イーサリアム MEV ダークフォレストの発展史：ガス戦争から PBS まで
イーサリアムは最も利益を上げるMEV戦場であり、これまでに6.75億ドル以上が抽出されています。原文标题：《PBS: ダークフォレストを中和する》
作者：pseudotheos
編訳：DeFi の道
Domothy と私はこの文章を共著しました。PBS は依然として活発な研究分野ですが、この包括的な文章は、これまでの研究の進展と研究方向をまとめることを目的としています。
既存のアーキテクチャでは、ブロック提案者（以前のマイナー）がメモリプール（mempool）内のトランザクションを選択してブロックを構築します。 イーサリアムでは、これらは検証者で構成され、彼らはコンセンサスクライアントと実行クライアントを同時に運営しています。 理論的には、ブロック構築者は最高の手数料を支払うトランザクションを選択しますが、これは厳密な要件ではありません。 ブロック構築者は tx の順序と含まれる内容を完全に制御できるため、複雑な MEV 戦略を実行できます。 MEV は活動がある場所では非常に一般的であり、イーサリアムは最も利益を上げる MEV 戦場であり、これまでに 6.75 億ドル以上が抽出されています。
データソース：Token Terminal
一、MEV のクイックスタート
技術的には、イーサリアムのトランザクションは一連のバイトに過ぎません。 したがって、それを作成して送信するために関与するコストは無視できます。 良い例は、オンチェーンアービトラージです。 同じ資産が取引所間で異なる価格で取引されると、価値を抽出する機会が生まれます。 この取引から得られたお金からガス代を差し引いたものは、基本的にブロックチェーン上の経済活動から抽出された利益です。
しかし、ここに問題があります：ブロックチェーンの透明性により、ノードを持っている人は誰でも同じトランザクションを特定して提出できます。 何人が自分のトランザクションを送信しても、勝者はただ一人：提出されたトランザクションが確認された人です。 あなたが想像できるように、これは次のブロックにどのトランザクションが入るか、そしてどの順序で行われるかを決定する人々に大きな利益をもたらします。彼らはこれらのトランザクションを単純に利用できます！
この例は、いわゆる「MEV 機会」を示しています。 確認待ちのトランザクションリストと、イーサリアムの現在のグローバルな状態を考慮すると、ブロック構築者がエコシステムから最大の価値を抽出できる特定のトランザクションの順序が存在します。 多くの場合、MEV 機会はより複雑で、正しい順序で複数のトランザクションを実行する必要がありますが、原理は同じです：ブロック構築者は巨大なアドバンテージを持っています。
二、MEV の発展の道
数年前、イーサリアムがまだプルーフ・オブ・ワーク（PoW）によって保護されていた頃、MEV の概念は主に理論的なものでした。 逆に、トランザクションはシンプルでした：「これが私がやりたいことです、これがマイナーに支払うお金で、次のブロックにそれを含めてもらいます。」
マイナーは単に待機中のトランザクションリストを見て、最高の手数料でソートし、できるだけ多くのトランザクションを一つのブロックに入れます。 トランザクション自体の複雑さは関係ありません。 これはいくつかの公平な概念を満たします：各マイナーは同じコードを実行し、同じルールに従い、同じ金額を稼ぎます（計算能力に比例して）。
しかし、簡単に言えば、これは持続可能ではありません。 金融的なインセンティブは競争を生み出し、最も包括的な MEV トランザクションが勝利します。なぜなら、マイナーも最も利益のあるトランザクションを選択するための経済的インセンティブを受けるからです。 このような場合、マイナーは最も利益を得る人々であり、ゲームをプレイする必要すらありません。 競争が十分にあれば、利益は常にマイナー（または PoS イーサリアムの場合は検証者）に向かいます。
短期：ガス戦争
最初の結果はすぐに現れました。 すべての MEV トランザクションは、成功かどうかにかかわらず、チェーン上の試みとして含まれます。 これは、イーサリアムの限られたブロックスペースを大量に浪費し、信じられないほどの手数料を引き起こしました。
データソース：Etherscan
中期：コンセンサスの中央集権化
マイナーがブロック構築者としての権力を認識すると、新たな中央集権的な力が現れました。 どんな入札であっても、ブロック構築者は自分の MEV トランザクションを含めることを保証できます。
注意：EIP-1559 の後、ブロック構築者は依然として基本料金（base fee）を支払う必要があります。
