Явище maximal extractable value (mev) в мережах блокчейн та його вплив на блокчейн екосистему

Н. С. Черкас; А. Є. Батюк

З появою технології смарт контрактів в мережах блокчейн стала можливою реалізація складних протоколів децентралізованих фінансів, які з часом набули значної популярності та досягнули показника Total Value Locked (TVL) в більше ніж 150 мільярдів доларів США. Мережі блокчейн, надаючи такі гарантії як незмінність, відкритість, децентралізованість та безпека, все ж нездатні забезпечити прогнозований порядок транзакцій у вихідних блоках, що стало причиною появи явища Maximal Extractable Value (MEV) – максимальної "екстрактованої" вигоди, доступної певним учасникам мережі (майнерам, валідаторам), які мають ексклюзивну можливість впливати на впорядкування транзакцій. В даній роботі проведено ґрунтовний огляд явища MEV та з'ясовано його вплив на екосистему мереж блокчейн. Окреслено безпосередню проблему прогнозованого порядку транзакцій в мережах блокчейн, проведено огляд значної кількості наукових публікацій за темою екстракції MEV, що дало можливість здійснити ретроспективний аналіз даного явища, систематизувати його найбільш поширені прояви та проаналізувати сучасні тенденції розвитку.

В ході ретроспективного аналізу, виявлено паралелі зі схожими маніпуляціями в галузі високочастотної алгоритмізованої торгівлі на класичних фінансових майданчиках та зроблено важливий висновок щодо напрямку вирішення проблеми MEV в протоколах децентралізованих фінансів. Систематизовано напрямки сучасних досліджень явища MEV, проаналізовано методи та засоби досліджень, а також наведено безпосередні приклади екстракції MEV в мережі Ethereum з існуючими оцінками її масштабів.

В підсумку, виділено переважаючий негативний вплив явища MEV на мережі блокчейн і децентралізовані фінанси та на основі аналізу окремої підкатегорії існуючих публікацій виявлено відсутність, на даний момент, ефективного рішення проблеми екстракції MEV. Це своєю чергою зумовлює актуальність подальших досліджень в напрямку подолання негативних впливів MEV на мережі блокчейн та протоколи децентралізованих фінансів.

