이더리움 어두운 숲 속의 한 줄기 빛: MEV 경쟁 아래의 게임 이해하기

이 글은 체인뉴스에 게재되었으며, 저자는 HashKey Capital Research의 차오이신입니다.

MEV 연구 조직 Flashbots가 발표한 3월 보고서에 따르면, 그들이 출시한 제3자 이더리움 클라이언트 버전 MEV-geth는 전체 네트워크 해시 파워의 58.8%를 보유한 12개의 채굴 풀에 채택되었습니다. 이 버전의 사용 증가와 함께 이더리움 Gas 비용이 크게 감소했으며, 그 인과 관계는 아직 실증되지 않았지만, 광범위한 관심을 불러일으키기에 충분합니다. 커뮤니티는 MEV의 정당성에 대해 많은 논란이 있습니다.

이 글은 MEV의 출처를 분석하여 MEV의 정의와 이더리움 생태계에 미치는 영향을 명확히 하고, Flashbots가 구축하려는 MEV 이익 분배 시장 질서 하의 이해관계자 간의 게임 관계를 바탕으로 미래에 형성될 수 있는 상태를 탐구하고자 합니다.

참고 읽기:

《Flashbots Transparency Report --- March 2021》

MEV의 출처

이더리움은 수년간 성숙한 운영을 통해 생산자(채굴자)에서 경매장(채굴 풀) 그리고 입찰자(사용자)까지 안정적인 구조를 형성하였으며, 우선 Gas 비용 경매(PGA) 메커니즘과 블록 보상을 통해 블록 공간의 수요와 공급을 조절합니다.

거래가 가격 발견, 거래 매칭, 거래 실행의 세 과정으로 나눌 수 있다면, 이 단계에서 블록 공간의 핵심 가치는 해시 포인터, 합의 메커니즘, P2P 네트워크 등 일련의 블록체인 핵심 "요소"에 의해 보장되는 탈중앙화 전송 서비스(거래 실행의 비신뢰화)이며, 스마트 계약을 통해 거래 성사 이전에 의존했던 신용 중개인(거래 매칭의 비신뢰화)을 대체하여 전체 거래 과정에서 "신뢰"와 관련된 마찰 비용을 제거하고 디지털 자산의 발행과 거래를 위한 핵심 인프라를 제공합니다.

참고 읽기:

《이더리움 블록 공간 시장 심층 분석: 채굴 주기가 새로운 모델을 나타낼 것이다》

스마트 계약에 의해 이더리움 애플리케이션 레이어는 DeFi 비즈니스의 대규모 응용 혁신을 파생시켰으며, 블록 공간은 복잡한 거래 논리로 채워지기 시작했습니다. 초과 담보 대출, AMM, 수익 채굴 전략, 파생상품, 보험, 알고리즘 스테이블코인 등 DeFi 레고 블록으로 구성된 DeFi 시스템은 초기 형태를 갖추었으며, 그 조합 가능성이 가져오는 부의 효과는 한때 주목받고 논의되었습니다. 블록 공간과 미확인 거래 풀의 투명성과 개방성은 가격 발견 과정의 참여자에게 새로운 기회와 도전을 가져왔으며, MEV는 이러한 특성의 부산물입니다.

가격 발견은 탈중앙화 시장의 자발적 발전에 필수적인 경제 기능으로, 일반 거래 사용자, 전문적인 차익 거래 및 청산 로봇, 심지어 경제 시스템의 결함을 발견하는 해커까지 모두 가격 발견의 참여자(아래에서 통칭하여 검색자)입니다. 그들은 실제와 기대의 차이를 검색하고 자금 비용과 거래 수수료를 지불하여 잠재적 수익을 얻습니다. 블록체인에서 정보의 투명성과 접근성은 효율적인 가격 발견 시스템에 새로운 기회를 제공합니다. 플래시 론과 같은 혁신적인 대출 모델은 가격 발견에 많은 편의를 제공합니다.