新しい戦略は、ブロック構築者がチェーンを積極的に監視し、MEV 機会を直接利用することです。 これは、コンセンサスメカニズムとは独立して強力な中央集権的ベクトルである理由が簡単にわかります：ブロックをより頻繁に作成することは、より多くの MEV 抽出につながります。 しかし、残念ながら、規模の経済のために、時間が経つにつれて、MEV は抽出を強化することによって公平なガイドラインの理念を破壊しました。
長期：不均衡なインセンティブ
この中央集権化は二次的な結果をもたらしました：ブロック構築者は、トランザクションを一つのブロックに並べるだけでなく、期待通りに自分のブロックを追加したり、ブロックチェーンを数ブロック巻き戻したりして、最近のトランザクションからすべての MEV 機会を「盗む」ことができます。 極端な場合、前のブロックの MEV を盗むことがより利益をもたらす選択肢となり、安定性のないブロックチェーンがより小さなフォークに分裂し、より長い決済時間を引き起こす可能性があります。
幸いなことに、最後の問題は基盤層で実現されることはありませんでした。 しかし、少数の優れた行為者が強力な経済的インセンティブに対抗する善意に依存することは、イーサリアムが追求する弾力性のレベルではありません。 十分に長い時間範囲内で、完全に制御されない場合、MEV はイーサリアムにとって生存の脅威となります。
三、潜在的な解決策
MEV に関しては、上記の結果を軽減するための多くの提案があり、依然としてオープンな研究分野です。 一部の潜在的な解決策には以下が含まれます：
1、手数料順にブロックを強制する
結果：
(1) ガス戦争に戻る;
(2) ストレージプールのコンセンサスが欠如しているため、検証者は不便なトランザクションを無視できる;
2、トランザクションをランダムな順序で強制的に含める
オープンな問題：誰が何がランダムであるかを決定するのか？
結果：
（1）ガス戦争に戻る；
（2）トランザクションコンセンサスの遅延が増加する；
（3）検証者は MEV トランザクションを除いて、意図的にブロックを空に保つことができ、悪い体験を引き起こす。
3、暗号化ストレージプール
結果：
（1）有毒な MEV を減少させる；
（2）検証者の誠実な仮定を増加させる必要がある；
（3）遅延が増加する；（4）複雑さが増加する；
（5）検閲耐性が増加する；
（6）検証者が自己包含する MEV は影響を受けない
研究者たちは、暗号学的手法や暗号経済学的手法を含むさらなる潜在的な解決策を探求しています。 「MEV を解決する」ことは全体として不可能です。 どんな障害も、より深遠な MEV 抽出を引き起こし、中央集権化を悪化させます。 驚くべきことに、次に最良のことは、MEV が避けられないものであることを受け入れることであり、私たちが好むかどうかにかかわらず、それは永遠に中央集権的なベクトルであるでしょう。
四、ブロック構築市場
解決策は、ブロックを提案するプロセスとそれを構築するプロセスを分離することによって、Proposer-Builder Separation（提案者-構築者分離）と名付けられました。 「ブロック提案者」のアイデアは、イーサリアムの PoS 設計にすでに存在しています。 12 秒ごとに、検証者がブロック提案者として選ばれます。 ブロックの構築方法は関係ありません。 検証者の期待される仕事は、ネットワークの残りの部分に提案することであり、他のすべての検証者の仕事は、それがどのルールにも違反しないことを確認することです。
PBS の全体的な考え方は、ブロック構築者（builder）が競争し、ブロックを提案する任意の検証者に入札を提出することです。 この検証者が唯一必要とすることは、最高入札のブロックを提案することです。
PBS を使用すると、高度に対抗的な MEV 戦場がブロック構築が行われる場所に慎重に隔離されます。 さらに、オークションシステムにより、すべての検証者が規模に関係なく、ブロック構築者が発見した MEV 機会から簡単に利益を得ることができます。
放棄し、全体のプロセスを大規模なオークションに変え、MEV 自体を修正しようとしないことは、私たちが見たいことではないように思えます。 しかし、MEV はあまりにも利益が大きく、単なる稀な周辺ケースとして扱うことはできません。 もし私たちがプロトコル内でそのようなオークションを直接規定しなければ、それは依然として何らかの形で存在し、ただしそれはオフチェーンで、不透明で、前述の中央集権的な力に制約されることになります。 制御されない場合、プライベートなブロック構築オークションがどのようなものであるか、そしてそれがブロックチェーンの非中央集権性と信頼できる中立性に与えるすべての損害を簡単に想像できます。
