Iluminando a Floresta Escura: Revelando o Véu do MEV

Com o aumento das atividades na cadeia Ethereum e a evolução e riqueza da infraestrutura, o MEV tem sido visto como uma das partes mais perigosas, causando diretamente perdas de lucros e degradação da experiência nas atividades financeiras em cadeia dos usuários. Este artigo visa 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 que esse mecanismo traz e a contradição com os valores do Ethereum.

O MEV on-chain é uma espada de dois gumes, com 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 o dano das transações de sandwich aos usuários. Portanto, as soluções para o MEV visam mais atenuar as externalidades negativas do que erradicá-las. No processo de exploração para mitigar as externalidades negativas do MEV e resolver o problema atual do middleware Relayer baseado na 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 medidas afetarão o cenário do MEV em diferentes graus, mas algumas soluções podem não resolver substancialmente o problema do ataque de sandwich enfrentado pelos usuários, já que as transações dos usuários ainda estão em pools públicos, sendo necessário introduzir mais tecnologias de pool de privacidade para proteger a privacidade opcional das transações dos usuários. Essas soluções de MEV valem a pena serem testadas em conjunto.

Além disso, o MEV, como um subproduto de design de mecanismo inevitável, tornará-se ainda mais complexo no futuro. Também exploramos os novos desafios e oportunidades técnicos do MEV que podem surgir com a implementação de novos tipos de transações sob a arquitetura Layer2 e a abstração de contas EIP-4337.

Por fim, esperamos explorar, através deste artigo, soluções potenciais para mitigar o problema das externalidades negativas do MEV e proporcionar uma compreensão abrangente das vantagens e desvantagens das atuais soluções de MEV, iluminando não apenas a floresta sombria em que os usuários se encontram no futuro, mas também guiando os pesquisadores da indústria na direção de uma investigação mais aprofundada sobre o MEV.

Ethereum 2.0

Desde The Merge, o Ethereum adotou um mecanismo POS para garantir a segurança da rede, enquanto abandonou a competição intensiva em cálculos na produção de blocos, optando pelo Proof of Stake. Após a fusão, o Ethereum foi dividido em camada de execução e camada de consenso. A produção de blocos também mudou, cada Epoch corresponde a um ciclo POS, cada Epoch é dividido em 32 Slots, e cada Slot é uma unidade de tempo de 12 segundos para a produção de blocos.

A rede selecionará aleatoriamente um comitê a cada Epoch, e o proponente do bloco será escolhido aleatoriamente entre os membros do comitê. O proponente do bloco deve empacotar as transações e ordenar a execução do bloco final resultante, enquanto os outros validadores do comitê supervisionam e votam. O comitê é reeleito após cada Epoch, e um limite de tempo de operação é imposto para garantir a eficiência. Payload é a carga de execução, que significa a alteração do estado das transações, podendo ser vista como parte da execução do bloco. O proponente do bloco implementará a carga de execução e a proposta do bloco.

Estrutura PBS

Quando um validador é escolhido como proponente de bloco, muitas vezes não há motivação para executar o Payload, pois isso requer uma grande capacidade computacional. A ideia original era incluir a execução de cargas por meio da eleição de um comitê descentralizado, tornando a ordenação de transações uma questão descentralizada. No entanto, os validadores tendem a delegar essa parte a terceiros, focando apenas na proposta de blocos. Assim surgiu a ideia do PBS, que separa a proposta e a construção de blocos, onde o proponente é responsável apenas por validar o bloco, sem participar da construção. Isso promoveu um mercado aberto, onde os proponentes podem obter blocos dos construtores. Os construtores competem entre si para construir blocos, oferecendo a maior taxa aos proponentes, o que é chamado de "leilão de blocos".

PBS(Proposer Builder Separate)O fluxo do modelo de leilão selado de primeira linha é o seguinte: os usuários enviam transações para o Mempool público através de um proxy RPC, vários Builders encontram a ordenação de transações mais adequada para gerar blocos com maximização de lucro, e então interagem com o Proposer através do MEV-Boost Relayer. O Relayer atua como uma ponte, os Builders enviam suas ofertas a ele, e o Relayer apresenta múltiplos cabeçalhos de bloco e ofertas ao Proposer, que geralmente aceita o bloco com a oferta mais alta. O Relayer implementa as normas do MEVBoost, regulando a interação de licitação entre Builders e Proposers. Todas as informações são mantidas em segredo, o Relayer apenas envia cabeçalhos de bloco ao Proposer, garantindo resistência à censura.

Tipos de participantes e jogos no PBS

Os principais participantes incluem Builder, Relayer, Proposer, MEVbot(Searcher).