하지만 이러한 검색자들은 새로운 도전에 직면해 있습니다. 한편으로 그들은 더 우선적인 거래 기회를 차지하기 위해 PGA 경쟁을 벌여야 하며, 다른 한편으로는 선행자의 엿보는 것과 약탈에 직면해 있습니다. 검색자 간의 경쟁은 블록 내 거래의 시간 가치를 부각시키고 높이며, 시간 가치는 일반 거래보다 더 높은 수수료 비용으로 나타납니다. 이는 당연한 일입니다. 그러나 블록 생성 시간의 불연속성과 미확인 거래 풀의 투명성은 선행자가 미확인 거래 풀의 차지할 수 있는 거래를 쉽게 엿볼 수 있게 하여, 검색 비용을 들이지 않고도 PGA 과정에 참여할 수 있게 합니다. 이를 통해 Gas 비용을 더욱 높여 자신의 거래와 선행 거래를 특정 시간 순서로 성사시켜 부당한 이익을 얻어 검색자의 이익이 이러한 탑승 행위에 의해 손상됩니다. 따라서 MEV의 정당성을 논의할 때 이 두 종류의 거래의 성질을 구분할 것을 권장합니다.

예를 들어, 플래시 론 공격자가 Curve와 같은 AMM 자산의 상대 가격을 조작한 후, 차익 거래자가 신속하게 가격 차이를 평준화하여 상당한 차익을 얻는 것은 그들이 시장에 신속하게 반응한 정당한 수익입니다. 반면 그들이 차익 거래 과정에서 어떤 AMM 거래가 샌드위치 공격을 당하거나 그들의 차익 거래를 복사하여 선행 거래를 하는 것은 빈틈을 이용한 탑승 행위입니다. 마찬가지로 시장의 상승과 하락을 추적하고 가격 예측기를 업데이트하여 거래 경쟁 청산 기회를 찾는 로봇은 키퍼의 역할을 수행하고, 다른 청산 로봇이 이미 보낸 거래를 복사하여 선행 청산자로 나서는 것은 약탈적인 행위입니다. 일부 대체 거래 기회는 더 많은 노력을 기울여야 포착할 수 있지만, 선행자 앞에서 모든 노력이 수포로 돌아갑니다(올해 3월 발생한 DODO 보안 취약점 공격 사건의 해커도 어쩔 수 없이 선행 로봇에게 가로채였습니다).

거래의 투명성으로 인한 선행 기회는 검색자가 기술 장벽을 형성할 수 없게 만들고, MEV 경쟁 시장은 선행 로봇의 어두운 숲이 되었습니다. 이 자본이 고도로 노출된 시장은 다양한 선행 로봇을 끌어들이고, 그들 스스로도 블록 공간의 경매 메커니즘에서 싸워야 하며, 더 많은 라운드의 PGA 과정을 통해 우선 거래 순서를 얻어야 합니다. 블록 순서 권한을 가진 채굴 풀은 자연스럽게 권리 임대 기회를 부여받으며, 채굴 풀 자체도 선행 경쟁에서 절대적인 우위를 점하고 있습니다. 이는 기존 블록체인 메커니즘의 고유한 결함을 드러내며, 검색자의 일부 이익이 선행자에게 분배되고, 다시 선행자를 통해 채굴자에게 분배되는 과정을 촉진합니다. 나는 선행자가 검색자로부터 얻은 미분배 총 가치를 최대 추출 가능 가치(Maximum Extractable Value, MEV)라고 부르며, 채굴자가 PGA에서 얻는 추가 수익을 채굴자 추출 가능 가치(Miner Extractable Value, mev)라고 부릅니다.

MEV가 블록체인 생태계에 미치는 부정적 외부성

MEV의 존재는 검색자 집단과 선행자 집단 간의 새로운 경쟁을 촉발하며, 채굴자에게 채굴 보상과 일반 수수료 외의 수익원을 제공합니다. 커뮤니티는 MEV가 블록체인의 탈중앙화 특성에 영향을 미칠 것인지에 대해 논의한 바 있으며, 한 가지 견해는 MEV를 추출하는 최종 단계가 블록을 패키징하는 해시 파워 경쟁에 의해 제약을 받으며, 더 많은 해시 파워를 가진 채굴 풀이 선행자로서 MEV 거래를 성공적으로 패키징할 기회가 더 크고, 이는 긍정적인 순환을 형성하여 해당 채굴 풀이 지속적으로 채굴자를 유치하고 확장하게 되어 해시 파워의 집중화로 이어지고 블록체인의 탈중앙화와 안전성을 저하시킨다고 주장합니다.

