Porozmawiajmy o MEV | Część II | Klątwa Ethereum

Przez Maciej Kosior Ostatnia aktualizacja mar 11, 2022 9 772

Z drugiej części rozważań o MEV dowiesz się, jakie są jego dobre strony oraz jak bardzo istotny jest w kontekście złożoności Ethereum. Omówimy też zagadnienie występowania MEV na blockchainie Bitcoina (tak! tak!) oraz zastanowimy się, w jaki sposób możliwe jest rozwiązanie potencjalnych problemów, które MEV niesie ze sobą.

Spis treści

Słowem wstępu

Wielu uważa, że MEV jest zagrożeniem dla Ethereum. Realnym zagrożeniem, które przy spełnieniu się określonych scenariuszy może doprowadzić nawet do destabilizacji konsensusu w sieci. Jeżeli chcesz dowiedzieć się, czym jest MEV, jakie rządzą nim procesy oraz jakiego rodzaju zagrożenia stwarza dla użytkowników, jak również całej sieci, ten artykuł jest właśnie dla Ciebie.

Niniejszy tekst został opracowany na podstawie kilku źródeł, z których wyjąłem to, co najważniejsze dla zrozumienia złożoności zagadnienia i jego implikacji zarówno dla „zwykłych” użytkowników Ethereum, jak i dla całej sieci. Opracowania źródłowe są dość złożone i obszerne. Moim celem było przedstawienie tematu w jak najbardziej skondensowanej formie. Jeśli po lekturze tego tekstu nadal będziesz odczuwał niedosyt informacji (w co szczerze mówić wątpię:)), gorąco zachęcam Cię do zapoznania się z materiałem źródłowym, który wylistowałem na końcu tekstu.

Z części I tego artykułu dowiedziałeś się, co to jest MEV oraz jakie problemy stwarza zarówno dla użytkowników, jak i całej sieci Ethereum. Rozmawialiśmy o działalności botów arbitrażowych, wojnach o gas i opłatach transakcyjnych w sieci:

Porozmawiajmy o MEV | Część I | Ethereum w tarapatach

Serdeczne podziękowania dla Marka Kirejczyka (ethworks.io) za mentoring, wskazówki i pomoc w redakcji niniejszego opracowania.

kontynuujmy nasze rozważania…

MEV jutra, czyli gdzie leży jeszcze więcej zagrożeń?

Kolejna era MEV nadejdzie, gdy górnicy Ethereum zaczną aktywnie wykorzystywać MEV. Jednak do niedawna istniała powszechna hipoteza, że górnicy są na tyle altruistyczni, aby zrezygnować z przychodów z MEV i kontynuować korzystanie z domyślnego oprogramowania węzłów.

Analitycy z Paradigm uznali, że ta hipoteza altruizmu górników okazała się, w ciągu ostatnich 3 miesięcy, ostatecznie fałszywa. Zaobserwowano bowiem, że niewielka, ale znacząca część hash rate’u wykorzystywała samo MEV, dzieląc się przychodami z traderami zamiast zezwalać na aukcje bez pozwolenia i sprzedawać dostęp do prywatnych pul pamięci.

Ci sami badacze konstatują, że MEV pokonuje teraz próg energii aktywacji górników. Gorączkowa działalność traderów niezwiązanych z branżą miningową uwydatnia możliwości, które górnicy mogą wykorzystać w bardziej efektywny i zyskowny sposób. Ponadto typy MEV, do którychtraderzy nie mają dostępu, stanowią pulę całkowicie nietkniętych dochodów górników; pula ta może być znacznie większa niż dotychczas realizowane MEV. Na pewnym poziomie bardziej zaskakujące jest to, że zaangażowanie górników trwało tak długo.

Górnicy wyruszą dalej w głąb zagadnień związanych z MEV, badając coraz bardziej egzotyczne jego postaci. Jednym z przykładów powyższego może być opisana w części I struktura działań botów arbitrażowych. Na tej podstawie można stwierdzić, że użytkownicy Ethereum są w ogromnym niebezpieczeństwie.

Czy MEV jest unikalne dla Ethereum?

Nie, hipotetycznie MEV można również zobaczyć na Bitcoinie. Zachęty do cenzurowania kanałów Lightning lub double spendingu „kolorowych monet” (colored coins) są – technicznie rzecz biorąc – tym samym co MEV.

