L2 MEV 디코딩: 정렬기 워크플로우와 MEV 데이터 분석

작성자: Burce, Hildobby

편집: Lisa

* Dragonfly의 데이터 분석가 Hildobby가 L2 MEV 데이터에 대한 지원에 감사드립니다.

L2 MEV 핵심 역할: Sequencer

L2 Sequencer는 이더리움 Layer 2 솔루션의 핵심 구성 요소로서 중요한 역할을 합니다. 주요 임무는 거래를 처리하는 것으로, 거래를 패키징하여 ETH 메인 체인 또는 오프 체인 네트워크에 제출하여 전체 블록체인 생태계의 처리량과 효율성을 높이는 것입니다. 구체적으로, Sequencer는 이더리움 메인 체인의 거래 풀과 유사한 역할을 하지만, 작업 방식과 범위가 더욱 전문화되어 있습니다. 또한, L2 Sequencer는 애플리케이션과 스마트 계약에 더 많은 운영 자유도를 제공하여, 더 복잡한 논리와 계약이 L2 레벨에서 구현될 수 있도록 하며, 높은 가스 비용에 대한 걱정 없이 가능합니다.

Sequencer 거래 처리 과정

1. 수집

Sequencer는 사용자로부터 거래 요청을 수신합니다. 이러한 요청은 일반적으로 이더리움 거래 형식이지만, 메인 체인이 아닌 Layer 2 네트워크로 전송됩니다.

2. 검증

Sequencer는 거래를 검증하여 발신자가 해당 거래를 실행할 충분한 자금을 보유하고 있는지, 그리고 Layer 2 네트워크의 규칙을 준수하는지 확인합니다. 또한, 사기 및 이중 지불을 방지하기 위해 거래의 유효성을 보장합니다.

3. 정렬

Sequencer는 거래를 특정 규칙에 따라 정렬하여 올바른 순서로 실행되도록 하여 잠재적인 거래 충돌을 방지합니다.

4. 제출

거래가 검증 및 정렬되면, Sequencer는 이를 Layer 2 네트워크에 제출하여 실행될 수 있도록 합니다. 이는 일반적으로 Layer 2 스마트 계약과의 상호작용, 상태 업데이트 및 Layer 2의 장부가 ETH 메인 체인의 장부와 동기화되도록 하는 것을 포함합니다.

다양한 L2 Sequencer의 정렬 규칙

Arbitrum의 정렬 규칙

MEV 문제를 최대한 피하기 위해, Arbitrum은 공개 메모리 풀을 두지 않고 선착순(FCFS) 정렬 방식을 채택하여 먼저 제출된 거래가 더 빨리 처리될 수 있도록 합니다.

Optimism의 정렬 메커니즘

Optimism은 MEV 경매(MEVA)라는 경매 정렬 메커니즘을 도입하여 거래 처리의 장점과 단점을 공정하게 분배합니다. 또한, Optimism은 Bedrock 업그레이드 이후 Bedrock Sequencer를 시작하여 MEVA와 함께 정렬에 사용합니다. Arbitrum과 유사하게, Bedrock Sequencer는 자체 개인 메모리 풀을 가지고 있습니다. MEVA는 아직 완전히 구현되지 않았지만, 현재 계획에 따르면 MEVA의 승자는 제출된 거래를 재정렬하고 자신의 거래를 삽입할 권리가 있으며, 특정 거래를 N 블록 이상 지연시킬 수는 없습니다. 이는 MEVA 승자의 MEV 이익이 제한됨을 의미합니다.

기타 L2 솔루션의 정렬 규칙

Arbitrum과 Optimism 외에도 zkSync, Loopring, Starknet 등 다양한 L2 솔루션이 있으며, 각기 다른 정렬 규칙을 채택하여 다양한 사용자와 애플리케이션의 요구를 충족하고 있습니다.

