ブロックチェーンエコシステムの急速な進化に伴い、最大抽出可能価値（MEV）は、公共ブロックチェーンのパフォーマンス、公正性、およびユーザーエクスペリエンスに影響を与える重要な課題として浮上しています。MEVは、マイナーやバリデータ、または他のネットワーク参加者が、トランザクションの再配置、挿入、または削除を通じて抽出する追加価値を指します。この問題は、特に分散型取引所（DEX）、清算、および裁定のシナリオにおいて、ブロックチェーンネットワーク全体に普及しています。

イーサリアムのようなブロックチェーンは、豊富な研究を行い、対策を講じてきましたが、各ブロックチェーンのユニークな設計により、MEVの問題の症状や深刻度はさまざまです。Solanaは、高性能なパブリックブロックチェーンとして、その高スループットと低遅延で知られています。しかし、これらの特性はMEVの問題を緩和する一方で、新たな課題ももたらします:高い同時実行性は入札の問題につながる - Solanaの高性能アーキテクチャにより、より多くの参加者が同時にオンチェーンリソースをめぐって競争することができ、フロントランニングやトランザクションの再シーケンスのリスクが高まります。Solanaは、中央指値注文帳(CLOB)モデルを広く使用しており、流動性を高めると同時に、高頻度アービトラージやMEVボットが動作する余地も拡大しています。レイテンシーが低いとユーザーエクスペリエンスが向上しますが、ノード間の遅延に対する感度も浮き彫りになり、「先行者利益」の問題が悪化します...

これらの課題に取り組むため、コミュニティや開発者は、コンセンサスメカニズムの最適化、遅延トランザクションプールの実装、より公平なオーダーマッチングアルゴリズムの開発など、さまざまな解決策を提案しています。この記事では、MEVの問題がソラナブロックチェーン上でどのように特徴的に現れるかについて掘り下げ、既存の研究と実践を総合し、潜在的な解決策を分析します。これにより、より公正で効率的なソラナエコシステムの構築に向けた示唆を提供することを目指しています。

Solana上のMEVの概要

2024年6月、MEVサンドイッチボットとして知られる「arsc」が、過去2ヶ月間にわたってSolanaユーザーを悪用し、約3000万ドル相当のMEV攻撃を行いました。これにより、Ethereumとのインフラ設計に関する議論が再び注目され、SolanaのMEV問題が取りざたされました。

最新のデータによると、SolanaのネットワークはMEVから年間推定5億ドルを生み出しています。SolanaのフラッシュボットであるJito Labsは、ネットワーク上のMEV収益の規模に関する洞察を提供します。下のグラフは、主要なDeFiプロトコルの収入を比較したもので、Jito Labsの10月の月間収益は7,892万ドルに達し、5月に記録された3,945万ドルから倍増したことを示しています。10月24日、このプロトコルはチップだけで1日で614万ドルを稼ぎ出し、Solanaネットワーク上でのMEV抽出サービスに対する強い需要を浮き彫りにしました。

ソース：Defillama

今年、Solana上でのMEV活動は、ハイプロファイルのミームトークン取引で特に顕著でした。このトレンドを推進する主な要因は、ミームトークン取引がしばしば流動性の低いプールに集中しているため、それらの価格が操作の影響を受けやすいことです。ミームトークンの投機的性質と極端な価格変動を考慮すると、MEVボットは多くの利益の機会を持っています。さらに、これらの流動性の低いプール内での注文の実行におけるエラーは、MEVの悪用への扉をさらに開いています。例えば、あるトレーダーが誤ってdogwifhatトークンを1つ3ドルで購入したが、市場価格はわずか0.20ドルでした。その結果、MEVボットは素早くその機会をつかむことができます。ミームトークン取引は、MEV活動の主要な要素となり、2024年初頭のBONKトークンブームでは、デイリートレーディングボリュームが5000万〜6000万ドルに急増し、そのうちのかなりの部分がMEV関連の取引によるものでした。

SolanaのアーキテクチャがMEV取引の機会を可能にする方法

Proof of History (PoH)

