MEVとは何ですか？

トランザクションの実装プロセスから始めましょう:ノード(GethやMEV Gethなど)は、ピアツーピア接続を介して、またはRPC(リモートプロシージャコール)エンドポイントを介して直接他のノードに送信された未承認または保留中のトランザクションのリストを保持します。各ノードには独自のトランザクション・プール (Mempool) があり、グローバル・トランザクション・プールの概念はありません。異なるノードのトランザクションプールは、その場所と接続されているピアによって異なる場合があります。さらに、ノードは、過剰なトランザクション情報に圧倒されないように、トランザクションプールに格納するトランザクションの数を制限します。

出典: Chainlink

Maximal Extractable Value（MEV）は、トランザクションの順序を制御することによって、ブロックプロデューサー（マイナーまたはバリデーター）がブロックチェーンネットワークから得ることができる追加の利益を指します。MEVは、ノードがトランザクションプール（Mempool）を管理する方法に依存し、ネットワークの混雑を防ぐために格納されるトランザクションを制限します。ブロックプロデューサーは通常、高いガス料金のトランザクションを優先し、自分自身の利益のある取引を挿入することでMEVを抽出し、アービトラージ、強制清算、またはフロントランニングの機会から追加の経済的利益を得ることができます。

MEVエコシステムの参加者

マイナー

プルーフ・オブ・ワーク(PoW)ブロックチェーンでは、マイナーがトランザクションを検証し、ブロックチェーンにパッケージ化します。トランザクションを選択して注文する権限を持つマイナーは、ガス料金と潜在的な利益に基づいて、どのトランザクションを含めるかを決定します。彼らは、「フロントランニング」や「サンドイッチ攻撃」などの手法を通じて、MEVの機会を利用することができます。マイナーは、独自のトランザクションを挿入してアービトラージの機会を捉えたり、取引順序を操作してガス料金の収益を最大化することができます。ブロックチェーンの構造は、本質的にマイナーにブロックコンテンツに対するこの制御を与え、MEV抽出のための自然な機会を生み出します。

バリデーター

プルーフ・オブ・ステーク(PoS)ネットワークでは、バリデーターはPoWのマイナーと同様の役割を果たし、ブロックの検証と順序付けを行います。彼らは取引順序を制御でき、今日のガス料金の高い環境では特に価値があり、MEVの機会から利益を得ることができます。バリデーターは、ガス料金の高い取引を優先することで収益を上げます。また、検索者と提携し、FlashbotsなどのMEVプラットフォームに手数料を支払って取引の優先順位を確保し、追加の収益源を生み出す企業もあります。これらの活動は、バリデーターがブロックチェーンで付与した注文権に由来し、コンセンサスルールの範囲内で利益を追求することができます。

サーチャー

MEVサーチャーは、アービトラージ、フロントランニング、強制清算を通じて、オンチェーン取引をスキャンして利益機会を探します。高度なアルゴリズムと取引ボットを使用して、未承認のトランザクションプールをリアルタイムで監視し、潜在的なMEVの機会を分析します。アービトラージ取引は、分散型取引所間で資産の価格差を見つけ、安く買って高く売るときに実行されます。フロントランニングでは、指値注文を特定し、事前に独自の取引を挿入して価格変動から利益を得る「サンドイッチ攻撃」と呼ばれる手法です。清算シナリオでは、レンディングプロトコルの担保レベルを監視し、プロトコルの報酬を請求するための条件が満たされるとすぐに清算を開始します。

優先的な実行を確保するために、検索者は通常、マイナーやバリデータにより高いガス手数料を支払うか、またはFlashbotsのようなプラットフォームを通じてマイナーと連携して、自分の取引が好意的に並べ替えられるようにします。

要約すると、MEVは基本的にはブロック生成者のトランザクションの順序付けの権限に由来しています。この価値を抽出する能力は、ブロックチェーンの分散型構造と確認メカニズムに固有のものであり、システムの重要な部分です。

ブロックチェーン間の取引順序メカニズムの違い

MEV（Maximal Extractable Value）は、ブロックチェーンがトランザクションの順序付けとブロックのパッケージングにおける不確定性を扱う方法から生じます。各ブロックチェーンネットワークは、トランザクションの優先順位とシーケンスをどのように決定するかを固有の方法で実装しています。