L2에서의 MEV 추출

블록체인 세계에서 MEV(채굴자가 추출할 수 있는 가치)의 발생은 여러 요인이 상호 작용한 결과입니다. 그 근본 원인은 사용자가 제출한 거래 정보가 네트워크에서 전파되고 실제 블록이 채굴되는 사이에 불가피한 지연이 존재하기 때문입니다. 이 시간 차이는 노드에게 조작할 수 있는 공간을 제공합니다. 탈중앙화 시스템의 본질로 인해, 서로 다른 노드가 거래를 수신하는 순서와 시간이 다를 수 있으며, 이는 시스템이 모든 노드의 상태가 동시에 일치한다고 보장할 수 없음을 의미합니다. 이러한 불일치는 MEV의 발생 조건을 만듭니다.

이더리움 메인넷에서는 MEV 추출이 규모화된 이익을 형성했습니다. MEV 공격자는 일반적으로 메모리 풀(Mempool)에서 거래 상황을 모니터링하고, 소위 가스 경매(Gas Auction)에 참여하거나 오프 체인에서 뇌물을 통해 자신의 거래가 우선 처리되도록 보장합니다. 이렇게 그들은 미리 정해진 거래 순서를 통해 이익을 얻을 수 있습니다.

MEV 이익을 얻는 과정은 두 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 첫째, 공격자는 잠재적으로 수익성 있는 거래를 식별하고 MEV를 추출하기 위해 최적화된 거래 블록을 구성해야 합니다. 둘째, 이러한 특별히 구성된 거래가 네트워크에 의해 수용되고 블록체인에 포함될 수 있도록 최대한 보장해야 합니다.

그러나 Layer 2(L2) 솔루션의 출현으로 MEV 추출 방식과 전략이 크게 변화했습니다. L2 솔루션의 정렬기가 많은 경우 중앙 집중화되어 있으며, 전통적인 Layer 1(L1)과 비교할 때 MEV 추출은 새로운 도전과 기회를 맞이하고 있습니다.

메모리 풀이 없는 L2 솔루션의 경우, 거래 모니터링이 더욱 어려워집니다. 이러한 경우, 정렬기는 거래 처리 순서를 직접 결정하기 때문에 더 많은 권한을 가집니다. 메모리 풀이 없다는 것은 공격자가 L1 솔루션에서처럼 거래 풀을 모니터링하여 거래 순서를 조정할 수 없음을 의미하며, 이는 MEV 공격을 수행하는 데 큰 어려움을 증가시킵니다.

중앙 집중화된 정렬기가 있는 메모리 풀이 있는 L2 솔루션에서는 가스 경매가 정렬에 미치는 영향이 줄어듭니다. 일부 L2는 가스 경매가 전혀 없으며, 이는 게임의 규칙을 변화시킵니다. 공격자는 거래의 정확한 순서를 결정할 수는 없지만, 여전히 가스 요금을 조정하여 자신의 거래 위치에 영향을 미치려고 시도할 수 있습니다. L1에 비해 이러한 전략의 성공률과 예측 가능성은 훨씬 낮습니다.

또한, 일부 L2의 독립 DAPP는 자체 지역 거래 메모리 풀을 유지할 수 있습니다. 이러한 메모리 풀은 공격자가 잠재적으로 모니터링할 수 있는 목표가 되며, 그들은 이러한 DAPP 고유의 메모리 풀을 활용하여 MEV 추출을 수행할 수 있습니다.

가스 경매를 운영하는 L2 체인, 예를 들어 Polygon에서는 검증 노드(validator)의 참여가 완전히 개방적이지 않습니다. 이러한 경우, 공격자가 MEV 기회를 감지하면, 자신의 거래가 블록체인에 포함될 가능성을 높이기 위해 대량으로 거래를 제출하는 전략을 사용할 수 있습니다. 이 전략은 운과 낮은 거래 비용에 의존하며, 확실성이 떨어지는 공격 방식입니다.

마지막으로, 공격자는 L1과 L2 간 또는 서로 다른 L2 솔루션 간의 상호작용을 활용하여 MEV를 추출할 수 있습니다. 이는 공격자가 크로스 체인 상태와 동적에 대한 깊은 이해와 분석 능력을 요구합니다.

