闇の森を照らす:MEVの神秘のベールをはぐ

チェーン上の活動の急増とチェーン上インフラの進化と豊富化に伴い、チェーン上のMEVはこれまで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てきました。これは直接的にユーザーのチェーン上の金融活動に利益の損失とユーザー体験の低下をもたらしています。本記事『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および提案者-ビルダー分離(PBS)の技術的進化を基に、このメカニズムに伴う天然の中央集権化と信頼の問題がイーサリアムの価値観とは真逆の現実状況を強調して分析することです。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

チェーン上のMEVの激化は確かに両刃の剣であり、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への損害が含まれます。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重点を置いており、根本的な解決は不可能です。私たちが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の問題を解決するメカニズムを探求する過程では、主に三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。この三つの改善は、MEVの現代的な状況に対して異なる程度の影響を与えるでしょうが、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本質的に解決することはできません。ユーザーの取引は依然として公共のプールにあり、したがってユーザーの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は回避でき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ことが予想されます。私たちは、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包括的な認識を得る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い森を照らすためだけでなく、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、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、ブロックの生成において計算集約型の競争を放棄し、代わりにステーク証明を採用しました。合併後、イーサリアムは実行層とコンセンサス層に分けられました。また、ブロックの生成全体も変化し、各Epochが1つのPOSサイクルを表し、各Epochは32のSlotに分けられ、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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ネットワーク全体は、各エポックごとに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、この委員会は各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適用されます。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指し、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(Execution Payloadを実施し、つまり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します。

PBSアーキテクチャ

実際、バリデーターがブロックプロポーザーとして選ばれるとき、提案者はペイロードを実行する動機がないことが多く、つまり取引を順序付けて実行する必要がありますが、この作業は状態変更を実行するために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、取引の順序付けなどが分散型のものになるということでした。しかし、バリデーターは自然にこの部分を第三者に任せ、自身は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、ブロック提案と構築を分離し、ノード提案者がブロックの検証のみを担当し、ブロック構築には関与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、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。これらの構築者はブロックを構築するために競い合い、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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私たちはPBS(Proposer Builder Seperate)密封第一拍卖モデル全体を簡単に紹介します。ユーザーが代理を通じて取引を提出すると、代理はノードを実行して公開Mempoolに取引を提出します。複数のBuilderは、利益を最大化する取引を見つけてソートし、最大利益のブロック(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はMEV-Boostを通じてProposerと相互作用し、複数のBuilderとProposerの相互作用の橋渡しをします。Builderは入札を提出し、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は一般的に、最も高い入札のブロックを採用します。その中でMEVBboost規範が実現され、これはBuilderとProposerの相互作用入札を規範化する方法を提案する技術規範です。このプロセスでは、すべての情報が閉じられており、Proposerにはブロックヘッダーのみが提出されるため、Proposerは検閲耐性を持っています。

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、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役割を担っており、MEV-Boost技術を使用することで、入札においてより有利な立場にあります。なぜなら、Gas Fees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Searcherの取引を直接審査することができ、これは長い間批判されてきた点であり、特にアメリカ政府がOFACを発表して以来、多くのBuilderがOFAC準拠に参加しました。当初に比べて、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おいて直接的な役割を果たしていることが見受けられます。

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現在のBuilderの市場シェアを見ると、純粋に審査のないBuildは徐々にその市場シェアを拡大しており、すべてが利益を重視しています。

サーチャー

本質的に、利益最大化の作業はSearcherとBuilderの共同作業を必要とする。Searcherは特定のBuilderと協力することが多く、これによりDark PoolまたはPrivate Poolが形成される。ここでは、Searcherの取引は特定のBuilderにのみ表示され、一部のBuilderは利益を最大化するMEV取引を得て、ブロック空間を競り合うことになる。理論的には、Builderが悪事を働いたり、検閲を行ったりすると、Searcherは他のBuilderを選択することができ、これによりBuilderの市場シェアが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、悪事を働くことの隠れたコストを考慮せざるを得なくなる。上の図は、MEVと日々のGasの収益状況を示しており、Searcherが貢献するMEV収益が市場の変動が顕著な場合には、当日のGas収益の2倍にもなることが見て取れる。

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Searcher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つの主要カテゴリ(オンチェーン)に分かれます。

現在、ある取引プラットフォームが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。

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純粋なオンチェーンMEVの機会に関しては、スタジオ化の傾向が徐々に形成されており、その中であるアカウントの市場シェアは驚くべき37.2%を占めています。彼はオンチェーン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日分のガス消費の1.5%を占めました。2023年2月から2024年6月まで、このボットは合計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。SeacherとBuilderの間の結びつきが強いため、実際には多くのSearcherが自分のオーダーフローを上位3名のBuilderに送信します。実際にはすべてのBuilderにブロードキャストできるはずですが、一部の小規模なBuilderがSearcherのオーダーフローを分割する可能性があり、その結果SearcherのMEV戦略が無効化され、損失リスクが生じることになります。また、Builderに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。

オークションを担当し、Proposerにブロックヘッダーとオークションブロックの価格を中継する役割を果たします。この時、Proposerはブロック内の取引の詳細を知りません。Proposerがブロックヘッダーを選択し署名すると、すべての取引内容がProposerに解放されます。私たちは、経済的インセンティブのない第三者として、非常に大きな信頼を得たことに気付きます。BuilderはProposerに価格を依存し、Proposerはその価格とブロック内容に依存しています。歴史的にも同様の問題が発生しており、Proposerが2000万ドル以上のMEVを引き出す潜在的な脆弱性が存在していました。これらの脆弱性は修正可能ですが、それ自体が悪意のある行動を選択し、MEVを盗むことができます。

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上の図は市場シェアの状況を示しており、MAX ProfitのBuilderを単純に運用する市場占有率がMerge以降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MEVを人為的にコントロールすることは不可能です。

同時に経済的インセンティブがないという問題にも直面しています。そのため、ある企業はこの方向の研究開発からも撤退しました。現在はMEVBoost規格に基づいて構築されており、イーサリアムはサードパーティによるPBSに依存していますが、これは長期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アルゴリズムでランダムに委員会のグループを選び、各スロットでブロック提案者を選定します。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、提案者はこの部分を外注したいという自然な欲求があるため、BuilderとProposerの間で垂直的な協力を生じやすくなります。MEV-boostはこの方法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ることを目的としています。現在、すべてがバリデーターの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バリデーターのプールは非常に強いスケール効果を持っています。特にLSDの登場により、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ります。

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あるプラットフォームは現在約28.7%の市場シェアを占めており、ある取引所とあるプラットフォームが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時、ProposerはBuilderのタスクを担当する必要がありました。つまり、(Payload)という負荷を実行する必要がありましたが、大部分のProposerは取引の並び替えを実行する能力を放棄しました。これは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と考えられたからです。

ユーザー

最後にUser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において最も弱い立場にあることが多いです。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利益を得られますが、これらの利益はユーザーに流れないからです。しかし、それが必ずしも悪いことではありません。たとえば、あるDEXにおいて、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の流動性を上回る場合、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の存在には正と負の外部性があり、別々に議論する必要があります。これがMEVの複雑さでもあります。

ユーザーがMEVボットに監視され、それによってユーザーに損害を与えないように、多くのノードプロバイダーがユーザーを助けて、トランザクションを非公開のMempoolに配置することができます。たとえば、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(オーダーフローオークションを通じて行われます。