闇の森を照らす:MEVの神秘的なベールを剥がす

イーサリアムのチェーン上の活動とインフラの進化により、MEVはイーサリアムの「暗い森」の中で最も危険な部分と見なされ、ユーザーに利益損失と体験の低下をもたらしています。本稿では、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)技術を出発点として、このメカニズムがもたらす中央集権化と信頼化の問題を分析し、イーサリアムの非中央集権的価値観との矛盾について考察します。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

MEVは確かに両刃の剣であり、正負の外部性があります。正面にはDEXの価格差の削減や清算取引の支援が含まれ、負面にはユーザーのサンドイッチ取引への損害があります。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、根絶することではありません。MEVの負の外部性を軽減し、現在の第三者信頼型ミドルウェアリレイヤーの問題を解決する過程では、主に3つのタイプの対策に分けられます：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。これらの改善はMEVの構造にさまざまな程度の影響を与えますが、一部の提案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公開プールにあるため、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。

さらに、MEVは避けられないメカニズム設計の副産物として、今後ますます複雑になるでしょう。私たちはまた、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の下で、発生する可能性のあるさらなるMEV技術的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のソリューションの利点と欠点について包括的な認識を持つことを望んでいます。これは、未来においてユーザーが置かれている「暗黒の森」を照らすだけでなく、業界の研究者がMEVに関するさらなる研究の方向性を照らすためにも役立ちます。

イーサリアム2.0

The Merge以降、イーサリアムはPOSメカニズムを採用してネットワークの安全性を確保し、ブロック生成は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。ブロック生成も変化し、各エポックは1つのPOSサイクルで、32のスロットに分かれ、各スロットは12秒のブロック生成時間単位となっています。

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ネットワークは各エポック内でランダムにバリデーター委員会を選出し、委員会内からランダムにブロック提案者を選出してトランザクションをパッケージ化して並べ替え、ブロックを生成します。他の委員会のバリデーターは監視し、投票を行います。委員会は各エポック後に再選出され、効率を保証するために操作時間制限が適用されます。ここで用語を規定しますと、ペイロードは実行負荷、すなわちトランザクションの状態変更であり、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に選ばれると、ペイロードを実行する動機があまりないことが多いです。なぜなら、それには大量の計算能力が必要だからです。元々は、分散型委員会の選挙を通じて実行負荷を組み入れ、取引の順序付けを分散型の事務にしようと考えられていました。しかし、バリデーターは自然にこの部分を外注したいと考え、自らはブロック提案に専念したいのです。そこで、PBSの概念が生まれ、ブロック提案と構築を分離しました。提案者はブロックの検証のみを担当し、構築には関与しません。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、ブロック提案者は構築者からブロックを取得できます。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。

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PBS(プロポーザービルダ分離)密封第一オークションモデルの簡単な紹介:ユーザーはRPCプロキシを通じて取引を公開Mempoolに提出し、複数のビルダーが取引を最適に並べ替えて利益最大化ブロックを生成します(利益=Base+Priority+MEV)、その後、MEV-Boostリレイヤーとプロポーザーが相互作用します。リレイヤーは複数のビルダーとプロポーザーの相互作用の橋渡しを行い、ビルダーはリレイヤーに入札を提出し、リレイヤーはプロポーザー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。プロポーザーは通常、入札が最も高いブロックを採用します。リレイヤーはMEVBboost規範を実現し、ビルダーとプロポーザーの相互作用を入札します。このプロセスでは、すべての情報が密閉されており、リレイヤーはブロックヘッダーのみをプロポーザーに提出するため、プロポーザーは検閲耐性を持ちます。