서로 다른 L2 간 MEV 추출 공간 차이

MEV 추출 공간은 서로 다른 L2 솔루션 간에 상당한 차이가 있습니다. 이러한 차이는 주로 L2의 정렬기 규칙, 메모리 풀 설계, 거래량 및 거래 규모 등의 요인에 의해 결정됩니다. 일반적으로, L2 솔루션의 정렬기가 중앙 집중화될수록 MEV 추출 공간은 더욱 집중되며, 따라서 추출 기회는 상대적으로 적습니다. 반면, 메모리 풀 설계가 개방적일수록 공격자에게 제공되는 공간이 커지며, 거래 모니터링 및 순서 조작의 기회가 많아집니다.

동시에, L2 솔루션의 거래량과 거래 규모도 MEV 추출 공간에 중요한 영향을 미칩니다. 거래량이 많고 거래 규모가 큰 L2는 MEV 추출 기회를 더 많이 제공합니다. 높은 거래량 환경에서는 수익성 있는 거래가 더 많아 공격자가 이익을 추출할 기회가 많습니다. 반대로, 거래량이 적고 거래 규모가 작은 L2는 MEV 추출 공간이 상대적으로 작습니다. 기회 자체가 적기 때문입니다.

L2 MEV 미래 해결책

블록체인 기술의 본질적인 문제 중 하나는 진정한 탈중앙화를 어떻게 실현할 것인가입니다. L2에서 이 문제의 핵심은 탈중앙화 정렬기(decentralized sequencer)의 구현으로, 이는 거래의 순서 결정 권한이 어떻게 분배되는지를 다룹니다. 이는 블록체인 시스템의 공정성, 안전성 및 기타 핵심 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. L2의 MEV 문제는 사실 거래 정렬 권한의 파생 문제입니다. 현재 대부분의 L2는 중앙 집중화된 정렬기를 사용하고 있으며, MEV 추출이 불투명합니다. 잠재적인 해결 방향은 두 가지가 있습니다. 하나는 특정 메커니즘을 통해 정렬기의 탈중앙화를 실현하는 것이고, 다른 하나는 정렬 권한을 제3자에게 아웃소싱하여 제3자가 정렬 방안을 구축하도록 하는 것입니다.

탈중앙화 정렬기

블록 공간 경매(Blockspace Auction)는 경매를 통해 정렬 권한을 분배합니다. 이 메커니즘에서 참여자는 특정 시간대의 블록 공간에 대해 공개적으로 입찰하며, 해당 블록 공간에 대한 정렬 권한을 가집니다. 이 방식의 장점은 투명성과 경쟁성을 제공하여 참여자가 더 합리적인 가격을 제시하도록 유도할 수 있다는 것입니다. 그러나 단점은 '승자의 저주'를 초래할 수 있다는 점입니다. 즉, 승자가 과도한 입찰로 인해 실제로 손실을 입을 수 있습니다.

무작위 리더 선출(Random leader election)은 특정 조건을 충족하는 참여자 풀에서 무작위로 리더를 선택하여 정렬하는 방식입니다. 예를 들어, 32 ETH를 스테이킹한 사용자 중에서 선택하는 Starknet의 무작위 추출 방법이 있습니다. 이 방법의 장점은 무작위성이 있어 잠재적인 부정 경쟁을 줄일 수 있지만, 단점은 참여자의 능력과 기여도를 무시할 수 있으며, 경쟁이 부족하면 효율성이 저하될 수 있습니다.

'작업 증명'(Proof-of-Work)은 많은 잠재적 정렬자가 특정 블록의 구축을 위해 경쟁하게 하여, 정렬자가 가장 효율적이거나 빠른 경쟁자가 되어 승리하는 방식입니다. 이 방식의 장점은 기술 혁신과 효율적인 운영을 장려하지만, 단점은 자원의 대량 낭비를 초래할 수 있습니다.

경제 경쟁(Economic competition)은 다양한 참여자가 경쟁을 통해 최상의 경제적 효과를 달성하는 방법입니다. 예를 들어, 블록 수수료에 따라 블록 포함 순서를 결정하는 방식은 유연성이 높고 MEV 재분배, MEV 경매 등 다양한 설계 공간이 있습니다. 이를 통해 개방적인 경제 메커니즘을 통해 블록 구축을 장려합니다. 이 방식은 시장의 활력을 촉진하지만, 소수의 실체가 경쟁 우위를 통해 정렬 권한을 독점할 수 있는 위험이 있습니다.