1. Auer, R., Haslhofer, B., Kitzler, S., Saggese, P., & Friedhelm, V. (n.d.). The Technology of Decentralized Finance (DEFI) Industrial Organization, International Macroeconomics and Finance and Banking and Corporate Finance. Retrieved from: www.cepr.org
2. Bancor Is Flawed. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://hackingdi-stributed.com/2017/06/19/bancor-is-flawed/
3. Bancor Network. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://bancor.network/
4. Bartoletti, M., & Zunino, R. (2023). A theoretical basis for Blockchain Extractable Value. Retrieved from: http://arxiv.org/abs/2302.02154
5. Baum, C., Hsin-yu Chiang, J., David, B., Kasper Frederiksen, T., & Gentile, L. (2021). SoK: Mitigation of Front-running in Decentralized Finance.
6. Daian, P., Goldfeder, S., Kell, T., Li, Y., Zhao, X., Bentov, I., Breidenbach, L., & Juels, A. (2019). Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges. https://doi.org/10.48550/arxiv.1904.05234
7. Danksharding | ethereum.org. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://- ethereum.org/en/roadmap/danksharding/
8. DEFI Sandwich Attack Explain. In this article, I am going to… | by achinta das | Coinmonks | Medium. (n.d.). Retrieved August 21, 2023, from: https://medium.com/coinmonks/defi-sandwich-attack-explain-776f6f43b2fd
9. Eden Network - Multichain Infrastructure for Maximal Value | Eden Network - Multichain Infrastructure for Maximal Value. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://www.edennetwork.io/
10. Eskandari, S., Moosavi, S., & Clark, J. (2019). SoK: Transparent Dishonesty: front-running attacks on Blockchain.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-43725-1_13
11. Ethereum Blocks #10281528 | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://etherscan.io/block/10281528
12. Ethereum Blocks #16133912 | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://etherscan.io/block/16133912
13. Ethereum is a Dark Forest. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://www.paradigm.xyz/2020/08/ethereum-is-a-dark-forest
14. Ethereum Node Tracker | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 21, 2023, from: https://etherscan.io/nodetracker
15. Ethereum Transaction Hash (Txhash) Details | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://etherscan.io/tx/0x0e2c50e60c180b645aa5c62f80- 202242ad34b1ba163964999d5f4c9aad2037d0
16. Ethereum Transaction Hash (Txhash) Details | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://etherscan.io/tx/0x2ed629dd81fb6c5541402- 775fc0217a2df04066cba5f2eb96b1dc53082ddeb6 b
17. Ethereum Transaction Hash (Txhash) Details | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://etherscan.io/tx/0x50ca4302caf14a4475 d- 19a4b4cbdd522195136a17dcba68287529be2f21a4fd3
18. Ethereum Transaction Hash (Txhash) Details | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://etherscan.io/tx/0x5169bccd1893130995ebc25fa3- 74366284b723ded44f379d0977af3f144d1a8 f
19. Ethereum Transaction Hash (Txhash) Details | Etherscan. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://etherscan.io/tx/0xe0c3dcfbb00c03492d1520- a63ecf0a83f4beade2949616054d0f4b19196d79eb
20. Fenu, G., Marchesi, L., Marchesi, M., & Tonelli, R. (2018). The ICO phenomenon and its relationships with ethereum smart contract environment. 2018 IEEE 1st International Workshop on Blockchain Oriented Software Engineering, IWBOSE 2018 - Proceedings, 2018-January, 1 7.
https://doi.org/10.1109/IWBOSE.2018.8327568
21. GitHub - flashbots/mev-geth: Go implementation of MEV-Auction for Ethereum. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://github.com/flashbots/mev-geth
22. Guo, A. (2023). Invariance properties of maximal extractable value. Retrieved from: http://arxiv.org/abs/2304.11010
23. Ha, F., & Michellis, D. (2021). MEV on L2.
24. Heimbach, L., & Wattenhofer, R. (2022). SoK: Preventing Transaction Reordering Manipulations in Decentralized Finance.
https://doi.org/10.1145/3558535.3559784
25. Heimbach, L., Kiffer, L., Torres, C. F., & Wattenhofer, R. (2023). Ethereum's Proposer-Builder Separation: Promises and Realities. Retrieved from: http://arxiv.org/abs/2305.19037
https://doi.org/10.1145/3618257.3624824
26. Heimbach, L., Zürich, E., Ch, S. H., Wattenhofer, R., & Switzerland, Z. (n.d.). Eliminating Sandwich Attacks with the Help of Game Theory; Eliminating Sandwich Attacks with the Help of Game Theory. ASIA CCS, 15.
https://doi.org/10.1145/3488932.3517390
27. Home | Uniswap Protocol. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://uniswap.org/
https://doi.org/10.1007/978-1-4842-8616-6_2
28. Judmayer, A., Stifter, N., Schindler, P., & Weippl, E. (2021). Estimating (Miner) Extractable Value is Hard, Let's Go Shopping! Retrieved from: https://github.com/
29. L2 MEV wat - Taiko Labs. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://taiko.mirror.xyz/VjNjFws6OOVez5YCDMwjy4BUiDqZBHYDvcW4-JZGDkc
