Éclairer la forêt sombre : dévoiler le voile mystérieux de l'MEV

L'évolution des activités et de l'infrastructure sur la chaîne Ethereum a fait que le MEV est toujours considéré comme la partie la plus dangereuse de la "forêt sombre" d'Ethereum, causant des pertes de profits et une dégradation de l'expérience pour les utilisateurs. Cet article analyse les problèmes de centralisation et de confiance apportés par ce mécanisme à partir du mécanisme de génération de blocs d'Ethereum 2.0 et de la séparation des proposeurs et des constructeurs (PBS), en contradiction avec les valeurs de décentralisation d'Ethereum.

La MEV est effectivement une épée à double tranchant, avec des externalités positives et négatives. Les aspects positifs incluent la réduction des différences de prix sur les DEX et l'aide à la liquidation des transactions ; les aspects négatifs comprennent les dommages causés par les transactions sandwich aux utilisateurs. Par conséquent, les solutions à la MEV visent davantage à atténuer les externalités négatives qu'à les éliminer complètement. Dans le cadre de l'exploration visant à réduire les externalités négatives de la MEV et à résoudre le problème actuel des intermédiaires Relayer basés sur la confiance tierce, les mesures sont principalement classées en trois catégories : amélioration des mécanismes d'enchères, amélioration du niveau de consensus et amélioration du niveau d'application. Ces améliorations affecteront dans une certaine mesure le paysage de la MEV, mais certaines solutions ne peuvent pas résoudre de manière substantielle le problème des attaques sandwich rencontrées par les utilisateurs. Les transactions des utilisateurs restent dans des pools publics, il est donc nécessaire d'introduire davantage de technologies de pools de confidentialité pour protéger la confidentialité optionnelle des transactions des utilisateurs. Ces solutions MEV méritent d'être combinées et essayées.

De plus, le MEV, en tant que sous-produit inévitable de la conception des mécanismes, deviendra encore plus complexe à l'avenir. Nous avons également exploré les nouveaux défis et opportunités techniques du MEV qui pourraient surgir sous l'implémentation de nouveaux types de transactions tels que l'architecture Layer2 et l'abstraction de compte EIP-4337.

Enfin, nous espérons à travers cet article explorer les solutions potentielles pour atténuer les externalités négatives du MEV, et avoir une compréhension complète des avantages et des inconvénients des solutions MEV actuelles, non seulement pour éclairer l' "épais brouillard" dans lequel se trouvent les utilisateurs à l'avenir, mais aussi pour éclairer aux chercheurs du secteur la direction pour des recherches plus approfondies sur le MEV.

Ethereum 2.0

Depuis The Merge, Ethereum a adopté un mécanisme POS pour assurer la sécurité du réseau, abandonnant la concurrence intensive en calcul pour passer à la preuve de participation. Après la fusion, Ethereum est divisé en couche d'exécution et en couche de consensus. La production de blocs a également changé, chaque Epoch représentant un cycle POS, divisé en 32 Slots, chaque Slot étant une unité de temps de bloc de 12 secondes.

Le réseau sélectionne aléatoirement un comité de validateurs à chaque Epoch, et un proposeur de bloc est choisi au sein de ce comité pour emballer et trier les transactions et produire des blocs, tandis que les autres validateurs du comité supervisent et votent. Le comité est réélu après chaque Epoch, en imposant une limite de temps opérationnelle pour garantir l'efficacité. Ici, nous normalisons les termes, le Payload est la charge d'exécution, c'est-à-dire le changement d'état des transactions, pouvant être considéré comme une partie de l'exécution du bloc. Le proposeur de bloc mettra en œuvre la charge d'exécution et la proposition de bloc.

