イーサリアムのダークフォレストにおける一筋の光：MEV競争下のゲームを理解する

この記事はChainNewsに掲載され、著者は曹一新で、HashKey Capital Researchに勤務しています。

MEV研究組織Flashbotsが発表した3月の報告によると、同社が導入した第三者のEthereumクライアントバージョンMEV-gethは、全ネットワークの58.8%のハッシュパワーを持つ12のマイニングプールに採用されています。このバージョンの利用が増加する一方で、Ethereumのガス料金は大幅に減少しており、その因果関係はまだ実証されていませんが、広く注目を集めています。コミュニティではMEVの正当性について多くの議論があります。

この記事では、MEVの出所を分析することでMEVの定義とそのEthereumエコシステムへの影響を明確にし、Flashbotsが構築しようとしているMEV利益分配市場秩序の下でのゲーム理論的関係を基に、将来的に形成される可能性のある状態について探ります。

参考文献：

《Flashbots Transparency Report --- March 2021》

MEVの出所

Ethereumは成熟した運用を数年続けており、プロデューサー（マイナー）からオークションハウス（マイニングプール）、さらには入札者（ユーザー）への安定した構図が形成されています。優先ガス料金オークション（PGA）メカニズムとブロック報酬を通じて、ブロックスペースの供給と需要が調整されています。

取引が価格発見、取引マッチング、取引実行の3つのプロセスに分かれるとすれば、この段階においてブロックスペースの核心的価値は、ハッシュポインタ、コンセンサスメカニズム、ピアツーピアネットワークなどの一連のブロックチェーンのコア「要素」によって保証される非中央集権的な送金サービス（取引実行の非信頼化）であり、スマートコントラクトを通じて、取引成立前に依存していた信用仲介（取引マッチングの非信頼化）をさらに代替することによって、取引プロセス全体における「信頼」に関連する摩擦コストを排除し、デジタル資産の発行と取引に必要な基盤インフラを提供しています。

参考文献：

《Ethereumブロックスペース市場の深層分析：マイニングサイクルに新たなモデルが登場する》

スマートコントラクトの推進により、Ethereumアプリケーション層からDeFiビジネスの大規模な応用革新が派生し、ブロックスペースは一部の複雑な取引ロジックで満たされ始めました。過剰担保貸付、AMM、利回りマイニング戦略、デリバティブ、保険、アルゴリズム安定コインなど、DeFiレゴブロックで構成されたDeFiシステムは初めて形を成し、その可組み性がもたらす富の効果は一時的に注目され、議論されました。また、ブロックスペースと未確認取引プールの透明性と開放性は、価格発見プロセスの参加者に新たな機会と挑戦をもたらし、MEVはこの特性の副産物です。

価格発見は非中央集権市場の自発的な発展に不可欠な経済機能であり、一般の取引ユーザー、専門のアービトラージや清算ボット、さらには経済システムの脆弱性を発見するハッカーも価格発見の参加者（以下、総称して「探索者」）です。彼らは実際の期待とのギャップを探し、資金コストと取引手数料を支払って潜在的な利益を得ようとします。ブロックチェーン上の情報の透明性と到達可能性は、高効率の価格発見システムに新たな機会を提供し、フラッシュローンなどの革新的な貸付モデルは価格発見に多くの便利さをもたらします。

しかし、これらの探索者は新たな挑戦に直面しています。一方では、より優先的な取引機会を争うためにPGA競争を展開し、他方では先行者の覗き見と略奪に直面しています。探索者間の競争は、ブロック内取引の時間価値を際立たせ、高めています。時間価値は、通常の取引よりも高い手数料コストとして現れます。これは疑いの余地がありません。また、ブロック生成時間の離散性と未確認取引プールの透明性は、先行者が未確認取引プールの可先行取引を簡単に監視できる時間を与え、検索コストを支払うことなくPGAプロセスに参加できるようにします。さらに、ガス料金を引き上げることで、自身の取引と先行された取引を特定の時間順に成立させることができ、労力をかけずに利益を得ることができるため、探索者の利益はこのようなタダ乗り行為によって損なわれます。したがって、MEVの正当性について議論する際には、これら2種類の取引の性質を区別することをお勧めします。

