小さなBuilderはSearcherのオーダー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、損失のリスクが生じることになります。また、Builderをバインドすることは、エコシステム内での影響力を維持するためにも役立ちます。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

リレイヤー

Relayerは集合入札を担当し、Proposer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、Proposerはブロック内の取引の詳細を知りません。Proposerが選択し、ブロックヘッダーに署名すると、Relayerはすべての取引内容をProposerに解放します。Relayerは経済的な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がわかります。BuilderはProposerに価格を依存し、ProposerはRelayerの価格とブロック内容に依存しています。歴史的にも類似の問題が発生しており、Ultrasound RelayerにはProposerが2000万ドル以上のMEVを抽出する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できますが、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。

上の図はRelayerの市場シェアの状況を示しており、Merge以降、単純なMAX ProfitのBuilderの市場占有率が徐々に拡大していることがわかります。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BlocknativeもRelayerの方向性の研究開発から撤退しました。現在のRelayerはFlashbotsが提案したMEVBoostの仕様に依存して構築されており、イーサリアムは第三者がPBSを提供することに依存しているため、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も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。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解き明かす

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一組の委員会をランダムに選び、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実行負荷を担う能力を持っていますが、提案者は自然にこの部分をアウトソースしたがるため、BuilderとProposerの間での垂直的な協力が容易に発生します。そして、MEV-boostのRelayerは、この方法の仲介者として機能し、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、すべてがマイニングプールとしての検証者プールにありますが、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。

Lidoは現在、約28.7%の市場シェアを占めており、CoinbaseとEther.fiがそれぞれ2位と3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場合、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)を実行することです。しかし、ほとんどのProposerは取引の並び替え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ため、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にかけさせる方が良いからです。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

ユーザー

最後にユーザー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の中で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、全てが悪いわけではありません。たとえば、DEXでは、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の流動性を上回ると、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の存在には正負の外部性があり、別々に議論する必要があり、これがその複雑さでもあります。

ユーザーがMEVbotに監視され、その結果ユーザーに損害を与えないように、多くのRPCノードプロバイダーがユーザーが取引を非公開のMempoolに配置するのを助けることができます。例えば、BuilderのRPCを通じてBuilderと直接やり取りすることができます。比較的新しい方法は、OFA(Order Flow Auction)注文流オークションを通じてユーザーにMEV利益を補償することです。OFA RPCオペレーターはSearcherと連携しています。