PBSにおける各種参加者とゲーム理論

主なプレーヤーは、Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)です。

ビルダー

ビルダーはブロックの内容を構築する責任があり、MEV-Boostを使用することで入札において有利になります。これはガス料金とMEV収益をサポートしているからです。ビルダーはユーザーとサーチャーの取引を直接審査することができ、これは特にアメリカ政府がOFACを発表して以来批判されています。その結果、多くのビルダーがOFACコンプライアントに参加しています。最近、ブロックの審査の割合は減少していますが、ビルダーはブロック構築プロセスにおいて取引の審査に直接的な影響を持っています。

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現在のBuilder市場シェアを見ると、審査不要のbeaverbuild.org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。

サーチャー

利益の最大化にはSearcherとBuilderの共同努力が必要であり、Searcherは特定のBuilderと協力してDark PoolやPrivate Poolを形成することが多い。Searcherの取引は特定のBuilderにのみ表示され、特定のBuilderは最大化された利益を得るMEV取引を行い、結果としてブロックスペースを競り合う。理論的には、Builderが悪行を行ったり検閲を行うと、Searcherは他のBuilderを選択する可能性があり、Builderの市場シェアが低下する。このため、Builderは悪行の隠れたコストを考慮することになる。MEVの収益は市場の変動が顕著なときには、その日のGas収益の2倍に達することもある。

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サーチャーはCEX-DEX(オフチェーン)アービトラージとDEX、メザニン、清算の二大カテゴリ(純オンチェーン)に分かれています。現在、ウィンタームートはCEX-DEXアービトラージ取引市場のシェア第一位を占めています。

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いる。jaredfromsubway.ethの市場シェアは37.2%で、Ethereumチェーン上のユーザーに対するサンドイッチ攻撃を得意としており、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っており、約1.5%を占めている。2023年2月から2024年6月まで、このボットは合計76,916ETHを費やし、約1.75億ドルに相当する。SearcherとBuilderの関係が密接であるため、多くのSearcherは注文フローを上位3名のBuilderに送信することができ、すべてのBuilderにブロードキャストすることも可能だが、小規模なBuilderは注文フローを分割する可能性があり、戦略が無効になり、損失リスクを引き起こす可能性がある。Builderをバインドすることもエコシステムの影響力を維持することができる。

リレイヤー

Relayerは集合入札を担当し、中継所としてProposerにブロックヘッダーと入札価格を提出します。この時、Proposerはブロック取引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はすべての取引内容をProposerに解放します。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おり、BuilderはProposerの入札に依存し、ProposerはRelayerの入札とブロック内容に依存します。歴史的に似たような問題が発生したことがあり、Ultrasound Relayerには脆弱性が存在し、Proposerが2000万ドル以上のMEVを引き出す原因となりました。脆弱性は修正可能ですが、Relayer自体は悪意を持ってMEVを盗むことを選ぶことができます。

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純粋なMAX Profitを実行しているBuildersの市場シェアは、Merge以降徐々に増加しており、自由市場ではBuildersを通じてMEVを人為的に制御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のない問題に直面しています。BlocknativeはRelayerの開発を中止しました。Relayerは現在、Flashbotsが提案したMEVBoostの仕様に依存して構築されており、Ethereumは第三者が提供するPBSに依存するのは長期的な解決策ではないため、EthereumコミュニティはPBSをプロトコルレベルに統合することを探求しています。

プロポーザー

Proposerにとって、すべてのバリデーターの中からランダムに委員会を選び、各スロットで1つのブロック提案者を選ぶ。ブロック提案者は実行負荷能力を持っているが、自然に外部委託を望むため、BuilderとProposerの垂直的な協力が容易に生じる。MEV-boostのRelayerは、中間点として直接のコミュニケーションによる垂直的な癒着を減少させることを望んでいる。現状ではすべてのマイニングプールがバリデーターのプールとして機能しているが、マイニングプールとLSDバリデーターのプールは強い規模の経済を持っており、特にLSDの出現によってステーキングトークンの潜在能力が解放され、資本効率が強化されている。背後にあるDEFIのブロックの影響により、バリデーターのプールはより集中化する傾向にある。