„On the Instability of Bitcoin Without the Block Reward” była prawdopodobnie pierwszą wyraźną identyfikacją MEV, pokazującą, że „normalne” opłaty transakcyjne Bitcoin są nieregularnym źródłem dochodów górników i zachęcają do niestabilności konsensusu (zachęcanie raczej do ponownego organizowania bloków bogatych w opłaty niż wydobywanie tych, które są w nie mniej zasobne).

Analitycy Paradigm stawiają jednak hipotezę, że Bitcoin jest z natury mniej narażony na MEV niż łańcuchy bloków, takie jak Etheruem.

Przyczyną tego jest złożoność (complexity) i „stanowość” (statefulness) odpowiedniego łańcucha blokowego:

Szybkość, z jaką MEV gromadzi się na danym łańcuchu bloków jest ogólnie proporcjonalna do złożoności jego zachowania w warstwie aplikacji.
Arbitralnie elastyczne protokoły, takie jak Ethereum, nie mogą ograniczać tej złożoności i są z natury ukierunkowane na większą złożoność w czasie.
Zachęty MEV nie mogą być łatwo złagodzone bez zmiany UX Ethereum.

Na tej podstawie można stwierdzić, że złożoność Ethereum (complexity) może być jego przekleństwem.

MEV a złożoność Ethereum

W pewnym czysto teoretycznym sensie nawet Bitcoin nie może ograniczyć swojej potencjalnej ekspozycji na MEV. Jednak projekt Bitcoina na tyle dobrze zniechęca niezamierzone przypadki użycia o wysokim MEV, że w praktyce są one rzadko spotykane. W opracowaniu Paradigm czytamy, że nie powinno to raczej ulec zmianie w przyszłości, a zatem trudno spodziewać się, że MEV stanie się większym problemem w ekosystemie Bitcoina. Badacze zaczajają jednak, że problem inflacji to już odrębna para kaloszy. Chodzi o to, że wydaje się mało prawdopodobne, jakoby MEV na Bitcoinie miał rosnąć w czasie niezależnie od stopy inflacji BTC. Obawa o spadek inflacji różni się od tego, czy można spodziewać się wzrostu wskaźnika MEV.

Tak czy inaczej, w przeciwieństwie do tego możemy zaobserwować, że MEV na Ethereum rośnie wykładniczo, głównie w wyniku dużych przepływów wartości przez aplikacje DeFi. Zdecentralizowane aplikacje finansowe, które wydają się tak obiecujące, mogą być zatem alternatywnie postrzegane jako pasożytnicze dla Ethereum: napędzające niczym nieograniczoną sieć MEV, która z dnia na dzień staje się większa i bardziej złożona.

Dlaczego complexity jest klątwą Ethereum?

Gdyby Lightning Network doprowadziło do stworzenia MEV na Bitcoinie – realistycznie zagrażając stabilności konsensusu sieci – możliwe byłoby usunięcie kodów operacyjnych potrzebnych do utworzenia kanałów płatności z ograniczonego zestawu reguł Bitcoin (Skryptu) w stosunkowo prosty sposób.

Z drugiej strony, gdybyśmy odkryli, że niektóre wzorce aplikacji (np. DEX, pożyczki, tokenizowane aktywa powiernicze itp.) stwarzają podobne ryzyko dla Ethereum, niemożliwe byłoby wykluczenie wszystkich możliwych implementacji tych zachowań na poziomie EVM. Poszczególne implementacje mogłyby zostać zforkowane, ale nie mogliśmy zapobiec ich ogólnemu zachowaniu bez pozwolenia na wdrożenie kontraktu lub poważnego ograniczenia EVM. W obu przypadkach Ethereum, „permissionless smart contracts” na Ethereum może okazać się mrzonką.

Jak naprawić problemy związane z MEV?

Czy Ethereum może zbudować mechanizm przeciwdziałający MEV w protokole? Badacze z Paradigm odpowiadają na to pytanie krótko: nie. Przynajmniej nie bez zmiany dewelopera i / lub doświadczenia użytkownika Ethereum.

