闇の森を照らす：MEVの神秘的なベールを剥がす

Ethereumのチェーン上での活動が急増し、インフラストラクチャが進化し豊かになるにつれて、MEVはEthereumエコシステムにおける最も危険な部分と見なされており、ユーザーのチェーン上での取引利益と体験に直接影響を与えています。本稿では、Ethereum 2.0のブロック生成メカニズムと提案者-構築者分離(PBS)の技術的進化を出発点とし、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重点的に分析し、Ethereumの非中央集権的価値観との明らかな矛盾を浮き彫りにします。

MEVの悪化は双刃の剣であり、DEXの価格差を減少させ、清算取引を助けるといった正の効果がある一方で、ユーザーに対するサンドイッチ取引の損害といった負の影響もあります。したがって、MEVの解決策は主に負の影響を軽減するものであり、根本的に排除するものではありません。MEVの負の影響を軽減し、現在の第三者信頼型ミドルウェアRelayerの問題を解決する過程において、主に三つの対策があります: 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。これらの改善は異なる程度でMEVの構図に影響を与えますが、一部の提案はユーザーが直面するサンドイッチ攻撃の問題を根本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開プールにあり、したがってユーザー取引の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下で発生する可能性のあるより多くのMEV技術的課題と機会についても探討しました。

本稿は、MEVの悪影響を緩和する潜在的な解決策を探ることを目的としており、現在のMEVソリューションの利点と欠点を包括的に分析しています。ユーザーに暗い森を照らすだけでなく、業界の研究者にMEVのさらなる研究の方向性を示すことを目指しています。

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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、計算集約型の競争を放棄し、ステーク証明に移行しました。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12秒のブロック生成時間の単位に相当します。

ネットワークは各エポック内でランダムに委員会を選出し、その中からブロック提案者をランダムに選びます。提案者は取引をパッケージ化し、実行して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が監視し、投票します。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時間制限が設けられています。ペイロードは実行負荷を指し、取引の状態変更であり、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。

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PBSアーキテクチャ

実際に、バリデーターがブロック提案者として選ばれると、Payloadを実行する動機がほとんどありません。なぜなら、それには大量の計算能力が必要だからです。本来、分散型委員会の選挙を通じて実行負荷を取り入れ、取引の順序付けなどを分散化することが想定されていました。しかし、バリデーターはこの部分を第三者に任せ、自身はブロックの提案に集中する傾向があります。そこで、PBSの構想が生まれ、ブロックの提案と構築が分離され、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。これにより、提案者が構築者からブロックを取得できるオープンマーケットが促進されます。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て「ブロックオークション」を形成します。

PBS(プロポーザービルダー分離)密封第一入札モデルの流れは次のとおりです: ユーザーはRPCプロキシを介して取引を公開Mempoolに提出し、複数のビルダーが適切な取引の順序を見つけて利益を最大化するブロック(利益=Base+Priority+MEV)を生成し、その後MEV-Boostリレイヤーとプロポーザーと対話します。リレイヤーは橋渡しとして機能し、ビルダーはそこに入札を提出し、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入札を提出します。プロポーザーは一般的に最高入札を採用します。リレイヤーはMEV-Bboost規範を実現し、ビルダーとプロポーザーの入札を調整します。このプロセスでは情報が密閉され、リレイヤーはプロポーザーにブロックヘッダーのみを提出し、検閲に対する耐性を保証します。

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PBSにおける各種参加者とゲーム理論

主要なプレーヤーには、Builder、Relayer、Proposer、MEVbot(Searcher)が含まれます。

ビルダー

Builderはブロックの内容を構築する責任があり、MEV-Boost技術を使用することで、オークションでの競争力が向上し、MEV収益をサポートしています。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準拠に参加したため、批判されています。最近、ブロックの審査比率は減少していますが、Builderは取引審査において依然として直接的な影響を持っています。

現在、Builder市場のシェアの中で、審査なしのbeaverbuild.orgは徐々に拡大しており、すべてが利益指向です。

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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す。Searcherは特定のBuilderと協力してDark PoolやPrivate Poolを形成することがよくあります。Searcherの取引は特定のBuilderにのみ見えるようになっています。一部のBuilderは利益を最大化するMEV取引を得て、ブロックスペースを競り合います。理論的には、Builderが悪行を働いたり検閲を行った場合、Searcherは他のBuilderを選択でき、悪行を働くBuilderの市場シェアが低下します。したがって、Builderは悪行の隠れたコストを考慮するでしょう。MEVの収益は市場の変動が顕著な場合、当日のGas収益の2倍に達することさえあります。

SearcherはCEX-DEX(オフチェーン)アービトラージと純粋なオンチェーン(DEX、ラーニング、清算)の2つの大きなカテゴリに分かれています。現在、WintermuteはCEX-DEXアービトラージ取引市場でシェア第一を占めています。

純粋なチェーン上のMEV機会はスタジオ化の傾向を呈しており、jaredfromsubway.ethの市場シェアは37.2%に達し、Ethereumユーザーに対するサンドイッチ攻撃に長けており、過去にはチェーン上のガス消費が最も高いユーザーとなり、日々の消費は総量の約1.5%を占めています。2023年2月から2024年6月までの間に合計76,916 ETHを消費し、約1.75億ドルに相当します。SearcherとBuilderの関係が密接であるため、多くのSearcherはエコシステムの影響力を維持し、小さなBuilderによる注文フローの分割が戦略の失敗リスクを引き起こすのを避けるために、上位3名のBuilderに注文フローを送信します。