공정 정렬(Fair Sequencing)은 특정 알고리즘을 통해 거래를 직접 정렬하는 방식으로, 본질적으로 언어 및 네트워크입니다. Chainlink는 현재 이 방안을 구현하였으며, 공정 정렬의 장점은 거래 순서를 조정하여 MEV 가치를 추출할 수 있는 공간을 제한하는 것입니다. 그러나 단점은 DAPP의 공정 정렬 하에서의 성능이 저하될 수 있으며, 공정 정렬 규칙의 적용 가능성이 낮다는 점입니다.

탈중앙화 정렬기의 구현은 공정성과 투명성을 촉진할 뿐만 아니라 전체 시스템의 안전성을 높일 수 있습니다. 그러나 이는 자원 낭비와 시장 장벽과 같은 일련의 도전을 가져옵니다. 미래의 관점에서 각 L2는 탈중앙화 정렬기의 방향으로 발전할 것이지만, 현재로서는 효율성과 비용을 고려하여 대부분의 L2는 중앙 집중화된 정렬기를 유지할 것입니다.

정렬 권한을 제3자에게 아웃소싱

공유 정렬기(Shared Sequencer), 예를 들어 Espresso와 Astria. 이들은 정렬 서비스를 제공하는 데 집중하며, 그들의 서비스에 접속하는 체인은 정렬 문제를 고려할 필요가 없습니다. 이 방식의 장점은 정렬기의 작업을 표준화하고 전문화할 수 있지만, 외부 의존성을 도입하여 탈중앙화 정도에 영향을 미칠 수 있습니다.

개인적인 관점에서 볼 때, 공유 정렬기 솔루션은 사실상 모듈화된 사고이지만, 우리는 공공 블록체인에 대해 블록 구축 및 거래 정렬을 위한 실행 가능한 탈중앙화 솔루션과 메커니즘을 구축하는 것이 공공 블록체인을 구축하는 일의 일부라는 점을 고려해야 합니다. 모듈화의 출현과 함께 공유 정렬기는 널리 사용될 가능성이 높습니다.

크로스 체인 MEV 경매를 조직하여 간접적으로 정렬 서비스를 제공하는 방식, 예를 들어 SUAVE. SUAVE는 실제로 체인으로, SUAVE의 솔루션을 사용하는 것은 블록 구축 및 메모리 풀 서비스를 SUAVE에 아웃소싱하는 것입니다.

SUAVE의 특징은 다음과 같습니다: SUAVE는 MEV를 포착하지 않으며(가스 수수료 제외); 검색자는(SUAVE에서 자신의 선호를 표현) 실행자가 그들의 거래 패키지(크로스 체인 MEV 포함)를 수락하도록 요구하여 MEV를 추출합니다; 실행자도 검색자의 MEV의 일부를 포착할 수 있습니다(가능한 한 많이 검색자에게 지급). 이 방법의 장점은 공개 시장을 통해 자원 배분을 최적화할 수 있다는 것이지만, 단점은 시스템 복잡성을 증가시킬 수 있으며, 어느 정도 탈중앙화 수준을 낮출 수 있습니다.

L1에 블록 구축을 아웃소싱, 즉 Based Rollup(예: Taiko).

L1은 이미 충분히 탈중앙화된 시스템을 구축하였으며, 탈중앙화된 정렬 서비스를 수행할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. Based Rollup의 MEV 추출 방식은 다음과 같습니다: MEV는 자연스럽게 이더리움으로 흐르며, L1의 경제적 안전성을 강화합니다; L2의 검색자(L2 거래 패키지를 생성하는)와 L2의 구축자(mev-boost를 실행할 수 있는)도 일부 MEV를 분배받을 수 있습니다; L2 검색자가 이더리움 메모리 풀, Based Rollup의 메모리 풀 및 두 체인의 상태를 모니터링하면 크로스 체인 MEV 가치를 포착할 수 있습니다. 이 솔루션의 실행 가능성은 높지만, 단점은 현재의 솔루션을 초과할 수 없다는 점입니다. 현재 이더리움의 구조 하에서 MEV 추출 공간이 크므로, 정렬 권한을 L1에 넘기면 MEV 생태계에 개선이 없을 것입니다.