例えば、フラッシュローン攻撃者がCurveなどのAMM資産の相対価格を操作した後、アービトラージャーが迅速に価格差を解消し、大きなアービトラージ利益を得ることは、市場が迅速に反応するための正当な利益です。一方で、彼らのアービトラージ過程で遭遇するAMM取引に対するサンドイッチ攻撃や、彼らのアービトラージ取引を直接コピーして先行成立させることは、隙間を突いたタダ乗り行為です。同様に、市場の変動を追跡し、価格オラクルの更新を監視して取引競争の清算機会を実行するボットはキーパーの役割を果たしていますが、他の清算ボットが送信した取引を監視してコピーし、先行して清算人となることは、先行された清算取引の労働成果を略奪しています。一部の代替取引機会は、捕捉するために多くの労力を必要としますが、先行者の前では全てが無駄になってしまいます（今年3月に発生したDODOのセキュリティ脆弱性攻撃事件のハッカーも、無情にも先行者ボットに横取りされました）。

取引の透明性がもたらす先行機会は、探索者自身が技術的な壁を形成できないことを意味し、MEV競争市場は先行者ボットの暗い森となります。この資本が高度に露出した市場が様々な先行者ボットを引き付けると、彼ら自身もブロックスペースの入札メカニズムの中で争わざるを得ず、より多くのPGAプロセスを経て優先的な取引順序を得ることになります。そして、ブロック順序権を持つマイニングプールは、天然の権利を持つレンタル機会を与えられ、マイニングプール自体も先行競争の中で絶対的な優位を占めています。これは、既存のブロックチェーンメカニズムの固有の欠陥を示しており、探索者の一部の利益が先行者に分配され、さらに先行者からマイナーに分配されるプロセスを促進します。私は、先行者が探索者から得た未分配の総価値を最大可抽出価値（Maximum Extractable Value, MEV）と呼び、マイナーがPGAから得る追加収入をマイナー可抽出価値（Miner Extractable Value, mev）と呼ぶことを好みます。

MEVがブロックチェーンエコシステムに与える負の外部性

MEVの存在は、探索者群と先行者群の間で新たな競争を引き起こし、マイナーにマイナー報酬や通常の手数料以外の収益源を提供します。コミュニティでは、MEVがブロックチェーンの非中央集権的特性に影響を与えるかどうかについて議論があり、一つの見解は、MEVを抽出する最終段階がブロックをパッケージするための算力競争に制約されていると考えています。より多くの算力を持つマイニングプールは先行者としてMEV取引を成功裏にパッケージする機会が高く、正の循環を形成し、そのマイニングプールがマイナーを引き付け続けることを促進し、算力の集中化を引き起こし、ブロックチェーンの非中央集権性と安全性を低下させるとされています。

しかし、別の見解が反論を提起し、マイニングプールは次のブロックパッケージ権を競争できるかどうかを確認できないため、合理的な動機により、マイニングプールは探索したMEV取引機会を他のマイニングプールに販売し、自身の追加収益を確保することになると主張しています。確率的には、MEVはMEV競争に参加するマイニングプールに分配され、その全体的な収益を向上させることになります。

労働からの分業の歴史的傾向を考えると、MEV取引の探索と算力マイニングに必要なスキルや生産ツールの違いは大きく、MEVの探索と算力マイニングの分業が形成される可能性が高いです。以下で説明するFlashbotsが提案した解決策も、この分業が形成されつつあることを示しています。

MEVがブロックチェーンエコシステムに与える確実な負の外部性は、ガス料金入札メカニズムへの悪影響です。MEVが十分に大きければ、先行者は通常の取引の数百倍のガス料金を支払う悪性競争を喜んで行い、その結果、ブロックスペースには多くの失敗した高額手数料取引が記録され、ブロックスペースという希少資源の浪費を引き起こします。

MEVは一般の取引ユーザーや探索者に対して一定の対抗的作用をもたらします。伝統的な金融では、規制機関が先行取引など市場取引秩序を乱す行為に法的制約を課していますが、非中央集権的な金融エコシステムでは、現在主に利害関係者間のゲーム理論と非中央集権的システムの技術的アップグレードに依存して、市場メカニズムの改革や最適化を推進しています。

