闇の森を照らす: MEVの神秘的なベールを剥がす

チェーン上の活動の急増とチェーン上のインフラの進化と充実に伴い、チェーン上のMEVはこれまで常にイーサリアムのダークフォレスト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損失とユーザー体験の低下を引き起こしています。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)の技術進化を基に、このメカニズムがもたらす自然な中央集権化と信頼化の問題を分析し、イーサリアムの価値観とは全く対照的な現実を探ることです。

! 暗い森を照らす:MEVの謎を解く

チェーン上のMEVの激化は確かに二面性を持つ剣であり、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焦点を当てており、根本的に排除することはできません。MEVの負の外部性を軽減し、現在の第三者信頼のミドルウェアであるリレイヤーの問題を解決するメカニズムの探求過程では、主に3種類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。この3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ますが、一部の解決策はユーザーが直面す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は避けられないメカニズム設計の副産物として、将来的にはさらに複雑になるでしょう。私たちは本文中で、Layer2アーキテクチャ、EIP-4337アカウント抽象などの新しい取引タイプの実施に伴い、発生する可能性のあるさらなるMEVの技術的課題と機会を探求しました。

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に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、代わりにプルーフ・オブ・ステークを採用しました。合併後、イーサリアムは実行層とコンセンサス層に分かれました。また、ブロックの生成も変化し、各Epochは1つのPOSサイクルとなり、各Epochは32のSlotに分けられ、各Slotはブロック生成の時間単位に相当し、12秒となります。

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ネットワーク全体は、各エポック内でランダムにバリデーターの中から委員会を選出し、ブロックを提案する者はその委員会のメンバーの中からランダムに選ばれます。ブロック提案者は取引をパッケージ化し、順序をつけて最終的にブロックを生成する必要があります。他の委員会のバリデーターはこのプロセスを監視し、その後そのブロックに投票します。さらに、この委員会は各エポックの後に再選されます。また、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課せられます。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、取引の状態変更を指し、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、取引結果の状態変更)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提案者として選ばれると、提案者はペイロードを実行する動機を持たないことが多いです。つまり、取引をソートして実行する必要があるからです。これは、大量の計算能力を必要とし、状態変更を実行するためです。もし、分散型の委員会選挙を通じて実行負荷を含めることができれば、取引のソートなどが分散型のものになるのではないかと考えていました。しかし、バリデーターはこの部分を第三者に任せたがる傾向があり、自身のプロポーザーはブロック提案に専念します。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、提案者がブロックを検証することにのみ責任を持ち、ブロック構築には関与しないことを意味します。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ます。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争し、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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私たちは、全体のPBS(Proposer Builder Seperate)密封第一拍売モデルについて簡単に紹介します。ユーザーがトランザクションを提出すると、複数のBuilderが最適なトランザクションを見つけて並べ替え、利益を最大化するブロックを生成します(利益最大化は、取引手数料Base+Priority+MEV)を指します。その後、複数のBuilderがMEV-Boost Relayerを通じてProposerと相互作用します。Relayerは複数のBuilderとProposerの相互作用の橋渡しを行い、BuilderはRelayerに入札を提出し、RelayerはProposer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。Proposerは通常、最も高い入札のブロックを採用します。この過程で、RelayerはMEVBboost規範を実現し、これはFlashbotがBuilderとProposerの相互作用の入札を標準化するために提案した技術規範です。このプロセスでは、すべての情報が密閉されており、RelayerはProposerにのみブロックヘッダーを提出するため、Proposerは検閲に対して耐性を持ちます。

PBSにおける各種参加者とゲーム

その主なプレーヤーは、Builder、Relayer、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、競争入札においてより有利な立場にあります。これは、Gas Feesをサポートするだけでなく、MEV収益もサポートするためです。BuilderはユーザーとSearcherの取引を直接審査することができ、これは常に批判されてきた点でもあります。特にアメリカ政府がOFACを発表した後、大量のBuilderがOFAC Compliantに参加しました。初めの頃と比べると、最近ではブロックの審査比率は減少していますが、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果たす役割は依然として明らかです。

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現在のBuilderの市場シェアを見ると、審査なしのBuildは徐々に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が共同で努力する必要があります。Searcherは特定のBuilderと協力することが多く、その結果、Dark PoolまたはPrivate Poolが形成されます。この中では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、ブロックスペースを競り合います。理論的には、Builderが悪事を働いたり検閲を行った場合、Searcherは他のBuilderを選択することができます。これによりBuilderの市場シェアが徐々に減少し、Searcherに制約されることになります。そのため、Builderは悪事を働く隠れたコストを考慮することが多いです。