블록 제안 작업을 제3자에게 아웃소싱하면 자원 최적화 및 리스크 분산의 이점을 가져올 수 있지만, 동시에 탈중앙화에 대한 잠재적 위협을 초래할 수 있습니다.

L2 MEV 데이터

Dragonfly의 데이터 분석가 @hildobby가 만든 dune 패널은 일부 L2의 MEV 데이터를 보여줍니다.

Polygon

Polygon에서의 샌드위치 공격은 상대적으로 적으며, 대부분의 시간 동안 1% 미만입니다. 올해 9월에는 약 2.3%의 정점에 도달했습니다. 거래량 기준으로 볼 때, 샌드위치 공격의 영향을 받는 거래량은 매우 낮습니다.

샌드위치 거래 비율

샌드위치 거래량

Polygon 네트워크에서의 차익 거래 비율이 더 높으며, 거래량은 샌드위치 공격보다 현저히 큽니다.

차익 거래 비율

차익 거래량

Arbitrum

2023년 이후, Arbitrum 블록 거래에서 샌드위치 공격의 비율이 충분히 낮은 수준으로 떨어졌습니다. 거래량 측면에서, 총 거래량은 수십억 달러에 달하지만, 샌드위치 공격이 포함된 거래량은 수십만 달러에 불과하여 매우 적습니다. 이는 Arbitrum FIFO의 거래 정렬 규칙과 관련이 있을 수 있습니다.

샌드위치 거래 비율

샌드위치 거래 비율

다른 체인과 비교할 때, Arbitrum에서의 차익 거래 비율은 상대적으로 작습니다. 그러나 Arbitrum의 샌드위치 거래와 비교할 때, 차익 거래의 거래량은 여전히 훨씬 큽니다.

차익 거래 비율

차익 거래량

Optimism

Optimism에서는 상황이 다릅니다. 블록 거래에서 샌드위치 공격 비율이 한때 62.7%에 달했지만, 시간이 지남에 따라 점차 감소하였으며, 그 이유는 Bedrock 업그레이드가 EIP-1559와 유사한 가스 메커니즘을 도입했기 때문입니다. 최근에는 샌드위치 공격 비율이 충분히 낮은 수준으로 떨어졌습니다. 거래량 측면에서, 샌드위치 공격의 규모는 수천 달러로 줄어들었습니다.

샌드위치 거래 비율

샌드위치 거래량

Optimism에서의 차익 거래 비율은 2%에서 4% 사이로, 지난해와 비교하여 감소 추세를 보이고 있습니다. 차익 거래의 거래량은 상대적으로 낮습니다.

차익 거래 비율

차익 거래 비율

요약

전반적으로 L2 Sequencer와 MEV 간의 관계는 ETH 생태계 발전에 중요한 의미를 갖습니다. 현재 L2가 직면한 도전은 MEV 추출을 방지하기 위해 공정하고 투명한 정렬 메커니즘을 보장하는 것입니다. 그러나 L2 솔루션의 복잡성과 다양성은 MEV 저항, 공정하고 투명한 정렬 메커니즘 보장 등 여러 도전을 가져옵니다. 현재 단계에서, Shared Sequencer와 거래 정렬의 프라이버시를 보호하는 암호학적 방법과 같은 몇 가지 실행 가능한 해결책이 이미 존재합니다.

미래의 실행 가능한 해결책은 Sequencer의 탈중앙화에 더욱 집중하여 잠재적인 MEV 추출 공간을 줄이는 방향으로 나아갈 것입니다. 동시에 블록 생성을 제3자에게 아웃소싱하여 전체 네트워크 시스템의 공정성과 효율성을 높이는 방안도 고려할 수 있습니다. 한편, 크로스 체인 MEV의 출현은 MEV의 정의와 중요성을 재검토하고, Slot Auctions 및 Interchain Scheduler와 같은 새로운 방안을 탐구할 필요가 있습니다. 또한, 향후 연구 과제에는 L2 체인에서의 MEV를 정량화하는 방법, PGA가 L2에 미치는 영향 등이 포함되며, 이러한 문제의 해결은 L2 분야의 MEV 저항 전략을 더욱 완성하는 데 기여할 것입니다.