イーサリアム

Ethereumは、「プライオリティガスオークション」メカニズムを使用しており、トランザクションの優先度はガス手数料によって決定されます。より高いガス手数料により、マイナーがトランザクションを優先的に処理することが保証されます。これによりユーザーは、優先度のためにガス手数料を増やすことが奨励され、これによりフロントランニングやサンドイッチ攻撃などのMEV現象が引き起こされました。Ethereumは、これらのリスクを軽減するためにFlashbotsなどのプラットフォームを導入し、公開ガス手数料オークションを減らすためのプライベートトランザクションチャネルを提供しています。

イーサリアム2.0

イーサリアム2.0では、(マイナーではなく)バリデーターがブロック生成を制御します。PoSチェーンの取引注文権はPoWチェーンと似ていますが、MEV-Boostなどのツールで最適化されており、ガス料金オークションを削減します。バリデーターは、高額な取引を優先し、Flashbotsなどのプラットフォームと協力して、パブリックフロントランニングを最小限に抑えることができます。Dankshardingの設計では、ブロック提案者とトランザクションビルダーの役割が分離されています。ビルダーは、MEVの利益を最大化するために、提案者から提供された「トランザクションリスト」からトランザクションを作成および並べ替えますが、トランザクションを変更したり除外したりすることはできません。

ビットコイン

Bitcoinの取引順序は取引手数料に依存しています。しかし、ビットコインのシンプルな設計と取引量の低さのため、ガス手数料オークションはイーサリアムほど顕著ではありません。ビットコインのメカニズムは主に複雑なスマートコントラクトの実行ではなく、価値の転送を促進し、その結果、MEV現象が少なくなります。マイナーは手数料とサイズに基づいて取引を優先し、ブロック容量の制限内で収入を最大化します。

オーディナルブーム中、MEVとネットワークの混雑が明らかになりました。オーディナルは、BitcoinのTaprootアップグレードを活用し、画像やテキストなどのデータを直接チェーン上に埋め込み、NFTに似たものになりました。マイナーは高い手数料のオーディナル取引を優先し、より多くの収益を得るためにしました。これらの取引は、重要なブロックスペースを占有し、手数料競争を激化させ、伝統的な取引順序を変えました。マイナーはフロントランニングを開始し、メンプールから高い手数料のオーディナル取引を特定し、最大の利益を得るためにパッケージ化し始めました。

ソラナ

Solanaのコンセンサスメカニズムは、Proof of History（PoH）とTower BFTを組み合わせており、MEVにとって独自の機会を提供しています。バリデータはリーダーの役割になると、トランザクションの順序付けにおいて大きな自律性を持ちます。彼らは高い手数料のトランザクションを優先したり、フロントランニングに従事することができます。Solanaのトランザクションプールは完全に公開されておらず、情報伝播の遅延により、リーダーはMEV抽出のために情報の非対称性を利用することができます。

Solanaの高いスループットと並列実行により混雑が緩和される一方で、バリデーターはアービトラージや清算など、特定のシーケンスに依存するトランザクションの順序付けに介入することで利益を得ることができます。Solanaが2022年に導入したローカル手数料市場メカニズムは、アカウントシャーディングを通じて取引手数料を処理します。しかし、需要の高いシャードでは、バリデーターはMEVの利益を得るために価値の高いトランザクションを優先することがあります。バリデータノードの地理的な分布とネットワーク伝播の遅延も、フロントランニングと順序操作の機会を生み出します。

これらの課題に対処するために、Solanaは公正なシーケンスサービス（FSS）、改善された手数料メカニズム、およびMEVのユーザーエクスペリエンスへの影響を緩和するための分散型シーケンスノードを探求しています。

他のブロックチェーン

他のプライバシー重視のブロックチェーンは、トランザクションデータを暗号化し、トランザクション金額を隠すことでMEV攻撃の機会を最小限に抑えています。たとえば、Minaプロトコルはゼロ知識証明技術を使用してトランザクション内容を隠し、これによりマイナーと検証者のトランザクション順位の利益を減らしています。同様に、Aztecはzk-Rollup技術を使用して複数のトランザクションをチェーン上への提出前に結合し、フロントランニングや注文操作を防ぐのに役立っています。

