Iluminando a Floresta Escura: Desvendando o Véu do MEV

Com o aumento das atividades na cadeia e a evolução e enriquecimento da infraestrutura na cadeia, o MEV na cadeia sempre foi visto como 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 inerentes de centralização e confiança que essa mecânica traz, que estão em total contradição com os valores do Ethereum.

A intensificação do MEV na cadeia 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 às transações dos usuários devido a operações de sanduíche. Portanto, as soluções para o MEV são mais focadas em mitigar as externalidades negativas do que em erradicá-las. No nosso processo de exploração de mecanismos para mitigar as externalidades negativas do MEV e resolver os problemas atuais do middleware Relayer baseado em confiança de terceiros, as medidas principais podem ser divididas em três categorias: melhorias no mecanismo de leilão, melhorias na camada de consenso e melhorias na camada de aplicação. Essas três melhorias terão um impacto de diferentes graus no moderno panorama do MEV, mas algumas soluções não conseguem resolver efetivamente o problema dos ataques de sanduíche que os usuários enfrentam, pois as transações dos usuários ainda estão em pools públicos. Portanto, é necessário introduzir mais tecnologias de pools de privacidade para proteger a privacidade opcional das transações dos usuários; essas soluções de MEV merecem ser combinadas e testadas.

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

Por fim, esperamos que este artigo explore soluções potenciais para atenuar o problema das externalidades negativas do MEV e que forneça uma compreensão abrangente dos prós e contras das atuais soluções 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 estudam mais sobre o MEV.

Ethereum 2.0

Desde a The Merge, o Ethereum adotou um 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 utilizar 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 é um ciclo POS, e cada Epoch é dividido em 32 Slots, onde cada Slot equivale a uma unidade de tempo para a produção de blocos, que é de 12 segundos.

Toda a rede irá, a cada Epoch, selecionar aleatoriamente um comitê entre os validadores; a pessoa que propõe o bloco é selecionada aleatoriamente do conjunto do comitê. O proponente do bloco precisa empacotar as transações e ordená-las para executar, resultando na produção de um bloco. Os outros validadores do comitê supervisionarão esse processo e, em seguida, votarão sobre o bloco. E este comitê será reeleito após cada Epoch. Além disso, é imposto um certo limite 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 de execução, que significa a alteração do estado da transação, podendo ser vista como parte da execução do bloco. O proponente do bloco irá implementar a carga de execução ( Execution Payload, ou seja, a implementação da alteração de estado do resultado da transação ) e a proposta do bloco.

Estrutura PBS

Na verdade, quando um validador é escolhido para ser o proponente de um bloco, muitas vezes o proponente não tem motivação para executar o Payload, ou seja, ordenar e executar transações, pois essa tarefa requer uma grande capacidade computacional para realizar alterações de estado. A ideia inicial era que, se nós elegêssemos um comitê descentralizado e incluíssemos a carga de execução, então a ordenação de transações e afins se tornaria uma tarefa descentralizada. No entanto, os validadores parecem naturalmente querer delegar essa parte a terceiros, enquanto o próprio proponente se concentra 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 blocos e não participa 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 apresentar brevemente todo o modelo de leilão fechado PBS(Proposer Builder Seperate). Quando os usuários enviam transações, múltiplos Builders encontram as transações mais adequadas para ordenar a fim de gerar um bloco de maximização de lucros(, onde a maximização de lucros refere-se à taxa de transação Base+Prioridade+MEV). Em seguida, vários Builders interagem com o Proposer através do MEV-Boost Relayer, que é a ponte de interação entre vários Builders e o Proposer. Os Builders enviam cotações ao Relayer, que por sua vez envia múltiplos cabeçalhos de bloco e as respectivas cotações ao Proposer, que geralmente aceita o bloco com a maior cotação. O Relayer implementará a norma MEVBboost, que é uma especificação técnica proposta pela Flashbot sobre como regulamentar a interação de licitação entre Builders e Proposers. Durante este processo, todas as informações são mantidas em sigilo, e o Relayer só enviará cabeçalhos de bloco ao Proposer, garantindo a resistência à censura do Proposer.

Participantes e jogos no PBS

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

Builder

O Builder é principalmente responsável pela construção do conteúdo do bloco. Com a utilização da tecnologia MEV-Boost, ele se encontra em uma posição mais favorável nas licitações, pois não apenas suporta as taxas de Gas, mas também os lucros 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 anunciar 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, durante o processo de construção do bloco, o Builder tem um impacto direto na revisão das transações.

Com base na quota de mercado atual do Builder, o Build que não requer 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 são exibidas apenas para determinados Builders. Alguns Builders conseguem, então, obter transações MEV que maximizam lucros e, consequentemente, licitar espaço em blocos. Teoricamente, se um Builder agir de forma maliciosa ou censurar, o Searcher pode optar por outros Builders, resultando na diminuição gradual da quota de mercado do Builder. Portanto, sob a influência dos Searchers, os Builders costumam considerar os custos ocultos de agir de forma maliciosa.

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

Atualmente, a Wintermute ocupa a primeira posição em termos de participação de mercado em negociações de arbitragem CEX - DEX.