하지만 다른 견해는 반박하며, 채굴 풀이 자신이 다음 블록 패키징 권한을 경쟁할 수 있을지 확신할 수 없기 때문에, 합리적인 유인에 따라 채굴 풀은 검색한 MEV 거래 기회를 다른 채굴 풀에 판매하여 자신의 추가 수익을 확보할 것이라고 주장합니다. 확률적으로 MEV는 MEV 경쟁에 참여하는 채굴 풀에 분산되어 전체 수익을 증가시킬 것입니다.

노동에서 점점 더 세분화된 분업의 역사적 경향을 보면, MEV 거래 검색과 해시 파워 채굴에 필요한 기술과 생산 도구의 차이가 크며, MEV 검색과 해시 파워 채굴의 분업이 더 가능성이 높습니다. 아래에서 설명할 Flashbots가 제안한 해결책도 이러한 분업이 형성되고 있음을 보여줍니다.

MEV가 블록체인 생태계에 미치는 확실한 부정적 외부성은 Gas 비용 경매 메커니즘에 대한 악성 작용입니다. MEV가 충분히 크면, 선행자는 일반 거래보다 수백 배 높은 Gas 비용을 기꺼이 지불하며, 동시에 블록 공간에는 많은 실패한 고액 수수료 거래가 기록되어 이 희소 자원에 대한 낭비를 초래합니다.

MEV는 일반 거래 사용자와 검색자에게 일정한 대립적 작용을 미칩니다. 전통 금융에서는 규제 기관이 선행 거래 등 시장 거래 질서를 방해하는 행위에 법적 제재를 가합니다. 탈중앙화 금융 생태계에서는 현재 주로 이해관계자 간의 게임과 탈중앙화 시스템의 기술 업그레이드를 통해 시장 메커니즘의 개혁이나 최적화를 추진하고 있습니다.

MEV 이익 분배 시장의 질서

MEV가 블록체인 생태계에 미치는 부정적 영향을 해결하기 위해, Flashbots는 검색자와 채굴자를 위한 MEV 이익 분배 시장 질서를 구축하려고 시도하며, 실제로는 일부 PGA 과정을 체인 외부에서 진행하고 채굴 풀이 MEV를 경매할 수 있는 경로를 제공합니다. 이는 MEV 약탈 전쟁으로 인한 체인 상 블록 혼잡 문제를 완화할 수 있습니다.

하지만 새로운 문제가 발생했습니다. 체인 외부 시스템의 이해관계자들이 다양한 악행을 저지르는 것을 어떻게 피할 수 있을까요? 이는 거래 정보의 프라이버시를 보장하는 방법으로 돌아갑니다. 그렇지 않으면 검색자의 거래 정보는 여전히 채굴자에게 쉽게 선행당할 수 있습니다. 현재 Flashbots의 MEV-Geth 버전은 허가제를 통해 참여자의 행동을 제약하고 있으며, 최신 제안은 SGX 기반의 밀봉 경매(Sealed-bid Auction) 메커니즘을 채택하여 시장의 비허가 접근 및 거래 과정의 프라이버시를 실현하는 것입니다. 이는 심도 있는 연구 주제이며, 이 글에서는 다루지 않겠습니다.

그림 1. Flashbots 설계 목표 및 MEV-SGX 아키텍처 (Flashbots MEV Roast 13에서 발췌)

이해관계자 간의 게임

Flashbots의 출현은 블록 공간 어두운 숲 법칙을 변화시켰습니다. 검색자는 질서 있는 시장에서 우선 순위를 차지하기 위해 경쟁할 수 있으며, 아래에서 이해관계자 간의 게임 분석을 통해 새로운 질서가 선행자의 탑승 기회를 제거하고, 차익 거래 및 청산 로봇이 공정한 PGA 경쟁을 펼칠 수 있게 하여 채굴자에게 분배되는 MEV가 점차 거래 프라이버시가 보호된 후의 일반적인 가격 발견 프리미엄으로 진화할 가능성이 있음을 추측합니다. 경매 과정에서 전략이 더 우수한 사람이 상대적으로 더 낮은 프리미엄으로 가격 발견 과정을 수행할 수 있습니다.

