이더리움 MEV 어두운 숲 발전사: 가스 전쟁에서 PBS까지

原文标题：《PBS: 어두운 숲을 중화시키기》

저자: pseudotheos

편집: DeFi의 길

Domothy와 저는 이 기사를 공동 집필했습니다. PBS는 여전히 활발한 연구 분야이지만, 이 포괄적인 기사는 지금까지의 연구 진행 상황과 연구 방향을 요약하는 것을 목표로 합니다.

현재 구조에서 블록 제안자(이전의 채굴자)는 저장 풀(mempool)에서 거래를 선택하여 블록을 구축합니다. 이더리움에서는 이들은 검증자로 구성되어 있으며, 동시에 합의 클라이언트와 실행 클라이언트를 운영합니다. 이론적으로 블록 구축자는 가장 높은 수수료를 지불하는 거래를 선택할 것입니다. 그러나 이는 엄격한 요구 사항은 아닙니다. 블록 구축자는 tx 정렬 및 포함을 완전히 제어할 수 있으므로 복잡한 MEV 전략을 실행할 수 있습니다. MEV는 활동이 있는 모든 곳에서 매우 일반적이며, 이더리움은 지금까지 6억 7500만 달러 이상이 추출된 가장 수익성 높은 MEV 전장입니다.

데이터 출처: Token Terminal

1. MEV 빠른 입문

기술적으로 이더리움 거래는 단순히 일련의 바이트입니다. 따라서 이를 생성하고 전송하는 데 드는 비용은 무시할 수 있습니다. 좋은 예는 체인 상의 차익 거래입니다. 동일한 자산이 거래소 간에 가격이 다를 때, 가치 추출의 기회를 창출합니다. 이 거래에서 얻은 돈에서 가스 비용을 뺀 것이 기본적으로 블록체인에서의 경제 활동에서 추출된 이익입니다.

하지만 여기에는 문제가 있습니다: 블록체인의 투명성 덕분에 노드를 가진 누구나 동일한 거래를 식별하고 제출할 수 있습니다. 거래를 보내는 사람이 몇 명이든, 승자는 단 한 명입니다: 제출된 거래가 확인된 사람입니다. 여러분이 상상할 수 있듯이, 이는 다음 블록에 어떤 거래가 들어갈지, 그리고 어떤 순서로 진행될지를 결정하는 데 큰 이점을 제공합니다. 그들은 이러한 거래를 간단히 이용할 수 있습니다!

이 예시는 이른바 "MEV 기회"를 설명합니다. 확인을 기다리는 대기 거래 목록과 이더리움의 현재 글로벌 상태를 고려할 때, 블록 구축자가 생태계에서 최대 가치를 추출할 수 있는 특정 거래 순서가 존재합니다. 대부분의 경우, MEV 기회는 더 복잡하며 올바른 순서로 여러 거래를 수행해야 하지만, 원리는 동일합니다: 블록 구축자는 막대한 이점을 가지고 있습니다.

2. MEV 발전의 길

몇 년 전, 이더리움이 여전히 작업 증명(PoW)으로 보호받고 있을 때, MEV의 개념은 주로 이론적이었습니다. 반대로 거래는 간단했습니다: "이것이 내가 하고 싶은 것이고, 이것이 내가 채굴자에게 지불할 의향이 있는 금액입니다. 그들이 다음 블록에 포함시키도록 하세요."

채굴자는 대기 거래 목록을 간단히 확인하고, 가장 높은 수수료로 정렬하여 가능한 한 많은 거래를 하나의 블록에 포함시킵니다. 거래 자체의 복잡성은 중요하지 않았습니다. 이는 몇 가지 공정한 개념을 충족했습니다: 각 채굴자는 동일한 코드를 실행하고, 동일한 규칙을 따르며, 동일한 양의 돈을 벌게 됩니다(해시 파워에 비례하여).