Builder

O Builder é responsável pela construção do conteúdo do bloco, tendo mais vantagens nas licitações ao usar o MEV-Boost, pois suporta os ganhos de MEV. O Builder pode revisar diretamente as transações de usuários e Searchers, o que sempre foi criticado, especialmente após o governo dos EUA divulgar o OFAC, com muitos Builders participando do OFAC Compliant. Embora a proporção de revisão de blocos tenha diminuído recentemente, o Builder ainda tem um papel direto na revisão de transações.

Atualmente, a beaverbuild.org, que não requer revisão, está gradualmente expandindo sua participação no mercado Builder, tudo voltado para o lucro.

Searcher

A maximização do lucro requer um esforço conjunto entre o Searcher e o Builder. O Searcher muitas vezes colabora com um Builder específico, formando um Dark Pool ou um Private Pool. Em teoria, se o Builder agir de forma maliciosa ou censurar, o Searcher pode escolher outro Builder, resultando na redução da quota de mercado do Builder malicioso. Portanto, o Builder considerará o custo oculto de agir de forma maliciosa. Os lucros de MEV podem até alcançar o dobro dos ganhos de Gas do dia quando a volatilidade do mercado é significativa.

O Searcher é dividido em arbitragem off-chain CEX-DEX( e duas categorias principais on-chain DEX, mezzanine e liquidação). Atualmente, a Wintermute ocupa a primeira posição no mercado de arbitragem de negociação CEX-DEX.

As oportunidades de MEV puras na cadeia estão a apresentar uma tendência de estúdio, jaredfromsubway.eth tem uma quota de mercado de 37,2%, é especialista em realizar ataques de sanduíche a utilizadores na cadeia do Ethereum e já foi o utilizador com o maior consumo de gas na cadeia. Devido à estreita ligação entre Searchers e Builders, muitos Searchers enviam fluxos de ordens para os três principais Builders, a fim de manter a influência dentro do ecossistema e reduzir riscos.

( Relayer

O Relayer é responsável por agregar leilões e, como ponto de transferência, submete o cabeçalho do bloco e o preço de licitação ao Proposer. O Proposer não conhece os detalhes das transações do bloco e, uma vez que o cabeçalho do bloco é selecionado e assinado, o Relayer libera todo o conteúdo das transações. O Relayer, como um terceiro sem incentivos econômicos, ganha uma grande confiança, o Builder depende dos preços do Proposer e o Proposer depende dos preços e do conteúdo do bloco do Relayer. Historicamente, houve uma vulnerabilidade no Ultrasound Relayer que levou o Proposer a retirar mais de 20 milhões de dólares em MEV. Embora a vulnerabilidade possa ser corrigida, o Relayer em si ainda pode agir de forma maliciosa para roubar MEV.

Atualmente, a quota de mercado do Builder operando com lucro puro MAX está a aumentar gradualmente desde a fusão, e parece impossível controlar o MEV artificialmente no mercado livre. Ao mesmo tempo, os Relayers enfrentam a falta de incentivos econômicos, e a Blocknative já saiu do desenvolvimento de Relayers. A dependência do Ethereum de terceiros para fornecer PBS não é uma solução a longo prazo, e a comunidade está a explorar a possibilidade de integrar o PBS a nível de protocolo.

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( Proposer

O Proposer é selecionado aleatoriamente entre os validadores, possuindo capacidade de carga de execução, mas tendendo a terceirizar, o que facilita a colaboração vertical com o Builder. O Relayer do MEV-boost espera atuar como um ponto intermediário para reduzir a conluio trazido pela comunicação direta. Atualmente, os pools de mineração funcionam como pools de validadores, especialmente com o surgimento do LSD, que aumentou a eficiência do capital, levando a uma tendência de centralização nos pools de validadores.

A Lido detém 28,7% da participação de mercado, seguida de perto pela Coinbase e Ether.fi. No passado, quando o MEV-BOOST PBS não era implementado, o Proposer precisava ser responsável pela tarefa de Builder, mas a maioria abandonou a capacidade de execução de ordenação de transações, terceirizando a carga de execução para leilões de blocos de terceiros.

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( Usuário

Os usuários estão na posição mais vulnerável em toda a arquitetura, as transações são inseridas no Mempool e os MEVbots lucram com isso, mas esses lucros não vão para os usuários. No entanto, o MEV não é apenas ruim; por exemplo, nas DEXs, quando a volatilidade do mercado on-chain é alta ou o volume de transações excede a liquidez, os MEVbots atenuam o slippage e a diferença de preço através da arbitragem. Portanto, o MEV possui externalidades positivas e negativas, e deve ser discutido separadamente.