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Lidoは現在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ていなかった際、ProposerはBuilderタスク、つまり実行負荷を担当する必要がありましたが、ほとんどのProposerは取引の順序を実行する能力を放棄しました。なぜなら、重い計算作業が検証性能を著しく低下させるため、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からです。

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に放置され、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。ただし、悪いことばかりではありません。たとえば、DEXでは、オンチェーンの市場が大きく変動したり、ユーザーの取引量がDEXの流動性を超えたりすると、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には正の外部性と負の外部性が存在し、別々に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MEVbotに監視されて損害を被るのを避けるために、多くのRPCノードプロバイダーは、ユーザーが取引を非公開のMempoolに置くのを支援できます。例えば、BuilderのRPCを通じて直接Builderとやり取りすることができます。新しい方法は、OFA(Order Flow Auction)（注文流拍売）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と協力してユーザーの注文をSearcherにオークションし、SearcherはMEVを最大化し、全ての注文流をブロックに入れ、その後Searcherは利益をユーザーに返します。

現在、プライベートオーダーフローを使用しているユーザーの割合はまだ高くなく、約10%です。その主な理由は、ユーザー教育コストが高く、多くのユーザーがMEVに関する知識と対策を正しく普及できず、操作が複雑だからです。ユーザーエクスペリエンスを最適化するためには、ユーザーがより受動的に、能動的ではなく受け入れる必要があります。

まとめ

現在のPBS構造の下で、MEV-BOOST規範が導入された後、この利益最大化の封印入札オークションメカニズムは、BuilderとSearcherを徐々に協力と信頼の方向に導いています。SearcherもBuilderも利益が結びついた後、この集中化の傾向は非常に明確です。POSの下ではValidatorの集中化を引き起こし、MEV産業チェーンの各段階が集中化し、多くの信頼の問題を引き起こします。SearcherはBuilderを信頼し、BuilderとProposerはRelayerを信頼します。MEVの集中化と信頼化の発展は、Ethereumの最終的な非集中化と非信頼化のビジョンに明らかに反しています。Ethereumコミュニティは、現在この集中化の方法を軽減するための3つの提案について議論しています:

1. BuilderとSearcherのバンドル集中化に関して: Flashbotが提案したSUAVE技術により、取引がより透明になり、SearcherのBuilderに対する信頼のハードルが下がり、Searcherが全てのBuilderに注文フローを送信することを奨励します。

2. Relayerの信頼化に関して: 現在のPBSプランの代わりにEnshrined PBSを使用し、入札プロセスにおけるRelayerへの依存を排除する。

3. Validatorの集中化に対処するために、分散型AVS、例えばSSVなどを採用し、現在Lidoはその協力をしています。

MEVの現状

現在、チェーン上の主要なMEVはアービトラージ、サンドイッチ攻撃、清算などにあります。その中でアービトラージの利益が最も大きく、過去30日間でMEVボットは合計260万ドルの利益を得たと統計されています。

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実際、一回の取引の平均利益は約0.8ドルであり、大量の取引に依存しています。最近30日間でEthereumチェーン上のサンドイッチ攻撃の利益は約88万ドルです。

MEVは正負の外部効果を分けることができ、正の側面にはアービトラージやブリッジによるDEX間の価格差の縮小、DEFIプロトコルの担保清算取引の助けなどが含まれます。負の側面は主にユーザーのスリッページ取引であり、ユーザーが一部の利益を失うことになります。現在のチェーン上の手数料メカニズムにおいて、イーサリアムはガス料金のスムージングメカニズムを導入していますが、それでもチェーン上のアービトラージ機会が増加する際には、MEVボットとユーザーが共にチェーン上で取引を行い、一時的にチェーン上のガス料金が急騰し、ユーザーに経済的および体験的な損失をもたらすことがあります。

PBSやPOSアーキテクチャに伴うMEVや中央集権の問題だけでなく、イーサリアムがLayer2アーキテクチャに移行する過程でも派生しています。