MEV トランザクションの種類

MEVにおける一般的な攻撃の種類には、フロントランニング、サンドイッチ攻撃、清算取引、タイムバンディット攻撃などがあります。他にもダークプール攻撃やレイヤ攻撃などの形態も存在します。

フロントランニング

ソース：hacken.io

フロントランニングとは、マイナーやバリデーターがユーザーのトランザクションの前に独自のトランザクションを挿入することを指し、特にトランザクションが大幅な価格変動を引き起こすと予想される場合に顕著です。たとえば、大規模な買い注文が発生しようとしている場合、マイナーは事前に資産を購入し、大規模な注文によって価格が上昇した直後に売却し、価格変動から利益を得ることができます。このタイプのトランザクションは、トランザクションの順序付けの制御を活用し、短期的な「トランザクションのプリエンプション」を効果的に作成します。

サンドイッチ攻撃

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ソース: Ethereum

サンドイッチ攻撃は、しばしばDEX取引で見られるフロントランニングの特殊な形態です。攻撃者は、ターゲットトランザクションの前に買い注文または売り注文を挿入し、その実行価格を膨らませるか減らします。そして、ターゲットトランザクションの直後には、逆のトランザクションを実行してアービトラージの機会を捉えます。この「サンドイッチ」戦略は、ターゲットトレーダーの実行価格を悪化させるだけでなく、取引コストも増加させ、一般ユーザーや分散型市場に対して公平性を損ないます。

清算

清算トランザクションは通常、貸付プロトコルで発生します。借り手の担保価値が清算閾値を下回ると、プロトコルは清算者に一部のローンを返済し、清算報酬を得ることを許可します。サーチャーはリアルタイムで担保価値を監視し、条件が満たされた時に清算トランザクションを実行し、報酬を請求します。これらのトランザクションは非常に競争力があり、清算者はしばしば優先権を得るために高いガス手数料を支払います。

Time-Bandit攻撃

タイムバンディット攻撃とは、マイナーがブロックチェーンの状態を再編成し、過去のトランザクションを並べ替えたり、変更したりして、より高い利益を引き出すチェーン再編成攻撃です。この攻撃は、ハッシュパワーや検証権限の集中に依存しており、ブロックチェーンの履歴の一部を制御することができます。このような攻撃は、頻繁な再編成によりコンセンサスの効率が低下し、トランザクションの遅延と不確実性が増加し、トランザクションのファイナリティに対するユーザーの信頼が損なわれるため、ブロックチェーンネットワークの安定性と信頼性を損ないます。

DefiへのMEVの影響

MEVは、マイナーやバリデータ、サーチャーに新しい経済的インセンティブを導入し、彼らに標準的な取引手数料を上回る追加の利益を得ることを可能にします。これらのインセンティブは「優先入札」競争を促し、ガス料金の大幅な増加をもたらし、ネットワークの混雑を悪化させます。DeFiでは、これにより通常のユーザーの取引コストが上昇するだけでなく、高いガス料金の期間中に小額の取引を実行することが難しくなり、特定のユーザーの参加が制限されます。

アービトラージやフロントランニングなどのMEV攻撃は、LP（流動性プロバイダー）の収益を不安定化させ、さらには減少させる可能性があります。攻撃者は価格操作から利益を得ることができ、それによって流動性プールの不均衡やインパーマネントロスの増加につながる可能性があります。さらに、LPの利益は取引量だけでなく、MEV探索者やマイナーによるトランザクションの順序操作にも影響を受けるため、一般のLPにとって潜在的な経済的脅威となり得ます。

