Количественная оценка извлекаемой стоимости блокчейна: Насколько тёмный лес?

Содержание

1. Введение

Извлекаемая стоимость блокчейна (BEV) представляет собой фундаментальную проблему для безопасности децентрализованных финансов, когда оппортунистические трейдеры извлекают денежную стоимость из смарт-контрактов DeFi посредством стратегического упорядочивания транзакций. При более чем $90 млрд, заблокированных в протоколах DeFi, финансовые стимулы для извлечения BEV создали сложную экосистему автоматизированных торговых ботов и эксплуатации майнеров.

Прозрачность блокчейнов без разрешения становится обоюдоострым мечом: хотя она и позволяет проводить транзакции без доверия, она также раскрывает прибыльные возможности для хищных участников, которые могут опережать легитимные транзакции. Данное исследование представляет первую комплексную количественную оценку BEV по множеству методов извлечения и оценивает практические риски для безопасности консенсуса блокчейна.

2. Анализ извлекаемой стоимости блокчейна

2.1 Методы извлечения BEV

Три основных метода извлечения BEV доминируют в этой области:

• Сэндвич-атаки: Размещение транзакций до и после транзакции жертвы для захвата разницы в ценах
• Ликвидации: Использование недостаточно обеспеченных позиций в кредитных протоколах
• Арбитраж: Использование разницы в ценах на различных децентрализованных биржах

2.2 Количественное измерение BEV

Наш анализ охватывает 32 месяца данных блокчейна, включая 49 691 криптовалюту и 60 830 ончейн-рынков. Общая извлечённая BEV составляет $540,54 млн, распределённых среди 11 289 адресов.

3. Техническая структура

3.1 Обобщённый алгоритм торгового бота

Мы представляем первый конкретный алгоритм для обобщённых торговых ботов, который может заменять неподтверждённые транзакции без понимания базовой логики транзакций жертвы:

Алгоритм: Обобщённое воспроизведение транзакции
Вход: Пул ожидающих транзакций T, Цена газа G
Выход: Прибыльная последовательность транзакций S

1. Мониторинг мемпула для входящих транзакций T_i
2. Для каждой T_i симулировать выполнение и оценить прибыль P_i
3. Если P_i > порог θ:
   a. Создать опережающую транзакцию F с газом G' > G
   b. Создать завершающую транзакцию B
   c. Отправить последовательность [F, T_i, B] в сеть
4. Повторять для всех прибыльных возможностей

Этот алгоритм принёс估算ную прибыль в 57 037,32 ETH ($35,37 млн USD) за 32 месяца.

3.2 Математическая формулировка

Условие прибыльности для майнеров, чтобы форкнуть цепь, может быть выражено как:

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

Где $P_{BEV}$ — извлекаемая стоимость, $R_{block}$ — награда за блок, $\alpha$ — доля хешрейта майнера, а $C_{fork}$ — стоимость форка. Для Ethereum рациональный майнер с 10% хешрейта сделает форк, если BEV превышает 4× награду за блок.

4. Результаты эксперимента

4.1 Статистика извлечения BEV

Наш анализ выявляет ошеломляющие цифры извлечения BEV:

• Крупнейший отдельный случай BEV: $4,1 млн USD (616,6× награда за блок Ethereum)
• Приватно ретранслированные сэндвич-атаки: 240 053 атаки принесли $81,04 млн
• Приватно ретранслированный арбитраж: 110 026 случаев принесли $82,75 млн
• Потенциал воспроизведения транзакций: 188 365 транзакций с $35,37 млн извлекаемой стоимости

4.2 Последствия для безопасности

Концентрация извлечения BEV создаёт значительные риски на уровне консенсуса. Централизованные релейные системы BEV дополнительно усугубляют эти риски, создавая централизованные точки отказа и координации.

5. Анализ релейных систем BEV

Появляющиеся централизованные релейные системы BEV представляют собой фундаментальный сдвиг в динамике извлечения BEV. Эти системы:

• Создают централизованные точки координации для извлечения BEV
• Увеличивают стимулы майнеров для реорганизации цепи
• Снижают прозрачность в упорядочивании транзакций
• Потенциально позволяют проводить более масштабные атаки на консенсус

Наш анализ показывает, что релейные системы захватили значительную стоимость BEV: 240 053 приватно ретранслированные сэндвич-атаки ($81,04 млн), 1 956 приватно ретранслированных ликвидаций ($10,69 млн) и 110 026 приватно ретранслированных арбитражей ($82,75 млн).

6. Будущие приложения и направления

Ландшафт BEV продолжает развиваться с несколькими критически важными разработками:

Технические контрмеры

• Сервисы честного упорядочивания и схемы commit-reveal
• Пороговое шифрование для конфиденциальности транзакций
• Механизмы консенсуса, учитывающие MEV (например, разделение proposer-builder в Ethereum)

Регуляторные соображения

• Классификация извлечения BEV в соответствии с законами о ценных бумагах
• Регуляции против опережения транзакций для протоколов DeFi
• Требования к прозрачности для извлекаемой стоимости майнеров

Решения на уровне протокола

• Улучшения конструкции автоматических маркет-мейкеров
• Временное упорядочивание транзакций
• Децентрализованные рынки сборки блоков

7. Ссылки

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.