プルーフ・オブ・ヒストリー(PoH)は、検証可能な遅延関数(VDF)に依存して、時系列を生成および検証します。各タイムスタンプには前のタイムスタンプのハッシュが含まれているため、イベントが順番に記録されます。各操作の結果は前の出力の影響を受けるため、予測不能な出力になります。このプロセスは、現在の出力と呼び出し回数を定期的に記録することにより、GPU シングル コアで実行されます。バリデーターは、これらの出力を並列計算によって確認し、時系列とセキュリティを確保します。PoHは分散型クロックとして機能し、ノード同期の必要性を減らし、コンセンサスプロセスを簡素化します。

ソース:ソラナ ホワイトペーパー

PoHを使用しない場合、トランザクションシーケンスは、マイナー料金の入札やノード同期の遅延など、他の要因の影響を受ける可能性があります。しかし、SolanaのPoHでは、すべてのイベント(トランザクション、ブロック生成など)に明確で合意されたタイムスタンプがあります。これにより、他のノードやバリデーターはイベントのシーケンスを簡単に検証できます。この透明性は、どの取引が最初に実行され、どの取引が裁定取引の機会をもたらす可能性があるかを判断するための明確なフレームワークを提供するため、MEVトレーダーにとって非常に重要です。MEVトレーダーは、PoHによって生成されたタイムスタンプを使用して、どの取引が市場に影響を与える可能性があるかを予測し、それらの取引が発生する前に裁定取引を実行することができます。

PoHの設計により、Solanaは非常に高速なトランザクションの処理と検証が可能になっています。Solanaネットワークは、各ノードでPoHタイムスタンプを計算することで、低レイテンシのトランザクション確認を実現しています。これはMEVトレーダーにとって重要な利点であり、MEVトレーディングの本質は市場変動への迅速な対応にかかっています。DeFi市場では、単一のトランザクションによって特定の資産の価格が変動することがあり、MEVトレーダーはこれらの変動を利益に変えることができます。PoHの低レイテンシ機能により、彼らは他の人よりもトレードを実行することができます。PoHに内在する暗号タイムスタンプの検証により、Solanaの高スループットが支えられています。これにより、ネットワークは従来のブロックチェーンよりもはるかに大量のトランザクションを迅速に処理することができます。これは高頻度トレーディングと効率的なMEV抽出のための豊富な機会を生み出します。

PoHはノード間の通信ニーズを減らし、そのためソラナは高いネットワーク効率で知られています。この状況がソラナのブロックチェーンの活動を頻繁にします。高速な処理速度と低レイテンシーは、低流動性市場での高頻度取引や裁定取引に特に適しており、増加する新規プロジェクトはMEV取引をさらに引きつけています。

タワーBFT

Tower BFTの本質は、ノード通信のオーバーヘッドを最小限に抑えることで、コンセンサスプロセスを迅速化することにあります。従来のBFTプロトコルでは、特に遅延や帯域幅の使用が避けられないマルチノードネットワークでは、コンセンサスを得るために広範なメッセージ交換が必要です。SolanaのPoHメカニズムは、タイムスタンプを事前に計算して記録します。これにより、バリデータノードは、PoHによって生成されたタイムスタンプのみに依存して、トランザクションシーケンスを効率的に検証できます。膨大な時系列データを交換する必要はありません。

ソース:Heliusブログ - ソラナ上のコンセンサス

Tower BFTの動作は、次の重要なポイントに基づいています:

検証シーケンス：Tower BFTは、各バリデータが投票する際に明確な時間参照を持つようにするために、PoHによって提供された時間シーケンスを使用します。これにより、コンセンサスプロセスがスピードアップし、従来のBFTアルゴリズムで一般的に見られる遅延を回避できます。

投票ウェイト：各検証者はネットワーク内での自身のウェイトに基づいて投票します。投票プロセスは、確認済みの過去のデータを継続的に蓄積することで、一貫性と信頼性を強化します。これにより、合意が形成された際には、ノードの少数派が容易にネットワークのセキュリティを危険にさらすことができなくなります。