Każda próba uniemożliwienia górnikom dostępu do strumienia przychodów może stanowić zachętę do tworzenia rynków pozaprotokołowych. Przykładowo, gdyby wszystkie transakcje były płatne tylko według stawki ryczałtowej, spodziewalibyśmy się, że górnicy będą w zmowie z traderami, aby akceptować płatności za priorytet transakcji poza regułami. Podobnie, gdyby wszystkie opłaty transakcyjne zostały spalone lub włożone do wspólnego worka, górnicy akceptowaliby po prostu poszczególne stawki opłat oddzielnie.

***

Jeśli ochrona motywacyjna Bitcoina zawiedzie, przynajmniej zanim nagrody blokowe spadną do ~ zera, trudno sobie wyobrazić, że jakikolwiek blockchain typu permissionless nie podzieli podobnego losu. Prostota Bitcoina jest nie tylko estetycznie elegancka, ale także minimalizuje jego dodatkową powierzchnię motywacyjną.

Bardziej interesuje nas Ethereum. Złożoność warstwy aplikacji Ethereum i MEV nadal rosną wykładniczo. Znana dolna granica przychodów z MEV może być większa niż wartość zachęt dla bezpieczeństwa górników ETH w ciągu roku.

Wydajna ekstrakcja MEV na dużą skalę może sprawić, że „podatek” nałożony na użytkowników Ethereum będzie nie do utrzymania. Ethereum może stać się przeciążone i bardziej kosztowne dla wszystkich aplikacji. UX platformy zostałby osłabiony, co mogłoby zahamować efekty i naturalne momentum rozwoju sieci Ethereum.

Oczywiście główną niewiadomą jest to, czy górnicy Ethereum zaczną maksymalnie wykorzystywać MEV na dużą skalę. Górnicy mogą uzyskać dostęp do nadzbioru MEV dostępnego dla traderów niezwiązanych z miningiem i mogą go wydobyć z maksymalną wydajnością, więc koszty i problemy z UX – jak czytamy w studium Paradigm -mogą być katastrofalne.

Łagodzenie MEV

Idealne rozwiązanie po prostu zmniejszyłoby MEV na Ethereum lub zwiększyłoby zachętę do bezpieczeństwa górników bez dodatkowej inflacji. W ramach paradygmatu Ethereum, w którym aplikacje bez uprawnień mają jednolity udział w zabezpieczeniach platformy, opcje są ograniczone do:

Lepszego projektu aplikacji: każda aplikacja może zaprojektować się sama, aby zminimalizować ilość tworzonego MEV. Może to być konkurencyjny wyróżnik, ponieważ użytkownicy uzyskają niższe koszty i lepszy UX. Jednak protokół nie może wymusić na aplikacjach tego, aby to zrobiły i istnieje ograniczenie dotyczące tego, jak wiele MEV dałoby się w ten sposób uniknąć.
Dodatkowych zachęt w zakresie bezpieczeństwa: stabilne strumienie przychodów górników inne niż nagroda blokowa (takie jak spalone BASEFEE3 EIP-1559) są dodatkiem do bezpieczeństwa protokołu i mogą pomóc zrównoważyć MEV.

Wszystkie podejścia zmierzające w kierunku utrudnienia bądź zwiększenia kosztów destabilizacji konsensusu mają poważne konsekwencje dla ekosystemu Ethereum. Wiele z nich wiąże się ze zmianami w podstawowym protokole, a ich wdrożenie może zająć lata. Te, które można by przeprowadzić tylko w warstwie aplikacji, nadal prawdopodobnie wymagają od deweloperów przebudowy architektury i migracji większości ekosystemu do innych środowisk.

MEW ma też pozytywne cechy – komentuje Marek Kirejczyk. Zwiększa płynność na giełdach, a transakcje kopane bezpośrednio przez minerów z prywatnych mempooli zmniejszają zaśmiecenie sieci.

MEW jest efektem stworzenia prawie „idealnie” wolnego rynku. Jego wpływ na ceny jest nie jasny (z jednej strony „zawala” sieć, ale z drugiej, auto-reguluje rynek, w bardzo efektywny sposób). Możemy spodziewać się tylko zwiększenia skomplikowania botów i zaangażowania minerów. Wyścig zbrojeń będzie trwał a użytkownicy czasem skorzystają a czasem dostaną rykoszetem.

Jak również można dodać, że taki problem prędzej czy później dotknąłby każdy zaawansowany blockchain ze smart contractami. Nie jest to więc „dziwność” ethereum, a po prostu pokazuje jak wygląda przyszłość. Podobne zjawiska są obecne np na tradycyjnych giełdach, są po prostu mniej rozbudowane.

