Iluminando a Floresta Escura: Revelando o Véu Misterioso do MEV

Com o aumento das atividades na cadeia e a evolução e enriquecimento da infraestrutura na cadeia, o MEV na cadeia sempre foi considerado a parte mais perigosa da floresta escura do Ethereum, o que resulta diretamente em perdas de lucro e degradação da experiência do usuário nas atividades financeiras na cadeia. O objetivo deste artigo "Iluminando a Floresta Escura" é analisar, com base no mecanismo de geração de blocos do Ethereum 2.0 e na evolução técnica da separação proponente-construtor (PBS), os problemas de centralização e confiança inerentes a esse mecanismo, que contrastam fortemente com os valores do Ethereum.

A intensificação do MEV on-chain é, de fato, uma espada de dois gumes, com suas externalidades positivas e negativas. As positivas incluem a redução das discrepâncias de preços em DEX e a ajuda na liquidação de transações; as negativas incluem danos de transações de sandwich aos usuários. Assim, as soluções para o MEV visam mais atenuar as externalidades negativas do que erradicá-las. No processo de exploração de mecanismos para mitigar as externalidades negativas do MEV e resolver os problemas atuais relacionados a intermediários de confiança de terceiros, as medidas principais são divididas em três categorias: melhorias no mecanismo de leilão, melhorias na camada de consenso e melhorias na camada de aplicação. Essas três melhorias afetarão, em diferentes graus, o cenário moderno do MEV, mas algumas soluções não conseguem resolver de fato o problema dos ataques de sandwich enfrentados pelos usuários, pois as transações dos usuários ainda permanecem em um pool público. Portanto, é necessário introduzir mais tecnologias de pool de privacidade para proteger a privacidade opcional das transações dos usuários, e essas soluções de MEV merecem ser combinadas e testadas.

Além disso, o MEV, como um subproduto de um design de mecanismo inevitável, tornará-se ainda mais complexo no futuro. Também exploramos no texto os desafios e oportunidades técnicas adicionais que podem surgir com a implementação de novos tipos de transações, como na arquitetura Layer2 e na 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 visão abrangente dos prós e contras das soluções atuais 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 buscam estudar mais sobre o MEV.

Ethereum 2.0

Desde a fusão, o Ethereum adotou o mecanismo POS para garantir a segurança da rede, ao mesmo tempo em que abandonou a competição intensiva em cálculos na produção de blocos, passando a usar a 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 corresponde a um ciclo POS, e cada Epoch é subdividido em 32 Slots, cada Slot equivale a uma unidade de tempo para a criação de blocos, que é de 12 segundos.

Toda a rede irá, a cada Epoch, escolher aleatoriamente um comitê de entre os validadores, o proponente do bloco é escolhido aleatoriamente dentre o conjunto do comitê, e esse proponente do bloco precisa empacotar as transações e ordená-las para executar e, por fim, produzir um bloco. Outros validadores do comitê supervisionarão esse processo e, em seguida, votarão sobre o bloco. Além disso, este comitê será reescolhido após cada Epoch. Também é aplicada uma certa limitação de tempo de operação para garantir a eficiência na geração de blocos e na votação. Aqui, normatizamos a terminologia para os leitores, Payload é a carga útil de execução, que significa a alteração de estado das transações, podendo ser visto como parte da execução do bloco. O proponente do bloco irá implementar a carga útil de execução ( Execution Payload, que é a alteração de estado dos resultados das transações ) e a proposta do bloco.

Estrutura PBS

Na verdade, quando os validadores são escolhidos para serem proponentes de blocos, muitas vezes os proponentes não têm motivação para executar o Payload, ou seja, ordenar e executar as transações, pois isso requer uma enorme capacidade computacional para executar alterações de estado. A ideia original era que, se elegêssemos um comitê descentralizado e incluíssemos a carga de execução, a ordenação de transações etc. se tornaria uma questão descentralizada. No entanto, os validadores parecem ter uma tendência natural de delegar essa parte a terceiros e se concentrar na proposta de blocos. Assim, surgiu a concepção do PBS, que separa a proposta de blocos da construção, onde os proponentes de blocos são responsáveis apenas pela validação de blocos, sem participar da construção de 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 as maiores taxas aos proponentes, o que chamamos de "leilão de blocos".

