[논문 리뷰] Cross-Rollup MEV: Non-Atomic Arbitrage Across L2 Blockchains

Krzysztof Gogol, Johnnatan Messias외 3명|arXiv (Cornell University)|2024. 06. 04.

Transport and Economic PoliciesBusiness, Management and Accounting인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 이더리움 레이어-2 블록체인에서의 롤업 간 MEV 아웃리어지 전략을 실증적으로 분석하여, 어빌리티, 베이스, 옵티미즘, zkSync 에라와 같은 롤업에서 10~20 블록 동안 지속되는 50만 개 이상의 활용되지 않은 아웃리어지 기회를 밝혀냈다. 이중 중복 계산을 방지하기 위해 수정된 MAV(최대 아웃리어지 가치) 지표를 도입함으로써, 연구는 LVR 지표가 아웃리지 수익을 5배 과대평가하고 있음을 발견했으며, 실제 아웃리지 수익은 거래량의 0.03%에서 0.25% 수준임을 확인했다.

ABSTRACT

This study quantifies the potential non-atomic MEV on Layer-2 (L2) blockchains by measuring the arbitrage opportunities between cross-rollup and DEX-CEX. Over recent years, we observe a shift in trading activities from Ethereum to rollups, with swaps on rollups occurring 2-3 times more frequently, albeit with lower trade volumes. By analyzing the costs of swap on L2s and price discrepancies cross-rollup and DEX-CEX, we identify more than 500 000 unexplored arbitrage opportunities. In particular, we find that these opportunities persist, on average, for 10 to 20 blocks, necessitating the modification of the Loss Versus Rebalancing (LVR) metric to prevent double-counting. Our findings indicate that the arbitrage opportunities in Arbitrum, Base, and Optimism range between 0.03% and 0.05% of the trading volume, while in the ZKsync it fluctuates around 0.25%.

연구 동기 및 목표

• 이더리움 롤업과 이더리움 메인넷 간 아웃리지 및 스왑 행동의 동역학을 조사하기 위해.
• 특히 바이낸스를 포함한 중앙집중식 거래소(CEX)와 롤업의 DeFi AMM 간 가격 차이를 정량화하기 위해.
• 레이어-2 생태계에서 더 빠른 블록 시간과 낮은 수수료가 아웃리지 빈도와 수익성에 미치는 영향를 평가하기 위해.
• 지속적인 가격 격차 기간 동안 중복 계산을 방지하기 위해 각 블록당 최고의 아웃리지 가치만 선택하는 수정된 메트릭(MAV)을 제안하고 검증하기 위해.
• 다양한 롤업 간 아웃리지 잠재력 분석을 통해 향후 분산형 롤업 시퀀서에서의 MEV 경매 설계에 영향을 주기 위해.

제안 방법

• 저자들은 이더리움, 어빌리티, 베이스, 옵티미즘, zkSync 에라에서 유니스왑 v3의 WETH-USDC 풀 스왑을 분석한다.
• 롤업의 AMM 가격과 바이낸스 CEX 가격 간의 가격 격차를 식별하여 활용되지 않은 아웃리지 기회를 탐지한다.
• 블록 단위 분석을 통해 시간에 따른 가격 격차를 추적하고, 아웃리지 창의 지속 시간과 크기를 측정한다.
• 지속적인 가격 격차 기간 동안 중복 계산을 방지하기 위해 각 블록당 유일한 최고 아웃리지 가치만 선택하는 수정된 최대 아웃리지 가치(MAV) 메트릭을 도입한다.
• 기존의 LVR(Loss vs. Rebalancing) 메트릭을 MAV를 활용해 재조정하여 실제 아웃리지 수익을 반영하고 과대평가 문제를 수정한다.
• 실증 데이터는 블록체인 트랜잭션 로그와 가격 피드에서 수집되며, 스왑 볼륨, 블록 시간, 수수료 구조에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 롤업에서의 스왑 빈도와 볼륨은 이더리움 메인넷과 비교해 어떻게 다른가? 이러한 차이를 이끌어내는 요인은 무엇인가?
• RQ2 롤업 AMM와 중앙집중식 거래소 간 활용되지 않은 아웃리지 기회의 총 수와 지속 기간은 얼마인가?
• RQ3 기존의 LVR 메트릭이 실제 아웃리지 수익을 어떻게 과대평가하는가? 정확한 측정을 위해 어떤 조정이 필요한가?
• RQ4 롤업에서 더 빠른 블록 시간과 낮은 수수료는 더 자주 발생하지만 더 작은 아웃리지 기회를 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ5 다양한 롤업 간 아웃리지 잠재력은 향후 분산형 시퀀서에서의 MEV 경매 설계에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 50만 개 이상의 활용되지 않은 아웃리지 기회가 다양한 롤업에서 확인되었으며, 평균적으로 10~20 블록 동안 지속되었다.
• 어빌리티, 베이스, 옵티미즘에서는 스왑 수익이 일일 거래량의 0.03%에서 0.05% 수준이었고, zkSync 에라에서는 지속적인 가격 격차로 인해 0.25% 수준이었다.
• 롤업에서는 스왑이 이더리움보다 2~3배 더 자주 발생하지만, 평균 트레이드 볼륨은 약 5배 낮았다.
• 블록 시간은 스왑 빈도에 크게 영향을 미쳤다: 베이스는 매 3번째 블록마다 스왑이 발생했고, 옵티미즘은 매 5번째, 어빌리티는 매 10번째 블록마다 발생했으며, 총 스왑 수는 높은 편이었다.
• LVR 메트릭은 겹치는 아웃리지 이벤트를 반복 계산함으로써 실제 아웃리지 수익을 5배 과대평가하고 있었다.
• 각 블록당 최고 아웃리지 가치만 선택하는 제안된 MAV 메트릭은 진정된 아웃리지 활동을 더 정확하고 안정적으로 측정할 수 있도록 한다.