Krótki przegląd rozwiązań w zakresie MEV na Ethereum:

Rollupy

Rollupy stały się dominującym rozwiązaniem skalującym L2 dla Ethereum. Generalnie rzecz biorąc, pozwalają one na wykonywanie aplikacji poza łańcuchem, publikując tylko minimum informacji potrzebnych do wykazania oszustwa (lub jego braku) w Ethereum. Pozwala to na małe opóźnienia i wysoką przepustowość bez rezygnacji z gwarancji bezpieczeństwa łańcucha w warstwie podstawowej.

Oprócz obietnicy rozwiązania skalującego, pakiety rollupy mogą również umożliwić oddzielenie zlecania i realizacji transakcji (patrz propozycja „MEV Auction” od Optimism). Vitalik Buterin zasugerował niedawno, że Ethereum może stać się przede wszystkim warstwą dostępności danych dla rollupów, które obsługują wszystkie transakcje, centralizując przechwytywanie MEV w ramach ich sekwencerów („ETH 1.5”).

Byłoby to znaczące odejście od obecnego projektu Ethereum i wiązałoby się z określonymi kompromisami. Na przykład, współdziałanie cross-rollup i rollup-mainchain przerywa synchronizację i może wymagać praktycznego wykonania różnych założeń (szczególnie w świecie wielu rollupów). Spółki portfelowe Paradigm pracują nad dwoma różnymi rodzajami rollupów:

StarkWare

StarkWare pracuje nad ZK-Rollup (ZKRU), który proaktywnie zawiera efektywnie weryfikowalne dowody poprawności z blokiem, zamiast optymistycznie zakładać ważność i zapewniać, że dowody oszustwa są dostępne, jeśli pojawi się wyzwanie.

Optimism

Optimism pracuje nad drugą wiodącą odmianą rollupu, Optimistic Rollup (ORU), która publikuje minimum danych niezbędnych do sprawdzenia potencjalnego oszustwa, ale optymistycznie zakłada poprawność, dopóki nie zostanie zakwestionowana. Pozwala to na wykorzystanie zasadniczo tego samego środowiska wykonawczego, co EVM L1 (dzięki czemu istniejące kontrakty mogą być przenoszone – bezproblemowo).

Flashbots

Flashbots to organizacja badawczo-rozwojowa utworzona w celu złagodzenia negatywnych skutków zewnętrznych i egzystencjalnego ryzyka stwarzanego przez MEV, poczynając od Ethereum. Zbudowali narzędzia do ilościowego określania MEV i eliminowania asymetrii informacji w ekosystemie. Obecnie wdrażają proof-of-concept ekstrakcji MEV bez pozwolenia, zwany MEV-Geth, mechanizm aukcji z blokową ceną ofertową, służący do przekazywania preferencji zleceń transakcyjnych.

Celem Flashbots jest upewnienie się, że zachęty MEV nie stają się nieprzejrzyste i niedemokratyczne. Miejmy nadzieję, że ich infrastruktura pozwoli twórcom aplikacji lepiej zrozumieć, jak zminimalizować ich ekspozycję na MEV i odciążyć się od presji, która w przeciwnym razie mogłaby się skumulować w naprawdę szkodliwe efekty zewnętrzne (np. ataki typu time-bandit).

Cosmos

Cosmos to alternatywny model dla interoperacyjnych aplikacji. Chociaż nie jest bezpośrednio powiązany z MEV w Ethereum, Cosmos jest architekturą, która może realistycznie umożliwić ekosystem aplikacji o podobnej złożoności bez przyjmowania jednolitego paradygmatu bezpieczeństwa Ethereum.

Można sobie wyobrazić, że łańcuchy bloków Cosmos będą w dużej mierze specyficzne dla aplikacji i domyślnie nie będą współdzieliły ze sobą zabezpieczeń, co może pozwolić im uniknąć efektów zewnętrznych, które byłyby szkodliwe na wspólnej platformie. Jeśli Ethereum pójdzie mocno w kierunku ETH1.5, będzie wyglądać bardzo podobnie do Cosmos (w rzeczywistości LazyLedger to w zasadzie ETH1.5 Cosmos).