Vamos fazer uma breve introdução ao modelo de leilão selado PBS(Proposer Builder Seperate). Quando os usuários submetem transações através de um agente, o agente equivale a executar um nó, submetendo a transação ao Mempool público, onde vários Builders encontram as transações mais adequadas para ordenar e gerar um bloco com o máximo de lucro(, onde o máximo de lucro se refere à taxa de transação Base+Priority+MEV). Em seguida, vários Builders interagem com o Proposer através do MEV-Boost, que é a ponte de interação entre vários Builders e Proposer. Os Builders apresentam ofertas, submetem vários cabeçalhos de bloco correspondentes às suas ofertas ao Proposer, que geralmente aceita o cabeçalho de bloco com a oferta mais alta. Nesse processo, será implementado o padrão MEVBboost, que é uma norma técnica proposta para regulamentar a interação de licitação entre Builders e Proposer. Durante esse processo, todas as informações são mantidas em sigilo, apenas os cabeçalhos de bloco são enviados ao Proposer, garantindo assim a resistência à censura do Proposer.

Tipos de participantes e jogos no PBS

Os principais participantes são Builder, Proposer, MEVbot( e Searcher).

Builder

O Builder é responsável pela construção do conteúdo do bloco. Após o uso da tecnologia MEV-Boost, ele se encontra em uma posição mais favorável nas licitações, pois não apenas apoia as taxas de Gas, mas também os rendimentos de MEV. O Builder pode revisar diretamente as transações dos usuários e dos Searchers, o que sempre foi um ponto criticado, especialmente após o governo dos EUA divulgar o OFAC, quando muitos Builders participaram da conformidade com o OFAC. Comparado ao início, embora a proporção de revisão de blocos tenha diminuído recentemente, podemos ver que, no processo de construção do bloco, o Builder tem um papel direto na revisão das transações.

Atualmente, com a quota de mercado dos Builders, o Build puramente sem revisão está a expandir gradualmente a sua quota de mercado, tudo orientado para o lucro.

Searcher

Essencialmente, o trabalho de maximização de lucros requer a colaboração entre Searchers e Builders. Os Searchers costumam trabalhar com Builders específicos, formando assim um Dark Pool ou Private Pool, onde as transações dos Searchers só são visíveis para os Builders específicos. Alguns Builders conseguem obter transações MEV que maximizam os lucros e, consequentemente, competem por espaço em blocos. Teoricamente, se um Builder agir de forma maliciosa ou censurar, os Searchers podem escolher outros Builders, o que resultaria na diminuição gradual da participação de mercado do Builder. Portanto, devido à dependência dos Searchers, os Builders frequentemente consideram o custo oculto de agir de forma maliciosa. A imagem acima mostra os ganhos de MEV e Gas diários, onde se pode ver que os ganhos de MEV contribuídos pelos Searchers, em situações de alta volatilidade do mercado, podem ser até o dobro dos ganhos de Gas diários.

Para o Searcher, divide-se em CEX-DEX( arbitragem off-chain) e DEX, camada intermediária e liquidação, duas grandes categorias( puramente on-chain).

Atualmente, uma plataforma de negociação ocupa a primeira posição em termos de participação no mercado de arbitragem entre CEX e DEX.

Para oportunidades de MEV puramente on-chain, há uma tendência crescente de formação de estúdios, onde uma conta ocupa impressionantes 37,2% da participação de mercado, sendo especializada em ataques de sanduíche a usuários on-chain, tornando-se um dos maiores consumidores de gas on-chain, consumindo cerca de 1,5% do gas de 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 desses negócios na época, equivale a cerca de 175 milhões de dólares. Devido à estreita ligação entre Searchers e Builders, na prática, muitos Searchers 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 Searchers, resultando na falha das estratégias de MEV dos Searchers e, consequentemente, aumentando o risco de perdas. Além disso, vincular-se a Builders também pode ajudar a manter a influência dentro do ecossistema.

