Quantificando o Valor Extraível da Blockchain: Quão Sombria é a Floresta?

Índice

1. Introdução

O Valor Extraível da Blockchain (BEV) representa um desafio fundamental para a segurança das finanças descentralizadas, onde traders oportunistas extraem valor monetário de contratos inteligentes DeFi através da ordenação estratégica de transações. Com mais de US$ 90 bilhões bloqueados em protocolos DeFi, os incentivos financeiros para extração de BEV criaram um ecossistema sofisticado de bots de trading automatizados e exploração de mineradores.

A transparência das blockchains sem permissão torna-se uma espada de dois gumes: embora permita transações sem confiança, também expõe oportunidades lucrativas a agentes predatórios que podem realizar front-running de transações legítimas. Esta pesquisa fornece a primeira quantificação abrangente do BEV em múltiplos métodos de extração e avalia os riscos práticos para a segurança do consenso blockchain.

2. Análise do Valor Extraível da Blockchain

2.1 Métodos de Extração de BEV

Três métodos principais de extração de BEV dominam o cenário:

• Ataques Sandwich: Colocar transações antes e depois de uma transação da vítima para capturar diferenças de preço
• Liquidações: Explorar posições com colateral insuficiente em protocolos de empréstimo
• Arbitragem: Capitalizar diferenças de preço entre exchanges descentralizadas

2.2 Medição Quantitativa do BEV

Nossa análise abrange 32 meses de dados blockchain, cobrindo 49.691 criptomoedas e 60.830 mercados on-chain. O total de BEV extraído soma US$ 540,54 milhões distribuídos entre 11.289 endereços.

3. Estrutura Técnica

3.1 Algoritmo Generalizado de Bot de Trading

Apresentamos o primeiro algoritmo concreto para bots de trading generalizados que podem substituir transações não confirmadas sem compreender a lógica subjacente das transações da vítima:

Algoritmo: Replay Generalizado de Transação
Entrada: Pool de transações pendentes T, Preço do gás G
Saída: Sequência de transações lucrativas S

1. Monitorar o mempool para transações recebidas T_i
2. Para cada T_i, simular execução e estimar lucro P_i
3. Se P_i > limiar θ:
   a. Construir transação de front-running F com gás G' > G
   b. Construir transação de back-running B
   c. Submeter sequência [F, T_i, B] à rede
4. Repetir para todas as oportunidades lucrativas

Este algoritmo rendeu um lucro estimado de 57.037,32 ETH (US$ 35,37 milhões) ao longo de 32 meses.

3.2 Formulação Matemática

A condição de lucratividade para mineradores bifurcarem a cadeia pode ser expressa como:

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

Onde $P_{BEV}$ é o valor extraível, $R_{block}$ é a recompensa do bloco, $\alpha$ é a proporção de hashrate do minerador, e $C_{fork}$ é o custo de bifurcação. Para Ethereum, um minerador racional com 10% de hashrate bifurcará se o BEV exceder 4× a recompensa do bloco.

4. Resultados Experimentais

4.1 Estatísticas de Extração de BEV

Nossa análise revela números impressionantes de extração de BEV:

• Maior instância única de BEV: US$ 4,1 milhões (616,6× a recompensa do bloco Ethereum)
• Ataques sandwich retransmitidos privadamente: 240.053 ataques rendendo US$ 81,04 milhões
• Arbitragens retransmitidas privadamente: 110.026 instâncias rendendo US$ 82,75 milhões
• Potencial de replay de transação: 188.365 transações com US$ 35,37 milhões de valor extraível

4.2 Implicações de Segurança

A concentração da extração de BEV cria riscos significativos na camada de consenso. Sistemas centralizados de retransmissão de BEV agravam ainda mais esses riscos ao criar pontos centralizados de falha e coordenação.

5. Análise de Sistemas de Retransmissão de BEV

Sistemas emergentes centralizados de retransmissão de BEV representam uma mudança fundamental na dinâmica de extração de BEV. Estes sistemas:

• Criam pontos de coordenação centralizados para extração de BEV
• Aumentam os incentivos dos mineradores para reorganização da cadeia
• Reduzem a transparência na ordenação de transações
• Potencialmente permitem ataques de consenso em maior escala

Nossa análise mostra que os sistemas de retransmissão capturaram valor significativo de BEV: 240.053 ataques sandwich retransmitidos privadamente (US$ 81,04 milhões), 1.956 liquidações retransmitidas privadamente (US$ 10,69 milhões), e 110.026 arbitragens retransmitidas privadamente (US$ 82,75 milhões).

6. Aplicações Futuras e Direções

O cenário do BEV continua a evoluir com vários desenvolvimentos críticos:

Contramedidas Técnicas

• Serviços de sequenciamento justo e esquemas commit-reveal
• Criptografia de limiar para privacidade de transações
• Mecanismos de consenso conscientes de MEV (ex.: separação proponente-construtor do Ethereum)

Considerações Regulatórias

• Classificação da extração de BEV sob leis de valores mobiliários
• Regulações anti-front-running para protocolos DeFi
• Requisitos de transparência para valor extraível do minerador

Soluções a Nível de Protocolo

• Melhorias no design do market maker automatizado
• Ordenação de transações baseada em tempo
• Mercados descentralizados de construção de blocos

7. Referências

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.