하지만 간단히 말해, 이는 지속 가능하지 않았습니다. 금융적 유인은 경쟁을 조장하며, 가장 포괄적인 MEV 거래가 승리합니다. 채굴자들은 가장 수익성 있는 거래를 선택하기 위해 경제적 유인을 받기 때문입니다. 이러한 경우, 채굴자는 가장 많은 이익을 얻는 사람이며, 그들은 게임을 할 필요조차 없습니다. 충분한 경쟁이 있다면, 이익은 항상 채굴자(또는 PoS 이더리움의 경우 검증자)에게 향하게 됩니다.

단기: 가스 전쟁

첫 번째 결과는 곧 나타났습니다. 모든 MEV 거래는 성공 여부와 관계없이 여전히 체인에 포함된 시도입니다. 이는 이더리움의 제한된 블록 공간을 낭비하게 되어 수수료가 믿을 수 없을 정도로 높아졌습니다.

데이터 출처: Etherscan

중기: 합의의 중앙화

채굴자들이 블록 구축자로서의 권력을 인식하게 되면서 새로운 중앙화의 힘이 등장했습니다. 입찰이 어떻게 되든, 블록 구축자는 자신의 MEV 거래를 포함시킬 수 있도록 보장할 수 있습니다.

참고: EIP-1559 이후에도 블록 구축자는 기본 수수료(base fee)를 지불해야 합니다.

새로운 전략은 블록 구축자가 체인을 적극적으로 모니터링하여 MEV 기회를 직접 활용하는 것입니다. 이는 합의 메커니즘과 독립적으로 강력한 중앙화 벡터가 되는 이유를 쉽게 알 수 있습니다: 블록을 더 자주 생성하면 더 많은 MEV 추출이 발생합니다. 그러나 불행히도, 규모의 경제로 인해 시간이 지남에 따라 MEV는 추출을 강화하여 공정한 지침 개념을 깨뜨립니다.

장기: 잘못된 유인

이러한 중앙화는 2차 결과를 초래했습니다: 블록 구축자는 거래를 정렬하는 것 외에도 예상대로 자신의 블록을 추가하거나 블록체인을 몇 개의 블록 뒤로 롤백하여 최근 거래에서 모든 MEV 기회를 "훔칠" 수 있습니다. 극단적인 경우, 이전 블록의 MEV를 훔치는 것이 더 수익성이 있을 수 있으며, 이는 불안정한 블록체인이 더 작은 분기로 계속 분열되는 결과를 초래할 수 있습니다. 이로 인해 결제 시간이 길어질 수 있습니다.

다행히도, 마지막 문제는 기본 레이어에서 실현되지 않았습니다. 그러나 소수의 뛰어난 행위자가 강력한 경제적 유인에 반대하여 선의로 행동하는 것에 의존하는 것은 이더리움이 추구하는 탄력성 수준이 아닙니다. 충분히 긴 시간 범위 내에서 완전히 통제되지 않으면, MEV는 이더리움에 생존 위협을 초래할 것입니다.

3. 잠재적 해결책

MEV에 대한 많은 완화 제안이 있으며, 이는 여전히 열린 연구 분야입니다. 몇 가지 잠재적 해결책은 다음과 같습니다:

1. 수수료에 따라 블록 강제 정렬

결과:

(1) 가스 전쟁으로 돌아감;

(2) 저장 풀 합의 부족으로 인해 검증자가 불편한 거래를 무시할 수 있음;

2. 거래의 무작위 순서 강제 포함

열린 질문: 누가 무작위성을 결정하는가?

결과:

(1) 가스 전쟁으로 돌아감;

(2) 거래 합의 지연 증가;

(3) 검증자는 자신의 MEV 거래 외에도 블록을 인위적으로 비워둘 수 있어 나쁜 경험을 초래할 수 있음.

3. 암호화된 저장 풀

결과:

(1) 유독한 MEV 감소;

(2) 검증자의 정직한 가정 증가 필요;

(3) 지연 증가; (4) 복잡성 증가;

(5) 검열 저항성 증가;

(6) 검증자가 자가 포함된 MEV는 영향을 받지 않음.

