[論文レビュー] Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges

Philip Daian, Steven Goldfeder+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 29被引用数 61

ひとこと要約

本論文は Ethereum における MEV を文書化・分析し、純粋な収益機会のアービトラージ、priority gas auctions（PGAs）、およびタイムバンディット/フォーキング攻撃を含む合意層のセキュリティリスクを焦点に扱う。

ABSTRACT

Blockchains, and specifically smart contracts, have promised to create fair and transparent trading ecosystems. Unfortunately, we show that this promise has not been met. We document and quantify the widespread and rising deployment of arbitrage bots in blockchain systems, specifically in decentralized exchanges (or "DEXes"). Like high-frequency traders on Wall Street, these bots exploit inefficiencies in DEXes, paying high transaction fees and optimizing network latency to frontrun, i.e., anticipate and exploit, ordinary users' DEX trades. We study the breadth of DEX arbitrage bots in a subset of transactions that yield quantifiable revenue to these bots. We also study bots' profit-making strategies, with a focus on blockchain-specific elements. We observe bots engage in what we call priority gas auctions (PGAs), competitively bidding up transaction fees in order to obtain priority ordering, i.e., early block position and execution, for their transactions. PGAs present an interesting and complex new continuous-time, partial-information, game-theoretic model that we formalize and study. We release an interactive web portal, http://frontrun.me/, to provide the community with real-time data on PGAs. We additionally show that high fees paid for priority transaction ordering poses a systemic risk to consensus-layer security. We explain that such fees are just one form of a general phenomenon in DEXes and beyond---what we call miner extractable value (MEV)---that poses concrete, measurable, consensus-layer security risks. We show empirically that MEV poses a realistic threat to Ethereum today. Our work highlights the large, complex risks created by transaction-ordering dependencies in smart contracts and the ways in which traditional forms of financial-market exploitation are adapting to and penetrating blockchain economies.

研究の動機と目的

• 分散型取引所（DEX）におけるアービトラージ・ボットエコシステムを文書化・定量化する。
• マイナー/抽出可能価値（MEV）と Priority Gas Auctions（PGAs）を定義・分析する。
• PGAゲームをモデル化し経験的データで検証する。
• MEV による合意層のセキュリティリスクを示す。タイム・バンディットおよび手数料ベースのフォーキングの脅威を含む。
• コミュニティへのリアルタイム MEV インサイトを提供するデータとツール（frontrun.me）を提供する。

提案手法

• 複数ソースのオンチェーンデータとメモリプールベースの計測環境を用いたアービトラージの普及度の実証測定。
• 高価値のガス置換トランザクションを観察するための地理分散型 Ethereum モニターを備えた実験的な PGA 測定ハーネスの開発。
• PGA メカニズムを連続時間・部分情報ゲームとして形式的にモデル化。
• 並び順最適化を含む広範な現象としての MEV の分析と、それが合意セキュリティに及ぼす影響。
• コード・データ・リアルタイムフロンティアダッシュボード（frontrun.me）のオープンソース公開。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の Ethereum における純粋な収益アービトラージ経済の下限規模はどれくらいか。
• RQ2 アービトラージ・ボット間でのPGAsの運用はどうなり、どんな戦略が生まれるか。
• RQ3 マイナー抽出可能価値（MEV）とは何か、トランザクションの並びが合意セキュリティにどう影響するか。
• RQ4 MEV は実際に Ethereum でタイムバンディットや手数料ベースのフォーキング攻撃を可能にするか。

主な発見

• 著者らはこれまでの純粋な収益アービトラージ経済の下限を USD 6百万超と設定する。
• アービトラージ・ボットは priority gas auctions（PGAs）に参加し、ガス価格を引き上げてブロック包含を確保し、複数取引を原子性で実行して利益を得る。
• MEV は手数料ベースのフォーキング攻撃とタイム・バンディット攻撃を含む、合意層のシステム的脆弱性を生み出す。
• 実証的観測には、6つの地理分散ノードにまたがる708,385,840件のユニークなPGA観測と、ボリューム上位5つのDEXへの焦点が含まれる。
• 純粋な収益機会の中央値利益は、観測された138,948件の純粋な収益取引の収益機会規模の約65%である。
• 本研究はリアルタイムの公開データポータル（frontrun.me）とPGA/MEVダイナミクスの研究・検証のためのオープンソースデータ／コードを提供する。