MEVを効果的に取り組むには、検索者が得た利益をすべての参加者に還元し、取引メカニズムの効率的な実行を確保することが重要です。

現在のソリューション

基本的なアプローチ

DEXは、部分的な注文情報を明らかにし、トレーダーが市場の動きを予測するのに役立つオークションメカニズムを使用することで、前倒しのリスクを軽減します。レイヤー2ソリューションは、トランザクションをオフチェーンで処理するため、トランザクションの詳細をメインチェーンから切り離すことで、MEV検索者が取引を監視する能力を制限します。zk-rollupsなどのプライバシー技術は、トランザクションをオフチェーンで実行し、攻撃者のトランザクション情報へのアクセスを制限します。タイムロックは遅延を強制し、特定のブロックの後にトランザクションを実行する必要があるため、特にフラッシュローン攻撃に対抗する際に、迅速なアービトラージの機会からのリスクが軽減されます。公正なオークションメカニズムとランダムな順序付けにより、より公平な取引シーケンスが作成されます。暗号化された注文プロトコルは、特定の条件が満たされるまでトランザクションの詳細を保護し、早期の情報漏洩を防ぎます。機密性の高いトランザクションをパブリックmempoolから分離することで、MEVバンドルの整合性が保護されます。最後に、コミュニティガバナンスと透明性のあるインセンティブは、MEV防止措置に関する集団投票を通じてシステムの公平性を維持し、一方的な制御に関連するリスクを回避します。

異なるレベルのソリューション

ブロックチェーンシステムでの有害なMEV現象を緩和するために、合意レイヤー、実行レイヤー、アプリケーションレイヤー、レイヤー2ソリューション、および専門のMEVツールを含む、さまざまなソリューションが複数のレベルとツールを横断して提案されています。

コンセンサスレイヤー：コンセンサスレイヤーは、ブロックの生成とトランザクションの順序付けメカニズムを調整することでMEVを削減することを目指しており、ブロックプロデューサーがトランザクションの順序を任意に操作することを防止します。Ethereum 2.0のProposer-Builder Separation（PBS）は、ブロック提案者とビルダーの役割を分離する革新的なアプローチであり、ビルダーはトランザクションの順序を直接制御することなくブロックを構築することができます。分散型の順序付けプロトコルはトランザクションの透明性とランダム性をさらに向上させ、MEVのリスクを減少させ、公平なブロック生成プロセスを確保します。

実行レイヤー：実行レイヤーでは、MEVはプライバシー保護対策と最適化されたガスオークションメカニズムを通じて軽減されます。Flashbotsのプライベートトランザクションリレーシステムを使用することで、ユーザーはトランザクションをプライベートに送信でき、公開トランザクションプールにさらされることを避けることができます。さらに、一部のプラットフォームはガスオークションメカニズムを改善し、ユーザーが優先順位付けのために高いガス手数料を支払う必要性を低減し、フロントランニングや他のMEVに関連する問題の頻度を減らしています。

アプリケーションレイヤー：アプリケーションレイヤーでは、DeFiプロトコルやDEXは、バッチオークションやアトミックスワップを実装することでMEVに対処しています。BalancerやUniswap V3のようなプラットフォームは、時間ベースのバッチですべての取引を処理し、サンドイッチ攻撃などの有害なMEV行動を効果的に防いでいます。Chainlinkのようなオラクルはオンチェーンの価格参照を提供し、裁定機会を減らし、MEVの搾取の可能性を低くしています。

Layer 2：Layer 2のスケーリングソリューションは、トランザクションの大量処理をオフチェーンで行い、それをメインチェーンに送信することで、MEVリスクを軽減します。Optimistic RollupsやZK-Rollupsなどの技術は、トランザクションをバッチ処理し、検証してからチェーンに記録するため、ブロック生産者がトランザクションの順序を操作することを防ぎます。さらに、DEX向けの特定のLayer 2プロトコルでは、オフチェーンでのオーダーマッチングと決済を行うことで、潜在的なMEVの機会をさらに減らしています。

代表的なソリューション

MEVの領域においては、いくつかの専門的な製品が多くの問題に取り組んできました。FlashbotsやBlocknativeなどの主要なプロバイダーは、マイナーやバリデータ、サーチャーがDeFiプラットフォーム上のMEVを特定および抽出するのを支援しています。