그림 2. MEV를 얻기 위한 두 가지 공격 기법

현재 선행자의 공격 거래는 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다:

샌드위치 공격

주로 AMM 시장의 거래 주문을 대상으로 하여 사용자가 더 큰 슬리피지 손실 Cs를 입게 하며, 이 손실은 선행자가 얻는 MEV입니다. 사용자는 거래량을 제한하고 최대 슬리피지를 설정하여 Cs를 제어할 수 있으며, 0≤MEV≤Cs가 성립합니다. 선행자는 일부 수익 MEV를 PGA에서 채굴 풀에 분배합니다.

선행 공격

주로 차익 거래 및 청산 거래를 대상으로 하며, 선행 플래시 론 공격 등 시스템 결함을 이용하여 이익을 얻는 거래도 이 범주에 포함됩니다. 공격자가 선행하여 얻는 MEV는 선행 거래의 예상 수익 Re와 같으며, 이는 선행 거래를 실패하거나 무효화시켜 예상 수익을 잃게 하고, 수수료를 지불한 것 외에도 추가 손실을 입을 수 있습니다.

예측기 업데이트, 대량 거래에 대한 뒤따르기 공격(back-running)은 사실상 영리한 검색 행동으로, 뒤따르는 거래에 해를 끼치지 않으며, 검색자는 단지 다른 뒤따르는 자들보다 먼저 이익 기회를 잡은 것입니다.

선행 공격에서 선행 거래의 발신자는 가장 무고한 피해자로 보이며, 그가 힘들게 검색한 이익 기회가 온라인에 공개되면 다른 경쟁자에게 탑승당하게 됩니다. 이러한 탑승 현상은 가격 발견 과정의 노동과 수익 간의 불일치를 초래합니다.

Flashbots는 이해관계자에게 새로운 선택지를 제공합니다.

AMM 거래 사용자와 검색자는 미확인 거래의 투명 공개 모델 하에서 극히 수동적입니다. 그들의 예상 수익은 다음과 같이 표현될 수 있습니다:

Re-Cgas-MEV≥0

여기서 Re는 가격 발견 과정에서의 예상 수익(허용 가능한 슬리피지 비용을 제외한 것), Cgas는 일반 거래 수수료, MEV는 예상되는 선행자가 착취할 수 있는 이익입니다.

선행자에게 있어 그들의 예상 수익은 다음과 같이 표현됩니다:

MEV-mev≥0

여기서 mev는 PGA 과정에서 채굴 풀에 분배되는 이익입니다.

선행자가 찾는 MEV의 기대 하한은 mev이며, AMM 거래 사용자에게 있어 그들의 전략은 거래량을 줄이고 슬리피지 상한을 설정하여 MEV를 제약하는 것입니다.

사실, Flashbots의 이러한 모델이 비허가제로 변하면, 사용자는 MEV-geth의 경매 과정에 직접 참여할 수 있으며, (mev, MEV) 구간의 입찰가로 입찰할 수 있습니다. 최대 손실은 이전과 같은 비용을 지불하거나 입찰에 실패하여 즉시 거래되지 않는 것뿐이며, 샌드위치 로봇은 많은 목표를 잃게 됩니다. 거래 프라이버시가 보호된 경매 시장을 새롭게 개척할 수 있다면, 샌드위치 공격 문제도 효과적으로 완화될 수 있습니다.

선행 공격에 직면한 차익 거래 및 청산 거래의 경우, 선행자가 착취할 수 있는 MEV는 종종 더 큽니다. 검색자는 이러한 거래를 직접 MEV-geth 노드에 전송하여 거래 프라이버시를 보호하면서도 경매에서 우위를 점할 수 있습니다(선행자의 경쟁을 배제하고 동종 검색자와만 경쟁하며, 경매 실패 시 수수료 손실이 없습니다).