PBS を使用すると、私たちはこの避けられない経済的現実から利益を得ることができます------私たちはこのような市場がどのようなものであるべきかについてルールを設計し、私たちが好まない部分を排除できます。 私たちはそれを公平で透明で、すべての検証者がアクセスしやすいものにすることができます。
理想的なブロック構築市場
理想的な市場はどのようなものでしょうか？
1、中立
（1）ブロック提案者は特定のブロック構築者を好む動機を持つべきではない；
（2）ブロック構築者は特定のブロック提案者を好む動機を持つべきではない；
2、最小のブロック提案者オーバーヘッド
（1）低いハードウェア要件により、市場により多くのブロック提案者が存在できる；
3、バンドルの安全性
（1）ブロック提案者は構築されたブロックを傍受し、MEV トランザクションで自分のトランザクションを置き換えることができない；
4、コンセンサスの簡素さ
（1）ブロック構築市場によって構築されたブロックは、コンセンサス層に重大な変更を必要としない。
既存のブロック構築市場
プロトコル内で PBS を直接実装することは複雑であり、時間がかかります。 一方で、同じ目標を達成するために、いくつかのプロトコル外の解決策が登場しましたが、それらにはいくつかの微妙なトレードオフがあります。 プロトコルに正式に書かれていなくても、プロトコル外の実装はより高い実験の程度を許可し、最終的な実装のための素晴らしいテストプラットフォームを提供します。 Flashbots は、全バンドルまたは無バンドル（all-or-nothing bundle）および条件付き支払いを含むブロック構築市場を作成しました。
彼らのツールには以下が含まれます：
1、MEV-Geth
（1）クライアントの多様性に不利
（2）合併前のみ機能
2、MEV-Boost
（1）クライアントに依存せず、以前の実装の問題を解決
（2）検証者はブロックを操作できない（彼らはブロックヘッダーに署名した後にのみブロック本体を受け取る）
しかし、プロトコル外市場にはいくつかの欠点があります：
（1）リレーは依然として信頼を必要とする
（2）検閲の問題
画像出典：Jon Charbonneau および Delphi Digital
五、残された問題
適切な PBS 設計は依然として活発な研究分野です。 私たちは指針を持っていますが、最終的な実装は容易ではありません。
1、ブロック構築者の中央集権化
ブロック構築者の中央集権化はブロック提案者の中央集権化よりも危害が少ないですが、依然として理想的ではありません。 したがって、最終的に分散型のブロック構築者ネットワークを作成するための研究を行っています。 それが集中した実体を上回ることを期待しています。
2、検閲の問題
crLists の実装は依然として検閲を許可しますが、競争が激しい市場では、長期的なトランザクションの検閲が過度に高価になり、ブロック構築者がブロックを埋める必要があります。 ブロック構築者がブロックを埋めなければ、そのスペースはブロック提案者が選択したトランザクションで埋められます。 この増加した防御は、極端なブロック構築者の中央集権化による生存の脅威を大幅に減少させます。 暗号化ストレージプールは、同時に検閲の問題と有毒な MEV を解決することができますが、基盤となるプロトコルのアップグレードが必要です。
3、高い MEV 差異
たとえ利益が PBS によって民主化されても、ブロック提案者の運は質権 ETH を集めるインセンティブのままです。 一つの実体が所有する検証者が多いほど、その実体はブロックを提案し、MEV 報酬を得る可能性が高くなります。 コアプロトコルに MEV スムージングを実装することで、私たちは理想的な公平なシナリオに到達でき、ステーキング報酬がステークの量に比例して支払われることになります。 MEV 報酬は集約され、検証者に平均的に支払われます。 さらに、プロトコル内の MEV スムージングを最適に実装すれば、PBS 設計を回避する動機が減少します。
4、正式な仕様
PBS 分野には多くの重要な研究計画がありますが、インセンティブや経済学に関する正式な分析が明らかに不足しています。 さらに、研究空間は急速に変化しており、分析と実装の段階に到達する前に、不可避的にさらなる発展があるでしょう。
六、結論
過去数年間で、MEV とプロトコル研究には多くのことが起こり、私たちの理解が深まるにつれて、このテーマはますます広がっています。 未解決の問題が残っているにもかかわらず、私たちは非中央集権的で高い弾力性を持つ中立的なグローバルネットワークに向かっています。 より深く理解したい場合は、Domothy がここにさらなる読書のためのリストを整理しています。