Architecture PBS

En réalité, lorsque les validateurs sont choisis comme proposeurs de blocs, ils n'ont souvent pas d'incitation à exécuter le Payload, car cela nécessite une grande puissance de calcul. Il était initialement envisagé d'intégrer l'exécution des charges dans l'élection d'un comité décentralisé, rendant le tri des transactions un processus décentralisé. Cependant, les validateurs ont naturellement tendance à externaliser cette partie et à se concentrer sur la proposition de blocs. C'est ainsi qu'est née l'idée de PBS, qui sépare la proposition et la construction de blocs. Les proposeurs ne sont responsables que de la validation des blocs et ne participent pas à la construction. La séparation entre proposeurs et constructeurs favorise un marché ouvert, où les proposeurs de blocs peuvent obtenir des blocs des constructeurs. Les constructeurs sont en concurrence pour construire des blocs, offrant aux proposeurs les frais les plus élevés, ce qui est appelé "enchère de blocs".

Présentation succincte du modèle d'enchères scellées PBS(Proposer Builder Seperate) : Les utilisateurs soumettent des transactions à la Mempool publique via un proxy RPC, plusieurs Builders trouvent les transactions les plus appropriées pour les trier afin de générer un bloc maximisant le profit(Profit = Base + Priority + MEV), puis interagissent avec le Proposer via le Relayer MEV-Boost. Le Relayer sert de pont entre plusieurs Builders et le Proposer, les Builders soumettent leurs offres au Relayer, qui soumet plusieurs en-têtes de blocs et les offres correspondantes au Proposer. Le Proposer adopte généralement l'en-tête de bloc avec la plus haute offre. Le Relayer met en œuvre la norme MEVBboost, régissant la mise aux enchères entre Builders et Proposer. Dans ce processus, toutes les informations sont scellées, le Relayer ne soumet que les en-têtes de blocs au Proposer, garantissant ainsi une résistance à la censure pour le Proposer.

Les différents participants et jeux dans PBS

Les principaux participants sont Builder, Relayer, Proposer, MEVbot(Searcher).

Builder

Le Builder est responsable de la construction du contenu des blocs. Avec l'utilisation de MEV-Boost, il est plus avantageux dans les enchères, car il soutient les frais de gaz et les revenus MEV. Le Builder peut directement examiner les transactions des utilisateurs et des Searchers, ce qui a été critiqué, surtout après que le gouvernement américain a publié l'OFAC, entraînant la participation de nombreux Builders à l'OFAC Compliant. Bien que le ratio d'examen des blocs ait récemment diminué, le Builder a un impact direct sur l'examen des transactions lors du processus de construction des blocs.

Actuellement, en ce qui concerne la part de marché des Builders, beaverbuild.org, qui n'a pas besoin d'examen, est en train d'élargir progressivement sa part de marché, tout étant axé sur le profit.

Searcher

La maximisation des profits nécessite une coopération entre le Searcher et le Builder. Le Searcher collabore souvent avec des Builders spécifiques, formant ainsi un Dark Pool ou un Private Pool. Les transactions du Searcher ne sont visibles que pour des Builders spécifiques, certains Builders obtenant des transactions MEV maximisant les profits, et enchérissant ainsi pour l'espace de bloc. En théorie, les comportements malveillants ou la censure de la part des Builders amèneraient les Searchers à choisir d'autres Builders, réduisant ainsi la part de marché des Builders. Par conséquent, les Builders doivent prendre en compte le coût caché de leurs actions malveillantes. Les revenus MEV peuvent même atteindre le double des revenus en Gas du jour lorsque la volatilité du marché est marquée.

Le Searcher se divise en CEX-DEX( arbitrage hors chaîne) et DEX, tranche, liquidation, deux grandes catégories( purement sur chaîne). Actuellement, Wintermute détient la première part de marché des transactions d'arbitrage CEX-DEX.

Pour les opportunités MEV pures sur la chaîne, il y a une tendance à la formation progressive de studios, jaredfromsubway.eth détient 37,2 % de part de marché, excelling dans les attaques sandwich contre les utilisateurs de la chaîne Ethereum, devenant un moment l'utilisateur avec la plus haute consommation de gas sur la chaîne, représentant environ 1,5 % de la consommation quotidienne. De février 2023 à juin 2024, ce robot a dépensé un total de 76 916 ETH, soit environ 175 millions de dollars. En raison des liens étroits entre les Searchers et les Builders, de nombreux Searchers envoient des flux de commandes aux trois principaux Builders, bien qu'ils puissent diffuser vers tous les Builders, des petits Builders pourraient diviser les flux de commandes, entraînant l'échec des stratégies et des risques de pertes. Lier les Builders peut également maintenir l'influence écologique.