선행자에게 있어 그들은 여전히 미확인 거래 풀에서 착취할 수 있는 거래를 찾을 수 있으며, 거래 번들을 MEV-geth 노드로 전송할 동기를 가집니다. 그 이유는 MEV-geth 노드가 그들이 채굴자에게 추가로 선행당하지 않도록 보호할 수 있기 때문입니다. 체인 외부의 경매 과정에서 실패한 거래조차 블록에 패키징되지 않아 수수료나 추가 손실을 입지 않게 됩니다. 선행자와 채굴자라는 이중 정체성을 가진 이해관계자에게 있어 MEV-geth 노드의 해시 파워가 증가함에 따라 그들은 탑승에서 우위를 점하기 어려워질 것입니다. 상상해보십시오. 동일한 착취 가능한 거래에서, 일반 선행 로봇이 이를 60%에 가까운 해시 파워를 가진 MEV-geth 노드에 전송하여 패키징을 요청하면, 그 승률은 단일 채굴자와 경쟁할 수 있게 됩니다. 점점 더 많은 검색자가 차익 거래 및 청산 거래를 프라이버시 보호 형태로 MEV-geth 노드에 전송함에 따라, 선행자의 탑승 기회도 계속 줄어들 것입니다.

결국 Flashbots가 구축한 이익 분배 질서는 차익 거래 및 청산 로봇이 주도하는 경매 시장을 형성하여 탑승 행위를 제거할 가능성이 있습니다. 이러한 로봇이 입찰하는 MEV의 성격은 거래 프라이버시를 보호하기 위해 선행 공격에 저항하는 가격 발견 프리미엄으로 변모할 것입니다.

채굴자에게 있어 이론적으로 위험 회피 성향이 있으며, 이더리움 공식 클라이언트 버전은 수년간 운영되어 안전성이 검증되었지만, 여전히 60%에 가까운 해시 파워가 제3자 버전으로 전환된 것은 주목할 만한 일입니다. 그 이유 중 일부는 EIP-1559의 추진 아래 채굴 풀이 점차 MEV 시장에 개입하고 선택의 기로에 놓이게 되었기 때문입니다. 즉, MEV 경쟁에 직접 참여할 것인지, 아니면 MEV-geth 버전을 채택하고 Flashbots가 구축한 시장 질서를 따를 것인지에 대한 선택입니다. 본래 검색자로 활동하지 않는 채굴자에게 MEV-geth를 채택하는 것은 단순히 채굴자 수익을 증가시키고 채굴자 이탈을 방지할 수 있습니다. 검색 능력을 가진 채굴자에게는 MEV-geth를 채택한 후 포기한 기회 비용에 따라 달라지며, 예를 들어 MEV-geth는 현재 하나의 블록에 1개의 MEV 거래만 삽입할 수 있도록 규정하고 있으며, 채굴자는 1개 또는 여러 개의 MEV 거래를 포함하는 블록을 직접 구성하여 더 큰 수익을 얻을 수 있습니다. 그러나 MEV 검색은 채굴자가 관련 기술을 갖추고 더 많은 자원을 소모해야 하므로 순수익을 감소시킵니다.

요약 및 성찰

우리는 블록체인 기반 시설이 이미 탈중앙화 시장을 위한 바퀴를 만들어 놓았고, 생태계가 다양한 세분화된 분야로 발전하고 있음을 기쁘게 생각하며, MEV와 같은 흥미로운 새로운 시장에 주목할 수 있는 기회를 갖게 되었습니다.

MEV는 우리에게 거래 데이터의 가치와 블록 공간 정렬의 중요성을 일깨워 주었으며, 채굴자, 채굴 풀, 사용자 외에 새로운 역할에 대해 생각하게 했습니다. Flashbots는 여전히 개선할 점이 많지만, 이 새로운 거래 시장에 질서를 제공하여 전체 경제 발전에 불리한 요소를 제거하고 사이버 공간의 문명을 구축하는 좋은 사례를 제시했습니다. 그 추진 아래, 채굴자 추출 가능 가치는 점차 거래 프라이버시가 보호된 후의 일반적인 가격 발견 프리미엄으로 진화할 가능성이 있습니다.

Flashbots가 블록체인 시스템의 미확인 거래 풀 모듈을 분기하여 개조하려는 시도처럼, 탈중앙화 시스템의 메커니즘 설계는 여전히 최적화의 여지가 있으며, 더 많은 성찰이 필요합니다.