ネットワーク同期ニーズの削減：PoHを通じて、Tower BFTはノード間で必要なメッセージ交換量を減らし、ネットワークの効率とスケーラビリティを向上させます。Solanaのネットワークでは、これによりより多くのトランザクションを同時に処理できるため、ノードの同期の問題による遅延が減少します。

PoHメカニズムを組み合わせることで、Tower BFTは低遅延かつ効率的な取引環境を提供できます。PoHと同様に、この効率性と低遅延はMEVにとって広大な機会を創出します。MEVトレーダーはしばしば短時間で大量の取引を実行する必要があります。Solanaネットワークの高いスループットは、MEVトレーダーがより効率的かつ頻繁に裁定機会を捉えることを可能にします。

同時リーダースケジューリング

Solanaは、PoHメカニズムを活用してネットワーク全体で統一されたタイムスタンプを確立し、このタイムスタンプに基づいて複数のリーダーを並列スケジューリングします。各リーダーは指定された時間スロット内でブロックを生成する役割を果たし、これを「リーダースロット」と呼びます。これらのリーダーは同時に動作し、統一されたタイムスタンプを使用してブロックを生成し、その後他のリーダーによって生成されたブロックと一緒に検証されます。この並列構造によって、Solanaの取引スループットが大幅に向上し、確認の待ち時間が短縮されます。BitcoinやEthereumなどの従来のブロックチェーンとは異なり、単一のリーダー（マイナーやバリデータ）がブロック生成を担当するのではなく、Solanaの並列リーダースケジューリングによって複数のブロックが同時に作成されるため、ネットワークの効率とスケーラビリティが最大限に活用されます。

従来のブロックチェーンの単一リーダーモデルは、特に取引量が多い期間にはしばしばブロック生成中にボトルネックに遭遇します。これにより、MEVトレーダーはブロック生成と確認を待たなければならず、アービトラージ取引の遅延や不確実性が生じる可能性があります。Solanaの並行リーダースケジューリングは、複数のリーダーが同時にブロックを生成できるようにすることで、ブロック生成の待ち時間を短縮します。これにより、取引の確認とブロックの含まれる速度が速くなります。

同時リーダースケジューリングでは、リーダー同士が競争関係にあります。各スロットでは、複数のリーダーがブロックを生成することが求められ、それぞれのリーダーは異なるトランザクションに優先順位を付ける可能性があります。これにより価格の不一致やトランザクションの順序の不一致が生じます。 MEVトレーダーはこれらの違いを迅速に利用して取引を実行し、他の人よりも早く利益を得ることができます。複数のリーダーがブロックを生成すると、あるトランザクションは1つのリーダーのブロックで優先されるかもしれませんが、別のリーダーのブロックでは遅れるかもしれません。これによりMEVトレーダーはスロット間のタイミングの違いを利用してアービトラージを行うことができます。

ネイティブ手数料市場構造

Solanaには現在、2層の手数料構造があります: ベース手数料と優先手数料です。すべての取引には通常、5,000ラムポート/署名で価格が設定されたベース手数料が必要であり、これはおおよそ0.000005 SOLに相当します。優先手数料は、ネットワーク内で取引の優先順位を向上させるための任意の追加手数料です。優先手数料の50%は焼却され、残りの50%は現在のリーダー（バリデータ）に支払われます。このメカニズムの中心的なアイディアは、インセンティブを通じて取引処理のシーケンスを調整し、取引送信者がより高い優先順位のために支払い、バリデータが次のブロックで迅速に取引を処理することを確実にすることです。

ソラナはEthereumのEIP-1559のような動的手数料メカニズムを欠いているため、優先手数料システムはある程度、取引条件に基づいた動的な調整を反映しており、同様の機能を果たしています。このメカニズムの主要な特徴は、取引送信者がネットワークの現在の状態に基づいて手数料を柔軟に調整できるようにし、市場の需要に合わせてタイムリーな処理を確保することです。MEVトレーダーにとって、これは特に重要です：ネットワークが混雑しているときに高い手数料を支払うことで、次のブロックでの取引を優先させることができます。

