O que é MEV?

Vamos começar com o processo de implementação da transação: Um nó (como Geth ou MEV Geth) mantém uma lista de transações não confirmadas ou pendentes transmitidas para outros nós através de conexões peer-to-peer ou diretamente via endpoints RPC (Remote Procedure Call). Cada nó tem sua própria pool de transações (Mempool), e não há um conceito de pool de transações global. As pools de transações de diferentes nós podem variar dependendo de sua localização e dos nós conectados. Além disso, os nós limitam o número de transações que armazenam em suas pools de transações para evitar serem sobrecarregados por informações excessivas de transações.

Origem: Chainlink

O Valor Extraível Máximo (MEV) refere-se aos lucros adicionais que os produtores de blocos (mineradores ou validadores) podem obter da rede blockchain ao controlar a ordem das transações. O MEV depende de como os nós gerenciam suas pools de transações (Mempool), onde limitam as transações armazenadas para evitar congestionamentos na rede. Os produtores de blocos normalmente extraem MEV priorizando transações de taxas de Gas altas ou inserindo suas próprias negociações lucrativas, permitindo-lhes obter lucro com arbitragem, liquidações forçadas ou oportunidades de front-running para obter benefícios econômicos adicionais.

Participantes do Ecossistema MEV

Mineiros

Nas blockchains de Prova de Trabalho (Proof of Work - PoW), os mineradores validam e agrupam as transações na blockchain. Com o poder de selecionar e ordenar as transações, os mineradores determinam quais transações incluir com base nas taxas de gás e no potencial de lucro. Eles podem explorar oportunidades de MEV por meio de técnicas como 'front-running' e 'sandwich attacks'. Os mineradores podem inserir suas próprias transações para capturar oportunidades de arbitragem ou manipular a ordem das transações para maximizar os ganhos com as taxas de gás. A estrutura da blockchain dá aos mineradores esse controle sobre o conteúdo do bloco, criando oportunidades naturais para extração de MEV.

Validadores

Nas redes de Prova de Participação (PoS), os validadores desempenham um papel semelhante ao dos mineradores em PoW, lidando com a validação e ordenação de blocos. Eles têm controle sobre a ordem das transações - particularmente valioso no ambiente de taxas de Gas altas de hoje - o que lhes permite lucrar com oportunidades de MEV. Os validadores aumentam seus ganhos priorizando transações com taxas de Gas mais altas. Alguns também se associam a buscadores e pagam taxas a plataformas de MEV como Flashbots para garantir prioridade de transação, criando fluxos de receita adicionais. Essas atividades derivam dos direitos de ordenação concedidos pela blockchain aos validadores, permitindo-lhes buscar lucros enquanto permanecem dentro das regras de consenso.

Pesquisadores

Os buscadores de MEV escaneiam as transações on-chain em busca de oportunidades de lucro por meio de arbitragem, front-running e liquidações forçadas. Usando algoritmos sofisticados e bots de negociação, eles monitoram a pool de transações não confirmadas em tempo real para analisar oportunidades potenciais de MEV. Eles executam negociações de arbitragem quando identificam diferenças de preço para ativos em diferentes exchanges descentralizadas, comprando barato e vendendo caro. Para o front-running, eles identificam ordens pendentes e inserem suas próprias transações antecipadamente para lucrar com movimentos de preço, uma prática conhecida como “sandwich attacks”. Em cenários de liquidação, eles monitoram os níveis de garantia dos protocolos de empréstimo e acionam liquidações imediatamente quando as condições são atendidas para reivindicar recompensas do protocolo.

Para garantir a execução prioritária, os pesquisadores geralmente pagam taxas de gás mais altas aos mineradores ou validadores, ou trabalham com mineradores por meio de plataformas como Flashbots para garantir que suas transações sejam ordenadas de forma favorável.

Em resumo, o MEV surge fundamentalmente do poder dos produtores de blocos de ordenar transações. Essa capacidade de extrair valor é inerente à estrutura descentralizada e aos mecanismos de confirmação do blockchain, tornando-se uma parte integrante do sistema.