MEV利益分配市場の秩序

MEVがブロックチェーンエコシステムに与える負の影響に対処するために、Flashbotsは探索者とマイナーのためにMEV利益分配市場秩序を構築し、実際には一部のPGAプロセスをオフチェーンで実施し、マイニングプールがmevを入札するチャネルを提供しています。これは確かに、MEVの奪取戦争によるオンチェーンブロックの混雑問題を緩和することができます。

しかし、新たな問題が生じます。オフチェーンシステムの利害関係者による様々な悪行をどのように防ぐか？これは、取引情報のプライバシーを上げる方法に戻ります。そうでなければ、探索者の取引情報は依然としてマイナーに先行されやすくなります。現在、FlashbotsのMEV-Gethバージョンは許可制を採用して参加者の行動を制約していますが、最新の提案はSGXに基づく密封入札（Sealed-bid Auction）メカニズムを採用して市場の非許可アクセスと取引プロセスのプライバシーを実現することです。これは深く研究する価値のあるトピックであり、この記事では詳しくは述べません。

図1. Flashbotsの設計目標とMEV-SGXアーキテクチャ（Flashbots MEV Roast 13より）

利害関係者のゲーム理論

Flashbotsの登場はブロックスペースの暗い森の法則を変え、探索者は秩序ある市場の中で優先順位を争うことができます。以下では、利害関係者のゲーム理論的分析を通じて、新しい秩序が先行者のタダ乗り機会を排除し、アービトラージや清算ボットが公平なPGA競争を展開できることを推測します。マイナーに分配されるmevは、徐々に取引のプライバシーが保護された後の通常の価格発見プレミアムに進化します。そして、入札プロセスにおいて戦略が優れた者が、相対的に低いプレミアムで価格発見プロセスを実施できるようになります。

図2. 2種類のMEV獲得攻撃手法

現在、先行者の攻撃取引は2つの大きなカテゴリに分けられます：

サンドイッチ攻撃

主にAMM市場の取引注文を対象とし、ユーザーにより大きなスリッページ損失Csをもたらします。この損失は先行者が得るMEVです。ユーザーは取引量を制限し、最大スリッページを設定することでCsを制御できます。つまり、0≤MEV≤Csです。先行者は一部の利益mevをPGAでマイニングプールに分配します。

先行攻撃

主にアービトラージや清算取引、先行フラッシュローン攻撃など、システムの脆弱性を利用して利益を得る取引もこのカテゴリに分類されます。攻撃者が先行して得るMEVは、先行取引の期待利益Reに等しく、先行取引を失敗または無効にし、期待利益を失うだけでなく、手数料を支払った上に、場合によっては追加の損失を被ることになります。

オラクルの更新や大口取引に対する尾行攻撃（back-running）は、実際には賢い探索行為であり、尾行された取引には害を及ぼさず、探索者は他の尾行者よりも早く利益機会を捉えただけです。

先行攻撃において、先行取引の送信者は最も無実の被害者のように見えます。彼は労力をかけてようやく見つけた利益機会を、オンラインで公開されると他の競争者にタダ乗りされてしまいます。このタダ乗り現象は、価格発見プロセスの労働と収入の不整合を引き起こします。

Flashbotsは利害関係者に新たな選択肢を提供しました。

AMM取引ユーザーと探索者は、未確認取引が透明に公開されるモデルの下で非常に受動的です。彼らの期待利益は次のように表されます：

Re-Cgas-MEV≥0

ここで、Reは価格発見プロセスにおける期待利益（受け入れ可能なスリッページコストを差し引いたもの）、Cgasは通常の取引手数料、MEVは期待される先行者によって奪われる可能性のある利益です。

先行者にとって、彼らの期待利益は次のように表されます：

MEV-mev≥0

ここで、mevはPGAプロセスでマイニングプールに分配される利益です。

先行者が探しているMEVの期待下限はmevであり、AMM取引ユーザーにとって、彼らの戦略は取引量を減らし、スリッページ上限を設定してMEVを制約することです。

実際、Flashbotsのこのモデルが非許可制になると、ユーザーは直接MEV-gethの入札プロセスに参加し、（mev、MEV）の範囲で入札価格を入札することができます。最大の損失は、以前と同じコストを支払うか、入札に失敗して即時に成立しないことだけです。その場合、サンドイッチボットは多くのターゲットを失うことになります。もし取引のプライバシーが保護された入札市場を新たに開設できれば、サンドイッチ攻撃の問題も効果的に緩和されるでしょう。