Responsável pela leilão de agregação, e então atuando como um ponto de transição para o Proposer submeter o cabeçalho do bloco e o preço do bloco de leilão, neste momento o Proposer não conhece os detalhes das transações no bloco. Uma vez que o Proposer escolhe e assina o cabeçalho do bloco, todo o conteúdo das transações é liberado para o Proposer. Vamos perceber que, como um terceiro sem incentivo econômico, obteve uma grande confiança, o Builder depende do Proposer para fazer a cotação, enquanto o Proposer depende da cotação e do conteúdo do bloco. Historicamente, também ocorreram problemas semelhantes, existindo uma vulnerabilidade potencial que levou o Proposer a extrair mais de 20 milhões de dólares em MEV. Embora essas vulnerabilidades possam ser corrigidas, ainda existe a opção de agir de forma maliciosa e roubar MEV.

A imagem acima mostra a situação da quota de mercado, e podemos observar que a quota de mercado do Builder que opera apenas com MAX Profit tem vindo a aumentar gradualmente desde o Merge. Portanto, no mercado livre, é impossível controlar o MEV artificialmente através do Builder.

Ao mesmo tempo, também enfrenta um problema, que é a falta de incentivos econômicos. Por isso, uma certa empresa também se retirou da pesquisa nessa direção. Atualmente, tudo depende da norma MEVBoost proposta para a construção, o Ethereum depende de terceiros para fornecer PBS, o que definitivamente não é uma solução a longo prazo. Portanto, atualmente a comunidade Ethereum também está explorando a possibilidade de incorporar o PBS a nível de protocolo.

Proposer

Para o Proposer, a seleção aleatória de um grupo de comitês entre todos os validadores por meio de algoritmos, e a escolha de um proponente de bloco em cada slot, o proponente de bloco em si possui a capacidade de executar cargas de trabalho, mas devido ao desejo inerente do proponente de terceirizar essa parte, isso pode facilmente causar uma colaboração vertical entre o Builder e o Proposer. O MEV-boost espera atuar como um ponto intermediário nesse tipo de arranjo, a fim de reduzir a conluio decorrente da comunicação direta entre os dois. Atualmente, todos estão em pools de mineração como pools de validadores, mas esses pools de mineração e pools de validadores LSD possuem um forte efeito de escala, especialmente com a chegada do LSD, que libera o potencial dos tokens originalmente apostados, aumentando a eficiência do capital, e com a influência dos blocos DEFI por trás disso, os pools de validadores estão se tornando cada vez mais centralizados.

Uma plataforma atualmente detém cerca de 28,7% da quota de mercado, enquanto uma troca e uma plataforma ocupam o segundo e o terceiro lugar. No passado, quando não implementavam proativamente a solução MEV-BOOST PBS, o Proposer precisava assumir a tarefa do Builder, que era executar a carga (Payload). No entanto, a maioria dos Proposers abandonou sua capacidade de ordenar a execução das transações, pois isso sobrecarregava significativamente o desempenho da validação, sendo mais vantajoso terceirizar a carga de execução e permitir que terceiros leiloassem os blocos.

Usuário

Por fim, vamos falar sobre o Usuário. Os usuários costumam estar na posição mais fraca em toda a arquitetura de design, pois suas transações são colocadas no Mempool e podem ser aproveitadas por vários MEVbots para obter lucros de MEV. No entanto, esses lucros não fluem para os usuários. Mas isso nem sempre é uma desvantagem. Por exemplo, em um certo DEX, quando a volatilidade do mercado em cadeia é alta ou quando o volume de transações do usuário é maior do que a liquidez do DEX, os MEVbots podem usar arbitragem para reduzir o slippage e as discrepâncias de preços entre as plataformas. Portanto, a existência de MEV tem externalidades positivas e negativas, que precisam ser discutidas separadamente, e essa é também a sua complexidade.

Para evitar que os usuários sejam monitorizados por MEVbots, o que pode causar danos aos usuários, há muitos fornecedores de nós que podem ajudar os usuários a colocar as transações em Mempool não pública, por exemplo, interagindo diretamente com o Builder. Uma maneira relativamente nova é através do OFA(Order Flow Auction.