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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価格を中継する役割を果たします。この時、Proposerは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は全ての取引内容を公開します。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の見積もりに依存し、ProposerはRelayerの見積もりとブロック内容に依存します。歴史的に見て、Ultrasound RelayerにはProposerがMEVを過剰に抽出する原因となる脆弱性が存在していました。修正可能ではありますが、Relayerが悪意を持ってMEVを盗む可能性は依然としてあります。

現在、純MAX ProfitのBuilder市場占有率はMerge後に徐々に拡大しており、自由市場においてBuilderがMEVを人為的に制御することが難しいことを示しています。Relayerは経済的インセンティブのない問題に直面しており、Blocknativeはこの方向の研究開発から撤退しました。現在、RelayerはFlashbotsが提案したMEVBoost規格に依存して構築されており、イーサリアム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く、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。

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プロポーザー

Proposerは、実行負荷能力を持ちつつ外注を傾向とする検証者の中からランダムに選出され、Builderとの垂直的な協力を引き起こす可能性があります。MEV-boostのRelayerは、中間点として直接的なコミュニケーションから生じる結託を減少させることを望んでいます。現在、マイニングプールは検証者プールとして機能しており、特にLSDの出現は資本効率を高め、検証者プールは集中化の傾向を示しています。

Lidoは現在28.7%の市場シェアを占めており、CoinbaseやEther.fiがそれに続いています。過去にMEV-BOOST PBSを実施していなかった時、Proposerは負荷の実行を担当する必要がありましたが、大多数は取引の順序実行能力を放棄しました。なぜなら、重い計算が検証性能に影響を与えるからです。そのため、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ことになりました。

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ユーザー

ユーザーは全体のアーキテクチャの中で最も弱い立場にあり、取引はMempoolに格納され、さまざまなMEVボットがそこから利益を得るが、これらの利益はユーザーには流れない。しかし、全てが悪いわけではなく、DEXでは、オンチェーンの相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価格差を軽減する。このため、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、これがその複雑さでもある。

ユーザーがMEVbotによる監視で損害を受けるのを避けるために、多くのRPCノードプロバイダーがユーザーの取引を公開されていないMempoolに配置する手助けをしています。例えば、BuilderのRPCを通じて直接やり取りすることがあります。新しい方法の一つは、OFA(Order Flow Auction)（注文フローオークション）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と協力し、ユーザーの注文をSearcherにオークションします。SearcherはMEVを最大化し、全体の注文フローをブロックに取り込み、その後、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約10%に過ぎず、主な理由はユーザー教育コストが高く、操作が複雑だからです。ユーザー体験を最適化するためには、ユーザーは能動的ではなく受動的に受け入れる必要があります。

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まとめ

現在のPBSアーキテクチャの下で、MEV-BOOST規範の導入以降、利益最大化のシール入札オークションメカニズムがBuilderとSearcherの徐々に協力と信頼を促進し、利益が結びついた後の集中化傾向が明らかになっている。POS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、多様な信頼の問題が引き起こされている。MEVの集中化と信頼化の進展は、イーサリアムの非中央集権化と非信頼化のビジョンに明らかに反している。イーサリアムコミュニティは、集中化を軽減するための三つの提案を議論している。

1. BuilderとSearcherをバンドルして一元化する:Flashbotは、トランザクションの透明性を高め、Builderに対するSearcherの信頼しきい値を下げ、SearcherがすべてのBuilderに注文フローを送信するように促すSUAVEテクノロジーを提案します。

2. Relayerへの信頼:現在のPBSソリューションの代わりにEnshrined PBSを使用して、Relayerへの依存を排除します。

3. バリデーターの集中化に関して: 分散型AVS、例えばSSVなどを採用し、Lidoはその協力をしています。

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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、清算などです。アービトラージの利益が最大で、過去30日間のMEVボットの利益は260万ドルに達しました。単一のサンドイッチ攻撃取引の平均利益は約0.8ドルで、多数の取引に依存して、過去30日間にEthereumチェーン上で約88万ドルの利益を上げました。

MEVには正負の外部効果があります。正の効果には、DEX間の価格差を減少させるアービトラージや、DEFIプロトコルによる担保の清算を助けることが含まれます。負の効果は主にユーザーに対するサンドイッチ取引であり、ユーザーが一部の利益を失う原因となります。現在のオンチェーン手数料メカニズムの下では、イーサリアムがガス手数料を平滑化していますが、オンチェーンのアービトラージ機会が増えると、MEVボットとユーザーの共同取引は短期的にガス手数料の急騰を引き起こし、ユーザーに経済的および体験的な損失をもたらすことになります。

PBSやPOSアーキテクチャによるMEVと中央集権の問題に加えて、イーサリアムのLayer2への移行プロセスではLayer2間のクロスチェーンMEV問題も派生しています。

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レイヤー 2 アーキテクチャ設計の潜在的な MEV の複雑さ

将来的に大規模なチェーン上のアービトラージ活動は、より複雑で技術的に要求されるマルチチェーンクロスチェーンMEVに移行するでしょう。現在、クロスチェーンMEVの研究は少なく、いくつかの対策が既に存在していますが、主にLayer2のソーターの改善に焦点を当てています。クロスチェーンブリッジは異なるLayer2間のクロスチェーンに必要な製品であり、SearcherはLayer2間の流動性の断片化を緩和するのに役立ちますが、現在のところその影響は顕著ではありません。これは主にクロスチェーンブリッジの体験と安全性が改善の余地があるためであり、異なるブリッジのファイナリティが異なるため、戦略のカスタマイズにはこの点を考慮する必要があり、Layer2を跨ぐクロスチェーンのハードルが高くなっています。

EIP-4337