Relayer

Le Relayer est responsable de la collecte des enchères, servant de point de transit pour soumettre l'en-tête de bloc et le prix d'enchère au Proposer, à ce moment-là le Proposer ne connaît pas les détails des transactions du bloc. Après que le Proposer a sélectionné et signé l'en-tête de bloc, le Relayer libère tout le contenu des transactions au Proposer. En tant que tiers sans incitation économique, le Relayer obtient une grande confiance, le Builder s'appuie sur les offres du Proposer, le Proposer s'appuie sur les offres du Relayer et le contenu du bloc. Des problèmes similaires se sont déjà produits dans le passé, le Relayer Ultrasound avait des vulnérabilités entraînant le retrait de plus de 20 millions de dollars de MEV par le Proposer. Bien que les vulnérabilités puissent être corrigées, le Relayer lui-même peut toujours choisir d'agir de manière malveillante pour voler le MEV.

La part de marché de Builder, qui maximise le profit pur, s'est progressivement élargie depuis le Merge. Dans un marché libre, il est impossible pour les Builder de contrôler artificiellement le MEV.

En même temps, les Relayers sont confrontés à un problème d'absence d'incitations économiques. Blocknative a abandonné le développement des Relayers. Actuellement, les Relayers dépendent des spécifications MEVBoost proposées par Flashbots, et le fait qu'Ethereum dépende de tiers pour fournir PBS n'est pas une solution durable. Par conséquent, la communauté Ethereum explore l'intégration de PBS au niveau du protocole.

Proposer

Pour le Proposer, il s'agit de sélectionner aléatoirement un comité parmi tous les validateurs, en choisissant un proposeur de bloc par slot. Le proposeur de bloc a la capacité d'exécution de charge, mais a naturellement tendance à externaliser, ce qui peut facilement entraîner une coopération verticale entre le Builder et le Proposer. Le Relayer de MEV-boost souhaite agir comme un point intermédiaire pour réduire la collusion verticale résultant d'une communication directe. Étant donné que ce sont actuellement des pools de minage qui servent de pools de validateurs, mais que les pools de minage et les pools de validateurs LSD ont un fort effet d'échelle, surtout avec l'émergence des LSD qui libère le potentiel des tokens stakés, améliorant l'efficacité du capital, sous l'influence des blocs DEFI, les pools de validateurs se trouvent dans une tendance de plus en plus centralisée.

Lido détient actuellement 28,7 % de part de marché, Coinbase et Ether.fi se classant deuxième et troisième. Par le passé, lorsque la solution MEV-BOOST PBS n'était pas mise en œuvre de manière proactive, le Proposer devait assumer la tâche de Builder, c'est-à-dire la charge d'exécution. Cependant, la plupart des Proposers ont abandonné la capacité de tri des transactions, car le travail de calcul lourd affecte gravement les performances de validation. Il est donc préférable d'externaliser la charge d'exécution et de laisser des tiers enchérir pour les blocs.

Utilisateur

Enfin, parlons des utilisateurs. Les utilisateurs sont les plus vulnérables dans l'ensemble de la conception de l'architecture, car leurs transactions sont toutes placées dans le Mempool, ce qui permet aux différents MEVbots de réaliser des profits MEV, mais ces profits ne seront pas redistribués aux utilisateurs. Cependant, ce n'est pas que des inconvénients. Par exemple, dans les DEX, lorsque la volatilité du marché sur la chaîne est forte ou que le volume des transactions des utilisateurs dépasse la liquidité des DEX, les MEVbots peuvent atténuer le slippage et les écarts de prix entre les plateformes par le biais de l'arbitrage. Ainsi, le MEV présente des externalités positives et négatives, qui doivent être discutées séparément, ce qui est également l'un de ses aspects complexes.

