[論文レビュー] Don't Let MEV Slip: The Costs of Swapping on the Uniswap Protocol

Austin Adams, Benjamin Y Chan+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2023

Blockchain Technology Applications and SecurityComputer Science被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Uniswap v3における取引コストの包括的な実証的分析を提示し、実際の取引データを用いてスリッページを良性および悪質な成分に分解する新規手法を導入した。特に、再順序付けスリッページに注目している。その結果、大規模取引ではスリッページがコストを支配しており、PEPEなどのマーケットコインではUSDCのようなステーブルコインと比較して、悪質な再順序付けによるスリッページが80%増加していることが判明した。

ABSTRACT

We present the first in-depth empirical characterization of the costs of trading on a decentralized exchange (DEX). Using quoted prices from the Uniswap Labs interface for two pools -- USDC-ETH (5bps) and PEPE-ETH (30bps) -- we evaluate the efficiency of trading on DEXs. Our main tool is slippage -- the difference between the realized execution price of a trade, and its quoted price -- which we breakdown into its benign and adversarial components. We also present an alternative way to quantify and identify slippage due to adversarial reordering of transactions, which we call reordering slippage, that does not require quoted prices or mempool data to calculate. We find that the composition of transaction costs varies tremendously with the trade's characteristics. Specifically, while for small swaps, gas costs dominate costs, for large swaps price-impact and slippage account for the majority of it. Moreover, when trading PEPE, a popular 'memecoin', the probability of adversarial slippage is about 80% higher than when trading a mature asset like USDC. Overall, our results provide preliminary evidence that DEXs offer a compelling trust-less alternative to centralized exchanges for trading digital assets.

研究の動機と目的

• 分散型取引所（DEX）であるUniswap v3における総取引コストの、初めての詳細な実証的特徴付けを行うこと。
• スリッページを良性および悪質な成分に分解し、特に悪質な再順序付けを主なコスト要因として特定すること。
• quoted price や mempool データを必要としない、新たな指標「再順序付けスリッページ」を提案すること。
• 取引サイズ、資産タイプ（例：ステーブルコイン対マーケットコイン）、ガス料金、市場モーメンタムが取引コストに与える影響を定量的に評価すること。
• MEVエコシステムにおけるプライベートRPCおよびブローカーの信頼性を、観察可能な取引行動に基づいて評価すること。

提案手法

• 2023年1月から8月にかけて、Uniswap Labsのインターフェース経由で実行された534,198件のスワップ取引データを用い、2つのプール（USDC-ETH（5bps）、PEPE-ETH（30bps））を対象とした。
• スリッページを、実現価格と提示価格の差として定義し、価格影響と悪質な再順序付け効果に分解した。
• 再順序付けスリッページを新規に導入。これは、mempool や提示価格データに依存せず、実行価格の乖離を分析することで悪質な再順序付けを検出するデータに依存しない指標である。
• 回帰モデルを用いて、取引サイズ、ガス料金、市場モーメンタム、プール特性がスリッページに与える影響を、市場変数を制御した上で分析した。
• 公開取引データとプライベートRPCデータを用いて、mev-boostエコシステム内でのブローカーの行動を比較・評価した。
• 公開データとプライベートRPCデータの取引結果を比較することで、プライベートRPCの信頼性を検証し、再順序付けスリッページを用いてブローカー行動を分析した。

Figure 1 : Transaction Cost Composition For Different Transaction Types

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Uniswap v3における取引コストは、ガス料金、スリッページ、流動性提供者手数料にどのように分解されるか？
• RQ2 特に大規模取引やボラティリティの高い資産において、スリッページはどの程度悪質な取引再順序付けに起因しているか？
• RQ3 ステーブルコイン（例：USDC）とマーケットコイン（例：PEPE）では、悪質な再順序付けスリッページの発生確率にどのような差があるか？
• RQ4 提示価格やmempoolデータにアクセスできない状況でも、再順序付けスリッページを測定可能か？また、その監視ツールとしての有効性はいかがなものか？
• RQ5 観察可能な取引行動に基づくと、MEVエコシステムにおけるプライベートRPCおよびブローカーの信頼性はどの程度高いと評価できるか？

主な発見

• 小規模取引ではガス料金が取引コストを支配するが、大規模取引ではスリッページが主なコスト要因となる。
• 平均して、USDC-ETHプールでは1ドルあたり22 bps、PEPE-ETHプールでは140 bpsの取引コストが発生している。
• PEPE取引ではUSDC取引と比較して、悪質な再順序付けスリッページが80%高い。これは、投機的資産がMEVにさらされやすいことを示している。
• 取引サイズが大きくなると、悪質なスリッページが顕著に増加し、その大部分はブロックプロポーザーやサーチャーによる戦略的再順序付けに起因している。
• ガス料金が高くなると、市場モーメンタムが強いと、スリッページが悪化する傾向があり、競争の激化や取引の衝突が原因と考えられる。
• mev-boostエコシステムにおける上位5名のブローカーに、悪質な行動の明確な証拠は見当たらない。これは、強いインcentivesや罰則が悪意ある行動を抑制している可能性を示唆している。

(b) WETH-USDC Swaps