30. Lehar, A., & Parlour, C. A. (2023). Battle of the Bots: Flash loans, Miner Extractable Value and Efficient Settlement Battle of the Bots: Flash loans, Miner Extractable Value and Efficient Settlement Preliminary and incomplete.
https://doi.org/10.2139/ssrn.4382292
31. Lewis, M. (2014). Flash Boys: A Wall Street Revolt. W.W. Norton & Company.
32. Mazorra, B., Reynolds, M., & Daza, V. (2022). Price of MEV: Towards a Game Theoretical Approach to MEV. Retrieved from: http://arxiv.org/abs/2208.13464
https://doi.org/10.1145/3560832.3563433
33. MEV Explore. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://explore-.flashbots.net/
34. MEV-Boost in a Nutshell. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://boost.flashbots.net/
35. mevboost.pics | MEV-Boost Dashboard. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://mevboost.pics/
36. Nisan, Noam. (2007). Algorithmic game theory. Cambridge University Press.
https://doi.org/10.1017/CBO9780511800481
37. Obadia, A., Salles, A., Sankar, L., Chitra, T., Chellani, V., & Daian, P. (2021). Unity is Strength: A Formalization of Cross-Domain Maximal Extractable Value. https://doi.org/10.48550/arxiv.2112.01472
38. Odos. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://www.odos.xyz/arbitrage
39. Park, S., Jeong, W., Lee, Y., Son, B., Jang, H., & Lee, J. (2023). Unraveling the MEV Enigma: ABI-Free Detection Model using Graph Neural Networks. Retrieved from: http://arxiv.org/abs/2305.05952
https://doi.org/10.2139/ssrn.4528512
40. Piet, J., Fairoze, J., & Weaver, N. (2022). Extracting Godl [sic] from the Salt Mines: Ethereum Miners Extracting Value. https://doi.org/10.48550/arxiv.2203.15930
41. Poux, P., De Filippi, P., & Deffains, B. (2022). Maximal Extractable Value and the Blockchain Commons. Retrieved from: https://ssrn.com/abstract=4198139
https://doi.org/10.2139/ssrn.4198139
42. Proposer-builder separation | ethereum.org. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://ethereum.org/en/roadmap/pbs/
43. Qin, K., Zhou, L., & Gervais, A. (2021). Quantifying Blockchain Extractable Value: How dark is the forest?
https://doi.org/10.1109/SP46214.2022.9833734
44. Qin, K., Zhou, L., Gamito, P., Jovanovic, P., & Gervais, A. (2021). An Empirical Study of DeFi Liquidations: Incentives, Risks, and Instabilities.
https://doi.org/10.1145/3487552.3487811
45. sealaunch.xyz у Твіттері: "A MEV bot is eating your lunch. jaredfro- msubway.eth MEV bot is the top gas ETH spender in the last 24H, spending 455ETH ($950 k) and using 7 % of total gas of the network In the last 2 months it spent more than 3.720ETH ($7M) in gas fees and performed more than 180 k transactions https://t.co/IGMJY7skkq" / X. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://twitter.com/SeaLaunch_/status/1648436056717688832
46. State of research: increasing censorship resistance of transactions under proposer/builder separation (PBS) - HackMD. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://notes.ethereum.org/@vbuterin/pbs_censorship_resistance
47. Status - Private, Secure Communication. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://status.im/
48. Swap - Curve. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://- curve.fi/#/ethereum/swap
49. The Merge | ethereum.org. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://ethereum.org/en/roadmap/merge/
50. Torres, C. F., Camino, R., & State, R. (2021). Frontrunner Jones and the Raiders of the Dark Forest: An Empirical Study of Frontrunning on the Ethereum Blockchain. https://doi.org/10.48550/arxiv.2102.03347
51. Transaction Flow Chart | EigenTx:0xb55d4267a3565fdc8bada2638f97ed0bb3- 1aa40bf8d4b304086dbdc1ca7d7844. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://eigenphi.io/mev/eigentx/0xb55d4267a3565fdc8bada2638f97ed0bb31aa4...
52. Wahrstätter, A., Zhou, L., Qin, K., Svetinovic, D., & Gervais, A. (2023). Time to Bribe: Measuring Block Construction Markets.
53. Weintraub, B., Torres, C. F., Nita-Rotaru, C., & State, R. (2022). A Flash (bot) in the Pan: Measuring Maximal Extractable Value in Private Pools.
https://doi.org/10.1145/3517745.3561448
54. Werner, S. M., Perez, D., Gudgeon, L., Klages-Mundt, A., Harz, D., & Knottenbelt, W. J. (2021). SoK: Decentralized Finance (DeFi).
https://doi.org/10.1145/3558535.3559780
55. What is MEV Anyway? - Coin Metrics. (n.d.). Retrieved August 13, 2023, from: https://coinmetrics.io/special-insights/what-is-mev-anyway/
56. Yang, S., Zhang, F., Huang, K., Chen, X., Yang, Y., & Zhu, F. (2022). SoK: MEV Countermeasures: Theory and Practice. Retrieved from: https://arxiv.org/abs/2212.05111
57. Zhou, L., Qin, K., & Gervais, A. (2021). A2MM: Mitigating Frontrunning, Transaction Reordering and Consensus Instability in Decentralized Exchanges. Retrieved from: http://arxiv.org/abs/2106.07371