Para oportunidades de MEV puramente on-chain, há uma tendência crescente de formação de estúdios, onde jaredfromsubway.eth detém uma impressionante participação de mercado de 37,2%, sendo especialista em realizar ataques de sanduíche a usuários da Ethereum, tornando-se temporariamente o usuário com o maior consumo de gás on-chain, consumindo cerca de 1,5% de todo o gás em um dia. De fevereiro de 2023 a junho de 2024, o robô gastou um total de 76.916 ETH, o que equivale a cerca de 175 milhões de dólares, com base no valor das transações executadas. Devido à estreita ligação entre Searchers e Builders, na prática, muitos Searchers enviam seu fluxo de ordens para os três principais Builders, quando na verdade poderiam transmitir para todos os Builders, mas alguns Builders menores podem dividir o fluxo de ordens dos Searchers, resultando na falha da estratégia de MEV dos Searchers e, consequentemente, aumentando o risco de perdas. Além disso, vincular-se a Builders também pode ajudar a manter sua influência dentro do ecossistema.

Relayer

O Relayer é responsável por agregar lances, e então atua como um intermediário para o Proposer submetendo o cabeçalho do bloco e o preço do bloco em leilão. Nesse momento, o Proposer não sabe os detalhes das transações no bloco. Assim que o Proposer escolhe e assina o cabeçalho do bloco, o Relayer liberará todo o conteúdo da transação para o Proposer. Podemos observar que o Relayer, atuando como um terceiro sem incentivos econômicos, ganhou uma enorme confiança; o Builder depende do Proposer para as cotações, e o Proposer depende das cotações e do conteúdo do bloco do Relayer. Historicamente, também ocorreram problemas semelhantes, com uma vulnerabilidade potencial que levou o Proposer a extrair mais de 20 milhões de dólares em MEV. Embora essas vulnerabilidades possam ser corrigidas, o Relayer ainda pode optar por agir de maneira maliciosa e roubar MEV.

A imagem acima mostra a situação da quota de mercado dos Relayers, e podemos observar que a quota de mercado dos Builders que operam exclusivamente com MAX Profit tem vindo a aumentar gradualmente desde o Merge. Portanto, no mercado livre, é impossível controlar artificialmente o MEV através dos Builders.

Ao mesmo tempo, os Relayers também enfrentam um problema, que é a falta de incentivos econômicos. Por isso, algumas empresas também desistiram da pesquisa e desenvolvimento na direção dos Relayers. Atualmente, os Relayers dependem das normas MEVBoost propostas pelos Flashbots para serem construídos, e o Ethereum depende de terceiros para fornecer PBS, o que não é uma solução duradoura. Portanto, a comunidade do Ethereum também está explorando a possibilidade de integrar PBS no nível do protocolo.

Proposer

Para o Proposer, é selecionado aleatoriamente um conjunto de comitês entre todos os validadores usando um algoritmo, e em cada slot é escolhido um proponente de bloco. O proponente de bloco possui a capacidade de executar carga, mas como o proponente naturalmente deseja terceirizar essa parte, isso pode levar a uma colaboração vertical entre o Builder e o Proposer. O Relayer do MEV-boost espera atuar como um ponto intermediário desse tipo, 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 o surgimento dos LSD, que libera o potencial dos tokens originalmente apostados, aumentando a eficiência de capital. Além disso, a influência dos blocos DEFI por trás disso faz com que os pools de validadores estejam em uma tendência de maior centralização.

Um determinado projeto de LSD atualmente detém cerca de 28,7% da quota de mercado, uma plataforma de negociação e um projeto estão em segundo e terceiro lugares. No passado, quando a solução MEV-BOOST PBS não era implementada ativamente, o Proposer precisava assumir a tarefa do Builder, ou seja, executar a carga (Payload), mas a maioria dos Proposers abriu mão da sua capacidade de ordenar a execução das transações, pois isso sobrecarregaria seriamente o desempenho da validação devido ao trabalho computacional pesado, sendo mais eficiente terceirizar a execução da carga e permitir que terceiros leiloem blocos.

Usuário

Por fim, vamos falar sobre o usuário. Os usuários frequentemente estão na posição mais fraca em todo o design da arquitetura, porque suas transações são colocadas no Mempool e são aproveitadas por vários MEVbots para obter lucros de MEV, mas esses lucros não fluem para os usuários. No entanto, isso nem sempre é algo negativo; por exemplo, em DEX, quando a volatilidade do mercado na cadeia é alta ou 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 a sua complexidade.

Para evitar que os usuários sejam monitorizados por MEVbots, causando danos aos usuários, muitos prestadores de serviços podem ajudar os usuários a colocar transações em Mempools não públicos, como interagir diretamente com os Builders através de seus serviços. Uma maneira bastante inovadora é compensar os lucros de MEV para os usuários por meio do OFA(Order Flow Auction), onde os operadores de OFA estabelecem parcerias com os Searchers, leiloando as ordens dos usuários para os Searchers, que podem maximizar o MEV, permitindo assim que todo o