연구자들은 암호학적 방법과 암호 경제학적 방법을 포함한 더 많은 잠재적 해결책을 탐색하고 있습니다. "MEV 해결"은 전체적으로 불가능합니다. 어떤 장애물도 더 심오한 MEV 추출을 초래하여 중앙화를 심화시킬 것입니다. 놀랍게도, 다음으로 가장 좋은 방법은 MEV가 불가피하다는 것을 받아들이고, 우리가 좋아하든 말든, 그것이 영원히 중앙화된 벡터가 될 것이라는 것입니다.

4. 블록 구축 시장

해결책은 블록 제안 과정과 블록 구축 과정을 분리하는 것입니다. 그래서 이를 Proposer-Builder Separation(블록 제안자-구축자 분리)라고 명명했습니다. "블록 제안자"의 개념은 이더리움의 PoS 설계에 이미 존재합니다. 매 12초마다 검증자가 블록 제안자로 선택됩니다. 블록이 구축되는 방식은 중요하지 않습니다. 검증자의 예상 작업은 이를 네트워크의 나머지 부분에 제안하는 것이며, 다른 모든 검증자의 작업은 이를 검증하여 어떤 규칙도 위반하지 않도록 하는 것입니다.

PBS의 전반적인 아이디어는 블록 구축자(builder)가 경쟁하고 블록 제안에 대한 입찰을 모든 검증자에게 제출하는 것입니다. 이 검증자가 해야 할 유일한 일은 가장 높은 입찰가의 블록을 제안하는 것입니다.

PBS를 사용하면 고도로 대립적인 MEV 전장이 블록 구축이 발생하는 곳으로 신중하게 격리됩니다. 또한 경매 시스템은 모든 검증자가 블록 구축자가 발견한 MEV 기회로부터 쉽게 혜택을 받을 수 있게 합니다, 규모에 관계없이.

포기하고 모든 것을 대규모 경매로 바꾸는 것은 MEV 자체를 실제로 수정하려고 하지 않는 것처럼 보입니다. 그러나 MEV는 너무 수익성이 높아 몇 가지 드문 변칙 사례로 간주할 수 없습니다. 우리가 프로토콜 내에서 이러한 경매를 직접 규정하지 않더라도, 여전히 어떤 형태로 존재할 것이며, 그것은 비공식적이고 불투명하며 앞서 언급한 중앙화의 힘에 의해 제약을 받을 것입니다. 통제되지 않으면, 개인 블록 구축 경매가 어떤 모습일지, 그리고 그것들이 블록체인의 탈중앙화와 신뢰할 수 있는 중립성에 미칠 모든 피해를 쉽게 알 수 있습니다.

PBS가 있으면 우리는 이러한 불가피한 경제 현실로부터 이익을 얻습니다. 우리는 이러한 시장이 어떤 모습이어야 하는지에 대한 규칙을 설계하고 우리가 좋아하지 않는 부분을 제거할 수 있습니다. 우리는 이를 공정하고 투명하며 모든 검증자가 접근할 수 있도록 만들 수 있습니다.

이상적인 블록 구축 시장

이상적인 시장은 어떤 모습이어야 할까요?

1. 중립적

(1) 블록 제안자는 특정 블록 구축자를 선호할 동기가 없어야 합니다;

(2) 블록 구축자는 특정 블록 제안자를 선호할 동기가 없어야 합니다;

2. 최소한의 블록 제안자 오버헤드

(1) 낮은 하드웨어 요구 사항으로 시장에 더 많은 블록 제안자가 허용됩니다;

3. 번들 보안

(1) 블록 제안자는 구축된 블록을 가로채고 MEV 거래로 자신의 거래를 대체할 수 없어야 합니다;

4. 합의의 단순성

(1) 블록 구축 시장에서 구축된 블록은 합의 레이어에 중대한 변경을 필요로 하지 않습니다.