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、清算の二大カテゴリ(純オンチェーン)に分かれます。

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現在、WintermuteはCEX-DEXアービトラージ取引で最大の市場シェアを占めています。

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ます。その中で、jaredfromsubway.ethの市場シェアは驚異の37.2%を占めており、主にEthereumチェーン上のユーザーに対してサンドイッチアタックを行うことに特化しています。彼は一時、チェーン上でのガス消費が最も多いユーザーとなり、約1日全体の1.5%を占めるガスを消費していました。2023年2月から2024年6月まで、このボットは合計で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。SearcherとBuilderの関係が密接であるため、実際には多くのSearcherが自分の注文フローを上位3名のBuilderに送信することが多いです。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、一部の小さなBuilderがSearcherの注文フローを分割する可能性があり、これがSearcherのMEV戦略を無効にし、損失のリスクを引き起こすことになります。また、Builderとのバインディングは、そのエコシステム内での影響力を維持するためにも役立ちます。

リレイヤー

リレイヤーは集合入札を担当し、プロポーザーにブロックヘッダーと入札ブロックの価格を中継します。この時、プロポーザーはブロック内の取引の詳細を知らされていません。プロポーザーがブロックヘッダーを選択し署名すると、リレイヤーはすべての取引内容をプロポーザーに開示します。リレイヤー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いることがわかります。ビルダーはプロポーザーに依存して入札を行い、プロポーザーはリレイヤーの入札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、プロポーザーが2000万ドル以上のMEVを引き出す原因となる潜在的な脆弱性が存在しました。これらの脆弱性は修正可能ですが、リレイヤー自体が悪意を持って行動しMEVを盗むことを選択することもできます。

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上の図はRelayerのマーケットシェアの状況を示していますが、私たちは純粋なMAX ProfitのBuilderの市場占有率がMerge以降徐々に拡大していることに気づくでしょう。したがって、自由市場ではBuilderが人為的にMEVをコントロール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がないという問題にも直面しています。したがって、一部の企業はRelayerの研究開発から撤退しました。Relayerは現在、Flashbotsが提案したMEVBoost規格に依存して構築されており、Ethereumは第三者にPBSを提供させることに依存しているため、長期的な解決策ではありません。したがって、現在Ethereum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索しています。

###提案者

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を選出し、各slotでブロック提案者を選ぶことになる。ブロック提案者自身は実行負荷の能力を持っているが、提案者は自然にこの部分を外注したいと思うため、BuilderとProposerの間に垂直的な協力が生じやすい。そのため、MEV-boostのRelayerはこの方式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から生じる垂直的な協力の癒着を減少させることを望んでいる。現在、すべてがバリデーターのプールとしてマイニングプールに存在しているが、このマイニングプールとLSDバリデーターのプールはともに非常に強いスケール効果を持っている。特にLSDの出現は、元々ステーキングされていたトークンの潜在能力を引き出し、資本効率を高め、さらにその背後にあるDEFIの影響によって、バリデーターのプールはより集中化の傾向にある。

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あるLSDプロジェクトは現在約28.7%の市場シェアを占めており、ある取引プラットフォームとあるプロジェクトが2位と3位にランクインしています。過去にMEV-BOOST PBSソリューションを自発的に実施していなかった時、ProposerはBuilderのタスクを負う必要があり、つまり(Payload)の実行負荷を処理する必要がありましたが、ほとんどのProposerは取引の順序実行能力を放棄しました。なぜなら、これは重い計算作業が検証性能を著しく低下させるからで、実行負荷をアウトソースし、第三者にブロックをオークションさせた方が良いからです。

ユーザー

最後にUserについて話しましょう。ユーザーはしばしば全体のアーキテクチャ設計において最も弱い立場にあり、ユーザーの取引はMempoolに入れられ、さまざまなMEVbot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ることはありません。しかし、これは必ずしも悪いことではなく、例えばDEXでは、チェーン上の相場が大きく変動するか、ユーザーの取引量がDEXの流動性を超えると、MEVbot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の存在には正の外部性と負の外部性があり、分けて議論する必要があります。これがその複雑さでもあります。

ユーザーがMEVbotに監視されて被害を受けないように、多くのサービスプロバイダーがユーザーの取引を非公開のMempoolに置く手助けをしています。たとえば、Builderのサービスを通じてBuilderと直接やり取りすることができます。比較的新しい方法として、OFA(Order Flow Auction)（注文流入オークション）を通じてユーザーにMEV利益を補填することがあります。OFAオペレーターはSearcherと協力関係を築き、ユーザーの注文をSearcherにオークションすることで、SearcherはMEVを最大化し、全体の