Diferenças nos mecanismos de ordenação de transações entre blockchains

MEV (Valor Extraível Máximo) surge da forma como as blockchains lidam com a ordem das transações e as incertezas no empacotamento de blocos. Cada rede blockchain implementa sua própria abordagem para a ordem das transações, determinando como os validadores priorizam e sequenciam as transações pendentes.

Ethereum

O Ethereum usa um mecanismo de "Leilão de Gás Prioritário", onde a prioridade da transação é determinada pelas taxas de gás, sendo que taxas de gás mais altas garantem que os mineradores priorizem as transações. Isso incentiva os usuários a aumentar as taxas de gás para prioridade, o que levou a fenômenos de MEV, como front-running e ataques sandwich. O Ethereum introduziu plataformas como Flashbots para mitigar esses riscos, que fornecem canais de transação privados para reduzir os leilões públicos de taxas de gás.

Ethereum 2.0

No Ethereum 2.0, os validadores (em vez de mineradores) controlam a produção de blocos. Os direitos de ordenação de transações em cadeias PoS são similares às cadeias PoW, mas são otimizados com ferramentas como MEV-Boost para reduzir leilões de taxas de gás. Os validadores ainda podem priorizar transações de alta taxa e colaborar com plataformas como Flashbots para minimizar front-running público. O design Danksharding separa os papéis de proponentes de blocos e construtores de transações. Os construtores criam e reordenam transações de uma “lista de transações” fornecida pelos proponentes para maximizar os ganhos de MEV, embora não possam modificar ou excluir transações.

Bitcoin

A ordenação das transações do Bitcoin depende das taxas de transação. No entanto, devido ao design mais simples do Bitcoin e ao volume de transações menor, os leilões de taxas de gás são menos pronunciados do que no Ethereum. O mecanismo do Bitcoin facilita principalmente transferências de valor em vez de executar contratos inteligentes complexos, resultando em menos fenômenos de MEV. Os mineradores priorizam as transações com base nas taxas e no tamanho para maximizar a renda dentro dos limites de capacidade do bloco.

Durante o boom das Ordinals, a MEV e a congestão de rede tornaram-se evidentes. As Ordinals, aproveitando a atualização Taproot do Bitcoin, incorporam dados como imagens e texto diretamente na cadeia, assemelhando-se aos NFTs. Os mineradores priorizaram transações Ordinais de alta taxa para obter maiores ganhos. Essas transações ocuparam um espaço significativo nos blocos, intensificando a competição de taxas e alterando a ordem tradicional das transações. Os mineradores começaram a antecipar, identificar e agrupar transações Ordinais de alta taxa da mempool para obter lucros máximos.

Solana

O mecanismo de consenso da Solana, que combina Prova de História (PoH) e Tower BFT, oferece oportunidades únicas para MEV. Os validadores, ao rotacionarem para o papel de Líder, têm autonomia significativa na ordenação de transações. Eles podem priorizar transações de alta taxa ou se envolver em front-running. A pool de transações da Solana não é totalmente pública, e atrasos na propagação de informações permitem que os Líderes explorem a assimetria de informações para extração de MEV.

Embora a alta taxa de transferência e a execução paralela do Solana reduzam a congestão, os validadores ainda podem lucrar intervindo na ordem das transações dependentes de sequências específicas, como arbitragem ou liquidação. A introdução do mecanismo Local Fee Market do Solana em 2022 processa as taxas de transação por meio do particionamento de contas. No entanto, em particionamentos de alta demanda, os validadores podem priorizar transações de alto valor para ganhos de MEV. A distribuição geográfica dos nós validadores e os atrasos de propagação da rede também criam oportunidades para front-running e manipulação de ordem.

Para enfrentar esses desafios, a Solana está explorando os Serviços de Sequenciamento Justo (FSS), mecanismos de taxas aprimorados e nós de sequenciamento descentralizados para mitigar o impacto do MEV na experiência do usuário.