기존의 블록 구축 시장

프로토콜 내에서 PBS를 직접 구현하는 것은 복잡하며 시간이 걸립니다. 그동안 동일한 목표를 달성하기 위해 몇 가지 프로토콜 외 솔루션이 등장했지만, 이들은 몇 가지 미세한 절충이 있습니다. 공식적으로 프로토콜에 기록되지 않았지만, 프로토콜 외 구현은 더 높은 수준의 실험을 허용하고 최종 구현을 위한 훌륭한 테스트 플랫폼을 제공합니다. Flashbots는 전체 번들 또는 무 번들(all-or-nothing bundle) 및 조건부 지불을 포함한 블록 구축 시장을 만들었습니다.

그들의 도구는 다음과 같습니다:

1. MEV-Geth

(1) 클라이언트 다양성에 불리함

(2) 병합 이전에만 작동

2. MEV-Boost

(1) 클라이언트에 독립적이며 이전 구현의 문제를 해결함

(2) 검증자는 블록을 조작할 수 없으며(그들은 블록 헤더에 서명한 후에만 블록 본체를 받음)

그러나 프로토콜 외 시장은 여전히 몇 가지 단점이 있습니다:

(1) 중계자는 여전히 신뢰해야 함

(2) 검열 문제

이미지 출처: Jon Charbonneau 및 Delphi Digital

5. 남은 문제

적절한 PBS 설계는 여전히 활발한 연구 분야입니다. 우리는 지침 원칙이 있지만, 최종 구현은 쉽지 않습니다.

1. 블록 구축자 중앙화

블록 구축자 중앙화는 블록 제안자 중앙화보다 해가 적지만 여전히 이상적이지 않습니다. 따라서 우리는 궁극적으로 분산된 블록 구축자 네트워크를 생성하기 위한 연구를 진행하고 있으며, 이는 집중된 실체를 초월할 수 있기를 바랍니다.

2. 검열 문제

crLists를 구현하면 여전히 검열이 가능하지만, 경쟁이 치열한 시장에서는 장기 거래 검열이 지나치게 비쌉니다. 블록 구축자가 블록을 채워야 합니다. 블록 구축자가 블록을 채우지 않으면, 공간은 블록 제안자가 선택한 거래로 채워집니다. 이러한 증가된 방어는 극단적인 블록 구축자 중앙화가 초래하는 생존 위협을 크게 줄입니다. 암호화된 저장 풀은 검열 문제와 유독한 MEV를 동시에 해결할 수 있지만, 기본 프로토콜 측면에서의 업그레이드가 필요합니다.

3. 높은 MEV 차별

수익이 PBS를 통해 민주화되더라도, 블록 제안자의 운은 스테이킹 ETH를 모으는 유인 요소로 남아 있습니다. 한 실체가 소유한 검증자가 많을수록 블록을 제안하고 MEV 보상을 받을 가능성이 높아집니다. 핵심 프로토콜에서 MEV 평활화를 구현하면, 스테이킹 보상이 스테이킹 수량에 비례하여 지급되는 이상적인 공정한 시나리오에 도달할 수 있습니다. MEV 보상은 집계되어 검증자에게 평균적으로 지급됩니다. 또한, 프로토콜 내 MEV 평활화를 최적의 방식으로 구현하면 PBS 설계를 회피하려는 동기를 줄일 수 있습니다.

4. 공식 규범

PBS 분야에는 많은 중요한 연구 계획이 있지만, 유인이나 경제학에 대한 공식 분석이 명백히 부족합니다. 또한 연구 공간은 빠르게 변화하고 있으며, 분석 및 구현 단계에 도달하기 전에 더 많은 발전이 불가피합니다.

6. 결론

지난 몇 년 동안 MEV와 프로토콜 연구에서 많은 일이 일어났으며, 우리가 그것에 대해 더 많이 알수록 이 주제는 더욱 광범위해집니다. 우리는 여전히 해결되지 않은 문제가 있지만, 탈중앙화되고 높은 탄력성을 가진 중립적인 글로벌 네트워크로 나아가는 길에 있습니다. 더 깊이 알고 싶다면, Domothy가 여기에서 추가 읽기를 위한 목록을 정리했습니다.