Para evitar que os usuários sejam prejudicados pela monitorização dos MEVbots, muitos fornecedores de nós RPC podem ajudar a colocar transações em Mempool não público. Uma nova forma é através do leilão de fluxo de ordens OFA) para compensar os lucros de MEV dos usuários, onde os operadores RPC OFA colaboram com os Searchers para leiloar as ordens dos usuários aos Searchers, obtendo a maximização do MEV e devolvendo parte dos lucros aos usuários.

Atualmente, a proporção de usuários que utilizam fluxos de ordens privadas é de apenas cerca de 10%, principalmente devido ao alto custo educacional, muitos usuários têm dificuldade em entender corretamente o conhecimento e as medidas relacionadas ao MEV. Para otimizar a experiência do usuário, os usuários devem ser mais passivos do que ativos.

Resumo

No atual modelo PBS, após a introdução da norma MEV-BOOST, o mecanismo de leilão de licitações seladas para maximização de lucros levou a uma colaboração e confiança gradual entre Builders e Searchers, com uma tendência de centralização evidente. Os Validators sob POS também tendem à centralização, e todas as etapas da cadeia de produção MEV se tornaram centralizadas, introduzindo problemas de confiança múltipla. Isso contraria claramente a visão de descentralização e desconfiança do Ethereum. A comunidade Ethereum está discutindo três propostas para aliviar a centralização:

1. Em relação à centralização do pacote Builder e Searcher: a Flashbot propôs a tecnologia SUAVE, aumentando a transparência das transações e reduzindo a barreira de confiança do Searcher para com o Builder.

2. Em relação à confiança do Relayer: usar Enshrined PBS em vez do esquema PBS atual, eliminando a dependência do Relayer.

3. Em relação à centralização dos Validators: adoção de AVS descentralizado, como SSV, a Lido já estabeleceu uma parceria com eles.

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Estado atual do MEV

Atualmente, o principal MEV na blockchain está relacionado a arbitragem, ataques sandwich, liquidações, entre outros. Nos últimos 30 dias, os bots MEV conseguiram um lucro total de 2,6 milhões de dólares, sendo que o lucro da arbitragem é o maior. Uma transação de ataque sandwich tem um lucro médio de cerca de 0,8 dólares, e o lucro total dos ataques sandwich na blockchain Ethereum nos últimos 30 dias é de cerca de 880 mil dólares.

O MEV tem efeitos externos positivos e negativos. Os positivos incluem a redução das diferenças de preços entre DEXs, ajudando protocolos DEFI a liquidar garantias, entre outros. Os negativos são principalmente as transações de arbitragem que afetam os usuários, resultando em perda de parte dos lucros. Com o atual mecanismo de taxas em cadeia, apesar de o Ethereum ter implementado a suavização das Gas Fees, quando as oportunidades de arbitragem aumentam, as transações dos bots MEV e dos usuários ainda podem levar a um aumento súbito das Gas Fees, causando perdas econômicas e de experiência para os usuários.

Além dos problemas de MEV e centralização trazidos pelas arquiteturas PBS e POS, o processo de transferência do Ethereum para Layer 2 também gerou o problema de MEV entre cadeias.

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A complexidade potencial do MEV no design da arquitetura Layer2

As atividades de arbitragem em larga escala na cadeia no futuro irão mudar para MEV multi-cadeia e cross-chain mais complexos e com requisitos técnicos mais elevados. Atualmente, há pouca pesquisa sobre MEV cross-chain, mas algumas medidas de resposta já foram propostas, principalmente focadas na melhoria dos ordenadores. As pontes cross-chain são essenciais entre as Layer2, e o Searcher pode ajudar a aliviar a liquidez fragmentada entre as Layer2, mas atualmente o impacto não é significativo, principalmente devido à experiência e segurança das pontes cross-chain que precisam ser melhoradas, além de que a Finalidade das diferentes pontes resulta em uma alta barreira de personalização de estratégias.

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) MEV potencial do EIP-4337

A EIP-4337 introduz a abstração de contas e novos tipos de transações que também afetarão o panorama do MEV. O novo tipo de transação User Operation introduzido no ERC-4337, após entrar no Mempool, é empacotado em uma transação normal pelo Bundler. O Bundler é semelhante ao Builder e pode colaborar com o Searcher para reordenar a User Operation e obter MEV. As especificações da User Operation podem variar entre diferentes cadeias, aumentando ainda mais o limiar técnico do MEV entre cadeias.