Outras Blockchains

Outras blockchains focadas em privacidade minimizam as oportunidades de ataque MEV criptografando dados de transações e ocultando valores de transações. O Protocolo Mina, por exemplo, utiliza tecnologia de prova de conhecimento zero para ocultar o conteúdo das transações, o que reduz a lucratividade dos direitos de ordenação de transações para mineradores e validadores. Da mesma forma, a Aztec utiliza a tecnologia zk-Rollup para combinar múltiplas transações antes da submissão na cadeia, ajudando a prevenir front-running e manipulação de ordens.

Tipos de Transação MEV

Os tipos comuns de ataques em MEV incluem front-running, ataques de sandwich, transações de liquidação e ataques de time-bandit. Outras formas, como ataques dark pool e ataques de camada, também existem.

Front-running

Origem: hacken.io

Front-running refere-se a mineradores ou validadores inserindo suas próprias transações antes da transação de um usuário, especialmente quando antecipam que a transação causará uma mudança significativa de preço. Por exemplo, se uma grande ordem de compra estiver prestes a ocorrer, um minerador pode comprar o ativo antecipadamente e vendê-lo imediatamente após a grande ordem elevar o preço, lucrando com a mudança de preço. Esse tipo de transação alavanca o controle sobre a ordem das transações, criando efetivamente uma 'preempção de transação' a curto prazo.

Ataque de sanduíche

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Fonte: Ethereum

Um ataque de sanduíche é uma forma especializada de front-running, frequentemente visto em negociações DEX. Os atacantes inserem uma transação de compra ou venda antes da transação alvo para inflar ou diminuir o preço de execução. Em seguida, imediatamente após a transação alvo, eles executam uma transação oposta para capturar a oportunidade de arbitragem. Essa estratégia de "sanduíche" não apenas piora o preço de execução para o trader alvo, mas também aumenta os custos de transação, prejudicando a equidade para usuários regulares e mercados descentralizados.

Liquidação

As transações de liquidação geralmente ocorrem em protocolos de empréstimos. Quando o valor do colateral de um mutuário cai abaixo de um limite de liquidação, o protocolo permite que os liquidantes reembolsem parte do empréstimo e ganhem uma recompensa de liquidação. Os buscadores monitoram os valores do colateral em tempo real e executam transações de liquidação quando as condições são atendidas, reivindicando recompensas. Essas transações são altamente competitivas, com os liquidantes frequentemente pagando altas taxas de gás para obter prioridade.

Ataque do Ladrão do Tempo

Um ataque de ladrão do tempo é um ataque de reorganização de cadeia onde os mineradores reorganizam o estado da blockchain, reordenando ou até modificando transações passadas para extrair lucros maiores. Este ataque depende da concentração de poder de hash ou autoridade de validação, permitindo o controle sobre uma parte da história da blockchain. Tais ataques minam a estabilidade e confiança da rede blockchain, pois reorganizações frequentes reduzem a eficiência do consenso, aumentam os atrasos e incertezas das transações e erodem a confiança do usuário na finalidade das transações.

Impacto do MEV na Defi

MEV introduz novos incentivos econômicos para mineradores, validadores e pesquisadores, permitindo que eles ganhem lucros adicionais além das taxas de transação padrão. Esses incentivos geram competição de 'licitação prioritária', levando a taxas de gás significativamente aumentadas e exacerbando a congestão da rede. No DeFi, isso não apenas aumenta os custos de transação para usuários regulares, mas também torna difícil a execução de transações pequenas durante períodos de altas taxas de gás, limitando a participação de certos usuários.

Os ataques MEV, como arbitragem e front-running, desestabilizam os ganhos do LP (provedor de liquidez) e até mesmo podem reduzi-los. Os atacantes lucram com a manipulação de preços, o que pode levar a desequilíbrios nas pools de liquidez e aumentar as perdas impermanentes. Além disso, os lucros do LP não dependem mais apenas do volume de negociação, mas também são influenciados por buscadores MEV e mineradores que manipulam a ordem das transações, representando uma potencial ameaça econômica para os LPs comuns.

Abordar MEV de forma eficaz envolve redistribuir os lucros obtidos pelos pesquisadores de volta para todos os participantes e garantir a execução eficiente dos mecanismos de negociação.

