[論文レビュー] Censorship Resistance in On-Chain Auctions

Elijah Fox, Mallesh M. Pai+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、オンチェーンオークションにおける検閲耐性を強化するため、マルチプロポーザーのブロックチェーンにおける条件付きチップ支払いメカニズムを提案する。非対称な報酬により、複数のプロポーザーが高チップ取引を含めるように誘導することで、検閲のコストをkTにまで引き上げる。これにより、期待されるチップ額ktと比較して、検閲は実質的に不可能になり、時間的要請を満たす取引の迅速な含め込みと、悪意ある共謀下でもオークションの整合性が保たれる。

ABSTRACT

Modern blockchains guarantee that submitted transactions will be included eventually; a property formally known as liveness. But financial activity requires transactions to be included in a timely manner. Classical liveness does not guarantee this, particularly in the presence of a motivated adversary who benefits from censoring transactions. We define censorship resistance as the amount it would cost the adversary to censor a transaction for a fixed interval of time as a function of the associated tip. This definition has two advantages, first it captures the fact that transactions with a higher miner tip can be more costly to censor, and therefore are more likely to swiftly make their way onto the chain. Second, it applies to a finite time window, so it can be used to assess whether a blockchain is capable of hosting financial activity that relies on timely inclusion. We apply this definition in the context of auctions. Auctions are a building block for many financial applications, and censoring competing bids offers an easy-to-model motivation for our adversary. Traditional proof-of-stake blockchains have poor enough censorship resistance that it is difficult to retain the integrity of an auction when bids can only be submitted in a single block. As the number of bidders n in a single block auction increases, the probability that the winner is not the adversary, and the economic efficiency of the auction, both decrease faster than 1/n. Running the auction over multiple blocks, each with a different proposer, alleviates the problem only if the number of blocks grows faster than the number of bidders. We argue that blockchains with more than one concurrent proposer can have strong censorship resistance. We achieve this by setting up a prisoner’s dilemma among the proposers using conditional tips.

研究の動機と目的

• 取引チップと時間ウィンドウの関数として検閲耐性を形式化し、現実の金融的時間的要請を反映する。
• 既存のプルーフ・オブ・ステークブロックチェーンが、悪意ある検閲の下でも時間的に敏感なオンチェーンオークションをサポートできるかを分析する。
• 複数の同時プロポーザーと条件付きチップを用いたオークションにおける検閲耐性を向上させるメカニズムを設計する。
• 条件付きチップがプロポーザー間で囚人のジレンマを生じさせることを示し、高確率での含め込みと低コストの検閲を保証する。

提案手法

• 固定時間ウィンドウ内でのチップ額tの取引を検閲するコストとして検閲耐性を定義する。
• 入札者がプロポーザーにチップを提示して含めを依頼する、オンチェーンの2段階オークションをモデル化する。
• 条件付きチップを導入：1人のプロポーザーのみが含める場合はT、複数が含める場合はt ≪ Tとなる。これにより、協調行動のインcentiveが生まれる。
• 全プロポーザーが高報酬のため取引を含める均衡行動を分析する。
• 全k人のプロポーザーを検閲するにはkTの支払いが必要であり、期待チップ額ktと比較して検閲コストが著しく高くなることを示す。
• MEV、オラクルフィード、オプティミスティックロールアップのセキュリティ向上にこのメカニズムを適用し、プロポーザーのリント抽出を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一プロポーザーを持つ従来のプルーフ・オブ・ステークブロックチェーンは、悪意ある検閲下でも金融的に持続可能なオンチェーンオークションをサポートできるか？
• RQ2 1人の共謀入札者がプロポーザーを買収できる場合、入札者の数が増えると、オークション効率と勝者整合性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 マルチプロポーザーブロックチェーンにおいて、高チップ取引の検閲を著しく高コストにするメカニズム設計は何か？
• RQ4 条件付きチップは、検閲確率がゼロでありながら入札プライバシーを保つプール均衡を形成できるか？
• RQ5 プライベートメモリプールやデータ可用性レイヤーといった既存の解決策と比較して、条件付きチップメカニズムは検閲緩和にどの程度効果的か？

主な発見

• 検閲耐性は、固定時間ウィンドウ内でのチップ額tの取引を検閲するコストとして定義され、チップの感受性と時間的制約の両方を反映する。
• 単一プロポーザーのオークションでは、誠実な入札者が増えるにつれて、共謀入札者が勝つ確率が上昇し、余剰収益の割合も増加する。
• 異なるプロポーザーが複数ブロックにわたってオークションを実施しても、ブロック数が入札者数よりも速やかに増加しない限り、検閲耐性は向上しない。
• 複数の同時プロポーザー（k > 1）の下では、条件付きチップが囚人のジレンマを生じる：各プロポーザーは報酬Tを得るため取引を含めるインセンティブを持つ。その結果、全プロポーザーの検閲にはkT ≫ ktのコストが必要となる。
• このメカニズムは、検閲確率がゼロで、入札プライバシーが保たれ、期待チップ額がktにまで低下するプール均衡を達成する。
• このアプローチにより、プロポーザーのリントが著しく削減される。例えば、マージ以降のイーサリアムにおけるMEVブースト支払い（2億4500万ドル）は、本モデル下では大幅に削減可能である。