ただし、Solanaの動的手数料体系にはまだ改善の余地があります。現行の手数料システムには欠陥があり、将来の更新ではより公平かつ効率的な設計が期待されています。

サービスの品質（QoS）

Quality of Service(QoS)メカニズムは、重み付けされた割り当てに基づくネットワークトラフィック管理システムです。Solanaはこれを使用して、さまざまなタイプのトランザクションに優先順位を割り当て、リソースの分散とネットワークパフォーマンスを最適化します。バリデーターは、保有するステークに基づいてネットワークリソースを割り当てます。ステークの高いアカウントには、ネットワークの輻輳時により多くの処理帯域幅が与えられ、リソースの割り当てがより経済的にインセンティブされます。バリデーターは、トランザクションを処理し、ネットワーク内の台帳の状態を維持する責任があります。QoSは、バリデーターがステークに応じてネットワークトラフィックを効率的に管理できるようにすると同時に、より高いステークを通じてユーザーを引き付けるようにインセンティブを与えることを保証します。

ネットワークが混雑する期間には、低優先度のトランザクション（通常は手数料の低いもの）がネットワークリソースを消費し、MEV取引などの高価値トランザクションの遅延を引き起こすことがあります。 QoSは、優先度ランキングとリソース割り当てシステムを実装することで、低価値のトランザクションが高価値のトランザクションの効率を妨げないようにします。この仕組みにより、MEVトレーダーは戦略をより効果的に計画できるため、実行の確実性が高まります。 MEVトレーダーは、複数の関連するトランザクションを同時に実行する必要があることが多く、マルチチェーンブリッジや分散型取引所での複雑なアービトラージ戦略の実行などが含まれます。 QoSは、これらの関連するトランザクションが短い時間枠内で連続的に処理されることを保証します。これにより、トランザクションチェーンの中断による失敗リスクが低減されます。

QUICプロトコル

Solanaは、トランザクションの提出と確認の間の時間を大幅に短縮するためにQUICプロトコルを利用し、これによりバリデータのワークフローを最適化し、MEV取引のためにより正確なタイミングを提供しています。QUICは、より速い接続設定とリカバリを可能にし、ネットワークの遅延を最小限に抑えます。また、単一の接続を介した複数のデータストリームの同時転送をサポートします。これにより、ネットワークの混雑が緩和されます。さらに、QUICには効率的な輻輳制御メカニズムとパケット損失の回復戦略があり、不安定なネットワーク環境でも迅速なトランザクションの転送を保証します。組み込みの暗号化により、QUICは安全なデータ転送を保証します。その実装により、Solanaの以前のネットワークのダウンタイムの問題を解決しました。

ソラナ MEV ソリューション

Jito: Solana上のMEVインフラストラクチャプロバイダ

Solana上でMEVソリューションについて話す際には、Jitoを強調する必要があります。Jito Networkは、Jito Labsチームによって立ち上げられ、SolanaのMEVインフラに焦点を当てています。Jito Labsは、Jito-SolanaバリデータクライアントやJito Block Engineなど、いくつかの製品を紹介しています。2022年8月、Jito LabsはMulticoin CapitalとFramework VenturesをリードとするシリーズA資金調達で1,000万ドルを調達したことを発表しました。

Jito-ソラナ

Jito-Solanaは、効率的なMEV抽出に特化したSolanaバリデータクライアントの最適化されたバリアントです。トランザクションのバンドルをサポートすることで、Jitoは検索者がブロック内のトランザクションシーケンスを制御できるようにし、この制御により、検索者が低価値または不必要なトランザクションに頼る可能性を最小限に抑え、代わりに潜在的な報酬に基づいて入札が行われるスムーズなオークションシステムへの参加を促進します。Jitoのバンドルメカニズムにより、検索者は複数のトランザクションを1つのバッチで提出できるため、効率が改善され、低価値なトランザクションに依存することが減り、トランザクションがブロックに含まれる可能性が高まります。バリデータは最高報酬を支払うバンドルを優先し、より収益性の高い相互作用を促進し、トランザクションの失敗を減らします。