Soluções Atuais

Abordagens Básicas

As DEXs reduzem os riscos de front-running, revelando informações parciais de pedidos e usando mecanismos de leilão, ajudando os traders a antecipar os movimentos do mercado. Soluções de camada 2 processam transações off-chain, limitando a capacidade dos MEV searchers de monitorar negociações mantendo os detalhes da transação fora da main chain. Tecnologias de privacidade, como zk-rollups, executam transações off-chain, restringindo o acesso dos atacantes às informações da transação. Time-locks impõem atrasos, exigindo que as transações sejam executadas após um bloco específico, o que mitiga os riscos de oportunidades rápidas de arbitragem, especialmente no combate a ataques de flash loan. Mecanismos de leilão justos e ordenação aleatória criam sequências de transações mais equitativas. Protocolos de ordenação criptografada protegem os detalhes da transação até que condições específicas sejam atendidas, evitando vazamentos de informações precoces. A segregação de transações sensíveis do mempool público protege a integridade dos pacotes MEV. Finalmente, a governança da comunidade e os incentivos transparentes mantêm a equidade do sistema por meio de votação coletiva sobre medidas de prevenção de MEV, evitando riscos associados ao controle unilateral.

Soluções em Diferentes Níveis

Para mitigar os fenômenos prejudiciais do MEV nos sistemas blockchain, várias soluções foram propostas em múltiplos níveis e ferramentas, incluindo a camada de consenso, camada de execução, camada de aplicação, soluções de Camada 2 e ferramentas especializadas de MEV.

Camada de Consenso: A camada de consenso tem como objetivo reduzir o MEV ajustando os mecanismos de produção de bloco e ordenação de transação, impedindo que os produtores de bloco manipulem arbitrariamente a ordem das transações. A Separação Proposer-Builder (PBS) do Ethereum 2.0 é uma abordagem inovadora que separa as funções de proponentes e construtores de bloco, permitindo que os construtores criem blocos sem controlar diretamente a ordem da transação. Protocolos de ordenação descentralizados aumentam ainda mais a transparência e a aleatoriedade da transação, reduzindo os riscos do MEV e garantindo um processo justo de produção de bloco.

Camada de execução: Na camada de execução, o MEV é mitigado por meio de medidas de preservação da privacidade e mecanismos otimizados de leilão de gás. O sistema de retransmissão de transações privadas dos Flashbots permite que os usuários enviem transações de forma privada, evitando a exposição ao pool de transações públicas. Além disso, algumas plataformas melhoraram os mecanismos de leilão de gás para reduzir a necessidade de os usuários pagarem altas taxas de gás para priorização, reduzindo a frequência de front-running e outros problemas relacionados ao MEV.

Camada de Aplicação: Na camada de aplicação, os protocolos DeFi e DEXs abordam o MEV implementando leilões em lote e trocas atômicas. Plataformas como Balancer e Uniswap V3 processam todas as transações em lotes baseados no tempo, prevenindo efetivamente comportamentos prejudiciais do MEV, como ataques de sandwich. Oráculos como Chainlink fornecem referências de preços on-chain, reduzindo oportunidades de arbitragem e diminuindo a probabilidade de exploração do MEV.

Camada 2: As soluções de escalabilidade da Camada 2 mitigam os riscos de MEV processando grandes volumes de transações off-chain antes de enviá-las para a main chain. Tecnologias como Optimistic Rollups e ZK-Rollups agrupam e verificam as transações antes de registrá-las on-chain, impedindo que os produtores de blocos manipulem a ordem das transações. Além disso, certos protocolos de Camada 2 para DEXs usam correspondência e liquidação de pedidos off-chain, reduzindo ainda mais as possíveis oportunidades de MEV.

Soluções Representativas

Vários produtos especializados no domínio MEV têm abordado muitas questões. Provedores líderes como Flashbots e Blocknative auxiliam mineiros, validadores e pesquisadores na identificação e extração de MEV em plataformas DeFi.