Pour éviter que les utilisateurs ne soient affectés par la surveillance des MEVbots, de nombreux fournisseurs de nœuds RPC peuvent aider les utilisateurs à placer leurs transactions dans un Mempool non public, par exemple en interagissant directement avec le Builder via le RPC. Une approche novatrice consiste à compenser les profits MEV des utilisateurs grâce à l'OFA(Order Flow Auction), où les opérateurs RPC de l'OFA collaborent avec les Searchers pour enchérir les commandes des utilisateurs auprès des Searchers, qui maximisent le MEV, permettant ainsi à l'ensemble du flux de commandes d'entrer dans le bloc, puis le Searcher retourne les profits aux utilisateurs.

Le pourcentage d'utilisateurs utilisant des flux d'ordres privés reste faible, environ 10 %, principalement en raison des coûts élevés de l'éducation des utilisateurs, de nombreux utilisateurs ne pouvant pas bien comprendre les connaissances sur le MEV et les mesures à prendre, et les opérations étant complexes. L'optimisation de l'expérience utilisateur nécessite que les utilisateurs acceptent davantage de manière passive plutôt qu'active.

Résumé

Dans le cadre de l'architecture PBS actuelle, depuis l'introduction de la norme MEV-BOOST, ce mécanisme d'enchères scellées maximisant les profits a conduit les Builders et les Searchers à se diriger progressivement vers la coopération et la confiance. Que ce soit les Searchers ou les Builders, une fois leurs intérêts liés, cette tendance à la centralisation est très évidente. Sous POS, cela entraînera également une centralisation des Validators, et l'ensemble de la chaîne de valeur MEV devient centralisé, introduisant des problèmes de confiance entre plusieurs parties : les Searchers font confiance aux Builders, les Builders et les Proposers font confiance aux Relayers. Le développement de la centralisation et de la confiance dans le MEV est clairement en contradiction avec la vision finale de décentralisation et de détrustification d'Ethereum. La communauté Ethereum discute actuellement de trois propositions pour atténuer cette centralisation :

1. Concernant la centralisation des Builder et des Searcher : la technologie SUAVE proposée par Flashbot rend les transactions plus transparentes, réduit le seuil de confiance des Searcher envers les Builder, et encourage les Searcher à envoyer le flux de commandes à tous les Builder.

2. Concernant la confiance des Relayers : utiliser Enshrined PBS à la place de l'actuel schéma PBS, éliminant la dépendance aux Relayers pendant le processus d'enchères.

3. Concernant la centralisation des Validateurs : adoption de l'AVS décentralisé, tel que SSV, Lido a déjà collaboré avec eux.

État actuel de l'MEV

Actuellement, le principal MEV sur la chaîne réside dans l'arbitrage, les attaques par sandwich, les liquidations, etc. Parmi ceux-ci, le profit d'arbitrage est le plus élevé, avec un total de 2,6 millions de dollars de profits réalisés par les bots MEV au cours des 30 derniers jours.

En réalité, le profit moyen par transaction est d'environ 0,8 dollar. En s'appuyant sur un grand nombre de transactions, le profit des attaques de sandwich sur la chaîne Ethereum au cours des 30 derniers jours est d'environ 880 000 dollars.

Les effets externes de l'MEV se divisent en positifs et négatifs. Les effets positifs incluent la réduction des différences de prix entre les DEX grâce aux arbitrages, aidant les protocoles DEFI à effectuer des transactions de liquidation de garanties, etc. Les effets négatifs concernent principalement le trading intermédiaire qui fait perdre une partie des bénéfices aux utilisateurs. Avec le mécanisme de frais sur la chaîne actuel, bien qu'Ethereum ait mis en place un mécanisme de lissage des frais de Gas, il y aura toujours une augmentation des opportunités d'arbitrage sur la chaîne, où les bots MEV et les utilisateurs effectuent des transactions, entraînant une flambée des frais de Gas sur la chaîne à court terme, causant des pertes économiques et d'expérience pour les utilisateurs.

Non seulement en raison des problèmes de MEV et de centralisation apportés par la structure PBS et POS, mais aussi en raison de la dérivation lors du passage d'Ethereum à l'architecture Layer2.