Quantifizierung des Blockchain Extractable Value: Wie dunkel ist der Wald?

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

Blockchain Extractable Value (BEV) stellt eine fundamentale Herausforderung für die Sicherheit dezentraler Finanzen dar, bei der opportunistische Händler durch strategische Transaktionsreihenfolge monetären Wert aus DeFi-Smart Contracts extrahieren. Mit über 90 Mrd. $, die in DeFi-Protokollen gebunden sind, haben die finanziellen Anreize zur BEV-Extraktion ein ausgeklügeltes Ökosystem automatisierter Trading-Bots und Miner-Ausbeutung geschaffen.

Die Transparenz von permissionless Blockchains erweist sich als zweischneidiges Schwert: Während sie trustless Transaktionen ermöglicht, macht sie auch profitable Gelegenheiten für räuberische Akteure zugänglich, die legitime Transaktionen vorwegnehmen können. Diese Forschung bietet die erste umfassende Quantifizierung von BEV über mehrere Extraktionsmethoden hinweg und bewertet die praktischen Risiken für die Blockchain-Konsenssicherheit.

2. Analyse des Blockchain Extractable Value

2.1 BEV-Extraktionsmethoden

Drei primäre BEV-Extraktionsmethoden dominieren die Landschaft:

• Sandwich-Angriffe: Platzierung von Transaktionen vor und nach der Transaktion eines Opfers, um Preisdifferenzen abzuschöpfen
• Liquidierungen: Ausnutzung unterbesicherter Positionen in Leihprotokollen
• Arbitrage: Nutzung von Preisdifferenzen zwischen dezentralen Börsen

2.2 Quantitative BEV-Messung

Unsere Analyse umfasst 32 Monate Blockchain-Daten, die 49.691 Kryptowährungen und 60.830 On-Chain-Märkte abdecken. Der insgesamt extrahierte BEV beläuft sich auf 540,54 Mio. $, verteilt auf 11.289 Adressen.

3. Technisches Framework

3.1 Generalisierter Trading-Bot-Algorithmus

Wir führen den ersten konkreten Algorithmus für generalisierte Trading-Bots ein, die unbestätigte Transaktionen ersetzen können, ohne die zugrunde liegende Logik der Opfertransaktionen zu verstehen:

Algorithmus: Generalisierte Transaktionswiedergabe
Eingabe: Ausstehende Transaktionspool T, Gaspreis G
Ausgabe: Profitabe Transaktionssequenz S

1. Überwache Mempool auf eingehende Transaktionen T_i
2. Simuliere für jedes T_i die Ausführung und schätze Profit P_i
3. Wenn P_i > Schwellenwert θ:
   a. Konstruiere Front-Running-Transaktion F mit Gas G' > G
   b. Konstruiere Back-Running-Transaktion B
   c. Sende Sequenz [F, T_i, B] an das Netzwerk
4. Wiederhole für alle profitablen Gelegenheiten

Dieser Algorithmus erzielte über 32 Monate einen geschätzten Profit von 57.037,32 ETH (35,37 Mio. $).

3.2 Mathematische Formulierung

Die Profitabilitätsbedingung für Miner, die Chain zu forken, kann ausgedrückt werden als:

$$P_{BEV} > \frac{R_{block}}{\alpha} \times C_{fork}$$

Wobei $P_{BEV}$ der extrahierbare Wert, $R_{block}$ der Blockreward, $\alpha$ der Hashrate-Anteil des Miners und $C_{fork}$ die Forking-Kosten sind. Für Ethereum wird ein rationaler Miner mit 10% Hashrate forken, wenn BEV das 4-fache des Blockrewards übersteigt.

4. Experimentelle Ergebnisse

4.1 BEV-Extraktionsstatistiken

Unsere Analyse enthüllt atemberaubende BEV-Extraktionszahlen:

• Höchste Einzel-BEV-Instanz: 4,1 Mio. $ (616,6× Ethereum-Blockreward)
• Privat geroutete Sandwich-Angriffe: 240.053 Angriffe mit 81,04 Mio. $ Ertrag
• Privat geroutete Arbitrage: 110.026 Instanzen mit 82,75 Mio. $ Ertrag
• Transaktionswiedergabe-Potenzial: 188.365 Transaktionen mit 35,37 Mio. $ extrahierbarem Wert

4.2 Sicherheitsimplikationen

Die Konzentration der BEV-Extraktion schafft erhebliche Risiken für die Konsensschicht. Zentralisierte BEV-Relay-Systeme verschärfen diese Risiken weiter, indem sie zentralisierte Fehler- und Koordinationspunkte schaffen.

5. Analyse von BEV-Relay-Systemen

Entstehende zentralisierte BEV-Relay-Systeme stellen einen fundamentalen Wandel in der BEV-Extraktionsdynamik dar. Diese Systeme:

• Schaffen zentralisierte Koordinationspunkte für BEV-Extraktion
• Erhöhen Miner-Anreize für Chain-Reorganisationen
• Reduzieren Transparenz in der Transaktionsreihenfolge
• Ermöglichen potenziell größere Konsensangriffe

Unsere Analyse zeigt, dass Relay-Systeme signifikanten BEV-Wert erfasst haben: 240.053 privat geroutete Sandwich-Angriffe (81,04 Mio. $), 1.956 privat geroutete Liquidierungen (10,69 Mio. $) und 110.026 privat geroutete Arbitragen (82,75 Mio. $).

6. Zukünftige Anwendungen & Richtungen

Die BEV-Landschaft entwickelt sich weiter mit mehreren kritischen Entwicklungen:

Technische Gegenmaßnahmen

• Faire Sequenzierungsdienste und Commit-Reveal-Schemata
• Schwellenwertverschlüsselung für Transaktionsprivatsphäre
• MEV-bewusste Konsensmechanismen (z.B. Ethereums Proposer-Builder-Separation)

Regulatorische Überlegungen

• Einstufung von BEV-Extraktion unter Wertpapiergesetzen
• Anti-Front-Running-Regulierungen für DeFi-Protokolle
• Transparenzanforderungen für miner-extrahierten Wert

Protokoll-Level-Lösungen

• Verbesserungen im Automated Market Maker-Design
• Zeitbasierte Transaktionsreihenfolge
• Dezentrale Blockbau-Märkte

7. Referenzen

1. Qin, K., Zhou, L., & Gervais, A. (2021). Quantifying Blockchain Extractable Value: How dark is the forest?
2. Daian, P., et al. (2020). Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges.
3. Torres, C. I., et al. (2021). Frontrunner Jones and the Raiders of the Dark Forest: An Empirical Study of Frontrunning on the Ethereum Blockchain.
4. Zhou, L., et al. (2021). High-Frequency Trading on Decentralized On-Chain Exchanges.
5. Eskandir, S., et al. (2022). The Distributed Network of Transparent Dishonesty.
6. Buterin, V. (2021). Proposal for mitigating MEV in Ethereum 2.0.
7. Goldman Sachs Research (2022). DeFi and the Future of Finance.
8. IMF Working Paper (2022). Decentralized Finance and Financial Stability.