Flashbots

Flashbotsは、トランザクションのグループをアトミック操作として送信する「MEVバンドルトランザクション」を導入することでMEVの課題に対処し、すべてのトランザクションが実行されるか、すべて失敗するかを確認し、フロントランニングトランザクションとプリエンプティブトランザクションを防ぎます。Flashbotsリレーは、サーチャーとマイナーをつなぎ、透明性の高いトランザクション送信メカニズムを提供します。このプラットフォームは、強化された優先ガスオークションシステムを採用しており、マイナーとバリデーターは、ネットワークの混雑を軽減しながら、MEVの価値に基づいてトランザクションを選択できます。Flashbotsは、透明性のあるMEV抽出の機会を提供することで、公平性を確保し、有能なユーザーなら誰でもMEV抽出に参加できるようにします。これらの設計により、MEVプロセスの効率と公平性の両方が向上します。

Blocknative

Blocknativeのコアイノベーションは、透明性と効率性の高いMEVリレープラットフォームを提供することにあります。プラットフォームに接続することで、バリデーターはMEVオポチュニティを含む完全なブロックにアクセスできます。従来のマイナー主導システムとは異なり、Blocknativeはオープンリレーモデルを使用し、複数のビルダーやバリデーターが公正に競合できるようにしてMEVの中央集権化のリスクを軽減しています。さらに、BlocknativeはMEVバンドルRPCエンドポイントを提供し、サーチャーがブロックチェーンにトランザクションをバンドルして送信することでMEV戦略を最適化するのに役立ちます。

BloxRoute(ブロックスルート)

BloxRouteは、「ブロックチェーンディストリビューションネットワーク（BDN）」プロトコルを通じて革新をもたらします。このプロトコルは、オープンソースのゲートウェイまたはBloxRouteのパブリックAPIを介して複数のノードをサポートします。これにより、低遅延、高スループット、プロトコルの中立性を実現します。この設計により、ノードは迅速に同期され、ブロックチェーンプロジェクトはトランザクション速度を向上させ、混雑を減らし、トランザクションコストを低下させることができます。

エデンネットワーク

Eden Networkは、「スロットテナント」メカニズムを導入し、ユーザーがEDENトークンをステークして優先ブロックスペースを借りることを可能にします。これにより、彼らの取引がMEV保護付きの指定されたブロックで処理されることが保証されます。この設計により、トレーダーは高いネットワーク混雑の期間において特にフロントランニングなどの逆MEV攻撃から保護されます。

Eden Networkは、ブロックプロデューサーにトークン報酬を与えることでも、プロトコルのルールに従ってトランザクションが正しい順序で処理されるように励みます。これらのルールに違反するブロックプロデューサーは、ネットワークからの除名を含むペナルティを受ける可能性があります。

結論

要約すると、MEVはブロックチェーンエコシステムの公平性、トランザクションの完全性、および長期的な開発に複雑な影響を与えます。MEVは、マイナーとバリデーターに追加のインセンティブを提供し、より多くのプロジェクトとコミュニティの参加を引き付けますが、通常のユーザーには高い取引コストを課します。フロントランニング攻撃やサンドイッチ攻撃などの手法は、ユーザーが意図した順序でトランザクションを実行する能力を妨げ、予測不可能性を高めます。この環境において、技術的に熟練した参加者や機知に富んだマイナーは、情報の優位性を利益のために活用し、一般のユーザーは不利な立場に置かれます。この不均衡は、ブロックチェーンが当初達成を目指していた透明性と分散性を損なうものです。さらに、MEVは情報の非対称性やネットワークの輻輳に寄与します。

MEVは、ブロックチェーンの公平性に重要な課題を提起しています。基本的には、システム設計内での「裁定機会」を表し、マイナーや検証者が情報や順序に関する利点を悪用し、ブロックチェーン設計の基本となる公平な原則を破壊することを可能にします。MEVの中心集権化は問題を悪化させ、リソース豊富な検証者が利益の機会をより多く捉える一方、通常のユーザーや小規模なマイナーは利益を得るために苦労しています。

将来の解決策は、連続的なイノベーションを通じて、コンセンサスメカニズムやオーダリングルールの改善に焦点を当てる可能性があります。さらに多くのパブリックチェーンエコシステムが成長するにつれて、クロスチェーンMEVは、今後の展開で重要な焦点になる可能性があります。