Flashbots

Os Flashbots abordam os desafios do MEV introduzindo "transações de pacote MEV", que enviam um grupo de transações como operações atômicas, garantindo que todas sejam executadas ou todas falhem, impedindo transações front-running e preventivas. Os relés Flashbots conectam buscadores e mineradores, oferecendo um mecanismo transparente de envio de transações. A plataforma emprega um sistema de leilão de gás prioritário aprimorado, permitindo que mineradores e validadores selecionem transações com base no valor do MEV enquanto reduzem o congestionamento da rede. Ao fornecer oportunidades transparentes de extração de MEV, os Flashbots garantem a justiça, permitindo que qualquer usuário capaz participe da extração de MEV. Esses projetos aumentam a eficiência e a justiça dos processos de MEV.

Blocknative

A inovação central da Blocknative está em fornecer uma plataforma transparente e eficiente de relé MEV. Ao se conectar à plataforma, os validadores podem acessar blocos completos contendo oportunidades de MEV. Ao contrário dos sistemas tradicionais impulsionados pelos mineradores, a Blocknative usa um modelo de relé aberto, permitindo que vários construtores e validadores compitam de forma justa, reduzindo assim os riscos de centralização do MEV. Além disso, a Blocknative oferece pontos de extremidade RPC de pacote MEV, ajudando os pesquisadores a otimizar as estratégias de MEV agrupando e enviando transações para o blockchain.

BloxRoute

BloxRoute inova através do seu protocolo de “Rede de Distribuição Blockchain (BDN)”, que suporta múltiplos nós através de gateways de código aberto ou APIs públicas da BloxRoute. Isso garante baixa latência, alta throughput e neutralidade de protocolo. Esse design permite que os nós se sincronizem rapidamente, ajudando os projetos de blockchain a melhorar a velocidade de transação, reduzir congestionamentos e diminuir os custos de transação.

Rede Eden

A Eden Network apresenta um mecanismo de "inquilino de slot", permitindo que os usuários apostem fichas EDEN para alugar espaço de bloco prioritário. Isso garante que suas transações sejam processadas no bloco designado com proteção MEV. Este design protege os traders contra ataques MEV adversos, como front-running, especialmente durante períodos de alta congestão na rede.

A Eden Network também incentiva os produtores de blocos com recompensas em tokens para aderir às regras do protocolo, garantindo que as transações sejam processadas na ordem correta. Os produtores de blocos que violarem essas regras enfrentam penalidades, incluindo a possível remoção da rede.

Conclusão

Em resumo, o MEV tem um impacto complexo na equidade, integridade transacional e desenvolvimento de longo prazo do ecossistema blockchain. Embora o MEV forneça aos mineradores e validadores incentivos adicionais, atraindo mais projetos e participação da comunidade, ele também impõe altos custos de transação aos usuários regulares. Práticas como ataques front-running e sanduíche dificultam a capacidade dos usuários de executar transações na ordem pretendida, aumentando a imprevisibilidade. Participantes tecnicamente qualificados ou mineradores engenhosos nesse ambiente aproveitam as vantagens informacionais para obter lucro, deixando os usuários comuns em desvantagem. Esse desequilíbrio prejudica a transparência e a descentralização que o blockchain originalmente almejava alcançar. Além disso, o MEV contribui para a assimetria de informação e o congestionamento da rede.

MEV representa desafios significativos para a justiça da blockchain. Essencialmente, representa uma 'oportunidade de arbitragem' dentro do design do sistema, permitindo que mineradores ou validadores explorem vantagens informacionais e de ordenação, perturbando os princípios justos fundamentais para o design da blockchain. A centralização do MEV exacerba o problema, com validadores ricos em recursos capturando mais oportunidades de lucro, enquanto usuários regulares e mineradores menores lutam para se beneficiar.

Soluções futuras podem se concentrar na melhoria dos mecanismos de consenso e regras de ordenação, com inovação contínua em várias camadas. À medida que mais ecossistemas de cadeia pública crescem, o MEV de cadeia cruzada provavelmente se tornará um foco fundamental nos próximos desenvolvimentos.