先行されるアービトラージや清算取引に直面している場合、先行者が奪えるMEVは往々にして大きく、探索者はこれらの取引を直接MEV-gethノードに送信することで、取引のプライバシーを保護しつつ入札で優位に立つことができます（先行者の競争を排除し、同類の探索者とのみ競争し、入札に失敗しても手数料を失うことはありません）。

先行者にとって、彼らは依然として未確認取引プールから奪える取引を探し、取引バンドルをMEV-gethノードに送信する動機があります。その理由は、MEV-gethノードが彼らをマイニングプールからさらに先行させないように保護するためであり、オフチェーンの入札プロセスにおいて、たとえ取引が失敗しても手数料やその他の追加損失を被ることはありません。先行者とマイニングプールの二重のアイデンティティを持つ利害関係者にとって、MEV-gethノードの算力が増加するにつれて、彼らもタダ乗りにおいて優位を持つことは難しくなります。想像してみてください。同じ可先行取引を、通常の先行者ボットが60%近い算力を持つMEV-gethノードに送信してパッケージを求めると、その勝率は単一のマイニングプールと競争できるようになります。そして、ますます多くの探索者がアービトラージや清算取引をプライバシー保護の形でMEV-gethノードに送信することで、先行者のタダ乗り機会も減少し続けるでしょう。

最終的に、Flashbotsが構築した利益分配秩序は、アービトラージや清算ボットを中心とした入札市場を形成し、タダ乗り行為を排除する可能性があります。そして、これらのボットが入札するmevの性質は、取引のプライバシーを保護し、先行攻撃を防ぐために支払う価格発見プレミアムに変わります。

マイニングプールにとって、理論的にはリスク回避の好みがあり、Ethereum公式クライアントバージョンは長年運用されており、安全性が確認されていますが、それでも60%近い算力が第三者のバージョンに切り替わることは、確かに注目に値します。その理由の一部は、EIP-1559の推進の下、マイニングプールが徐々にMEV市場に参入し、選択を迫られていることです。つまり、MEV競争に自ら参加するか、MEV-gethバージョンを採用してFlashbotsが構築した市場秩序に従うかです。探索者としての役割を果たさないマイニングプールにとって、MEV-gethを採用することでマイナーの収入を単純に増加させ、マイナーの流出を防ぐことができます。探索能力を持つマイニングプールにとっては、MEV-gethを採用した場合の機会コストが問題となります。たとえば、MEV-gethは現在、1つのブロックに1つのMEV取引しか挿入できないと規定しており、マイニングプールは1つまたは複数のMEV取引を含むブロックを自ら構成し、より大きな利益を得る可能性があります。しかし、MEVを探索するには、マイニングプールが関連するスキルを持ち、より多くのリソースを消費する必要があり、純収入を減少させます。

まとめと考察

私たちは、ブロックチェーン基盤のインフラが非中央集権市場のために車輪を作り上げ、エコシステムが様々な細分化された分野で進化していることを嬉しく思います。そして、私たちはMEVのような興味深い新市場に注目する機会を得ています。

MEVは私たちに取引データの価値とブロックスペースの順序付けの重要性を認識させ、マイナー、マイニングプール、ユーザー以外の新しい役割について考えるきっかけを与えています。Flashbotsはまだ多くの改善の余地がありますが、この新興取引市場に秩序を提供し、全体的な経済発展に対して友好的でない要素を排除し、サイバー空間の文明を築くための良い例を示してくれました。その推進の下で、マイナー可抽出価値は、取引のプライバシーが保護された後の通常の価格発見プレミアムに徐々に進化することが期待されます。

Flashbotsがブロックチェーンシステムの未確認取引プールというモジュールを分岐改造しようとしているように、非中央集権システムのメカニズム設計には最適化の余地があり、さらなる考察が必要です。