Jitoブロックエンジン

Jitoブロックエンジンは、ネットワーク内のリレーやサーチャー、バリデータが取引のシーケンスを調整するためのオフチェーンオークションプラットフォームであり、これによりMEVの抽出を最大限に高めます。

MEV ダッシュボード

Jito Labsは、Solana上でのMEV活動を監視および分析するためのMEVダッシュボードを提供しています。開発者、バリデーター、およびユーザーがSolanaネットワーク上のMEVの詳細やトレンドを理解するのを支援します。

スケジューラ最適化

MEV関連の問題では、トランザクションの順序付けの不確実性がフロントランニングやサンドイッチ攻撃を容易にします。攻撃者はトランザクションの順序を操作して、検証ノードの優先メカニズムを悪用することで利益を得ることができます。これに対処するために、Solanaはスケジューラを最適化しており、特に今後のバージョン1.18のスケジューラのアップデートによってさらに改善されます。

スケジューラは、主にトランザクションの優先順位ランキングの決定論を改善するために最適化されています。Solanaの現在のマルチスレッド処理アーキテクチャは、異なるスレッドが別々のキューからトランザクションを処理する際に同期されていない優先決定につながる可能性があります。この不整合性により、攻撃者は一般ユーザーのトランザクションを混乱させることができ、競合するトランザクションを提出することができます。再設計されたスケジューラは、レース条件から生じるトランザクションのシーケンスの衝突を最小化するために、スレッド間の調整を強化することに焦点を当てています。さらに、最適化されたシステムは、高優先度のトランザクションをよりよく識別し、ネットワークの混雑時であっても遅延なく処理されることを保証します。

プライバシーの強化

MEVトランザクションに対応して、Solanaはトランザクションの詳細を暗号化することでプライバシーを向上させ、攻撃者が重要な情報にアクセスすることを困難にしています。さらに、SolanaはEthereumのプライベートトランザクションプールに似た概念を探究しています。ユーザーはプライバシープールを通じてトランザクションをルーティングすることができます。このプールでは、トランザクションは処理されるまで一般に公開されずに隠されているため、サンドイッチ攻撃やフロントランニングのリスクを最小限に抑えることができます。

分散型シーケンシング

Solanaは、独立したシーケンシングサービスを実装することで、トランザクションシーケンシングロジックを検証ノードから分離しています。シーケンシングにランダム化アルゴリズムを使用すると、特定のトランザクションが優先される可能性が効果的に減少し、攻撃者がMEV抽出のためにシーケンシングメカニズムを悪用する能力が低下します。さらに、バリデーターのインセンティブモデルは、優先手数料への依存を減らすように調整することができ、追加の利益のためにシーケンスを操作するのではなく、より公平なトランザクション処理を促進します。

結論

MEVは長い間、分散型ネットワークにとって大きな課題でした。Solanaは高いパフォーマンスと低遅延で有名ですが、これらの特性により、MEV攻撃者にとって魅力的なターゲットとなっています。フロントランニング、サンドイッチ攻撃、悪意のあるトランザクションシーケンスなどの問題は、ネットワークの公平性を損ない、ユーザーエクスペリエンスを低下させます。これらの問題に対処するために、Solanaは、スケジューラーの最適化、プライバシー強化技術、料金モデルの調整など、多層的なソリューションを実装しています。Solanaは、これらの取り組みを通じてフロントランニング攻撃やサンドイッチ攻撃のリスクを軽減し、リソース配分を改善することを目指しています。

MEVの問題に取り組むには、技術の進化、継続的なコミュニティ参加、そしてコンセンサス形成が必要です。コミュニティは、分散型ガバナンスと透明な議論を促進することで、MEVの課題に対する解決策を共同で開発することができます。Solanaは、ユーザーがMEV攻撃を検出し軽減するためのツールやリソースを提供するべきであり、これにより積極的な防御手段を提供します。ネットワークが拡大し複雑化するにつれて、Solanaは高いパフォーマンス、分散化、公平さのバランスを取らなければなりません。まだ「不可能な三角形」の問題を解決するには、長い道のりがあります。