[논문 리뷰] The Centralizing Effects of Private Order Flow on Proposer-Builder Separation

Tivas Gupta, Mallesh M. Pai외 1명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Auction Theory and Applications인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 비공개 주문 흐름 경매(OFAs)가 이더리움의 프로포저-빌더 분리(PBS) 메커니즘의 중심화 효과를 증폭시킨다는 것을 입증한다. 특히 고빈도 거래(HFT) 기업을 포함한 수직 통합된 빌더-검색자들이 결정적인 이점을 얻게 된다. 이들의 뛰어난 블록 상단 추출 능력과 비공개 주문 흐름에 대한 독점적 접근권을 결합함으로써, 비통합 빌더들보다 OFA에서 더 높은 입찰을 하고 PBS 경매에서 더 자주 승리하게 되어 수익이 증가하고 분산화가 감소한다.

ABSTRACT

The current Proposer-Builder Separation (PBS) equilibrium has several builders with different backgrounds winning blocks consistently. This paper considers how that equilibrium will shift when transactions are sold privately via order flow auctions (OFAs) rather than forwarded directly to the public mempool. We discuss a novel model that highlights the augmented value of private order flow for integrated builder searchers. We show that private order flow is complementary to top-of-block opportunities, and therefore integrated builder-searchers are more likely to participate in OFAs and outbid non integrated builders. They will then parlay access to these private transactions into an advantage in the PBS auction, winning blocks more often and extracting higher profits than non-integrated builders. To validate our main assumptions, we construct a novel dataset pairing post-merge PBS outcomes with realized 12-second volatility on a leading CEX (Binance). Our results show that integrated builder-searchers are more likely to win in the PBS auction when realized volatility is high, suggesting that indeed such builders have an advantage in extracting top-of-block opportunities. Our findings suggest that modifying PBS to disentangle the intertwined dynamics between top-of-block extraction and private order flow would pave the way for a fairer and more decentralized Ethereum.

연구 동기 및 목표

• 비공개 주문 흐름 경매(OFAs)가 이더리움의 프로포저-빌더 분리(PBS) 메커니즘의 분산화에 어떤 영향을 미치는지 조사하기.
• 블록 상단 MEV 추출 능력과 블록 본문 거래 접근성 간의 상호보완성이 PBS 경매 결과에 어떻게 작용하는지 분석하기.
• 고변동성 조건에서 HFT 능력을 갖춘 통합 빌더-검색자가 비통합 빌더들보다 우월한 성과를 내는지 실증적으로 검증하기.
• 비대칭적인 블록 상단 기회에 대한 액세스 권한 차이를 고려할 때 OFA 및 PBS 경매에서 빌더들의 전략적 동기를 모델링하기.
• 비공개 주문 흐름과 HFT 통합으로 인한 중심화 경향을 완화하기 위해 PBS를 분리하는 것이 필수적인 개혁이 되어야 한다고 주장하기.

제안 방법

• 합병 이후의 PBS 경매 결과와 바이낸스에서의 12초 실현 변동성 데이터를 결합하여 블록 상단 추출 성능를 평가하기 위한 새로운 데이터셋을 구축한다.
• 실현 변동성을 블록 상단 가치의 외생적 대체지표로 사용하여 빌더 성능 차이에 대한 인과관계 추론을 가능하게 한다.
• 이중 단계 블록 구축 모델을 개발한다: (1) 빌더들이 공개 메모리풀 또는 OFAs를 통해 블록 본문 거래를 확보한다; (2) 이러한 거래를 블록 상단 기회와 조합하여 영국식 경매 방식으로 PBS 권리에 입찰한다.
• HFT의 이점을 반영하기 위해 블록 상단 추출 능력을 확률적으로 분포시켜 모델링한다(지수분포).
• 공개 메모리풀과 OFA 시나리오에서 승리 확률과 기대 수익에 대한 분석적 표현을 유도한다.
• 비교 정적 분석을 수행하여 OFA 하에서 블록 상단 추출 능력의 미세한 우위가 어떻게 비연속적으로 증폭되는지 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 OFAs에서 비공개 주문 흐름이 HFT 능력을 갖춘 수직 통합 빌더-검색자들에게 비례적으로 유리한 위치를 제공하는가?
• RQ2 비공개 주문 흐름 하에서 블록 상단 기회와 블록 본문 기회 간의 상호보완성이 PBS 경매 결과에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 중앙집중화된 거래소에서의 실현 변동성 충격이 블록 상단 MEV 가치에 대해 타당한 대체지표로 사용될 수 있는가?
• RQ4 비공개 주문 흐름이 최상위 빌더-검색자의 승리 확률과 기대 수익에 미치는 정량적 영향은 어느 정도인가?
• RQ5 블록 상단과 블록 본문 경매를 분리하는 PBS 분리 조치가 비공개 주문 흐름이 초래하는 중심화 효과를 완화할 수 있는가?

주요 결과

• HFT 기업이 운영하는 통합 빌더-검색자는 바이낸스에서 12초 실현 변동성이 높은 기간 동안 PBS 경매에서 더 자주 승리하며, 이는 뛰어난 블록 상단 추출 능력을 시사한다.
• 실증 결과는 모든 빌더가 블록 상단 가치를 동일하게 추출할 수 있다는 귀무가설을 통계적으로 기각한다.
• 이론 모델에서, 블록 상단 추출 능력이 확률적으로 뛰어난 빌더는 OFA에서 승리하고, 이후 PBS 경매에서도 공개 메모리풀 대안 대비 더 높은 확률로 승리한다.
• 작은 블록 상단 추출 능력의 우위(예: λB = λA + ε)가 비공개 주문 흐름에 대한 보장된 액세스로 인해 OFA 시나리오에서 승리 확률이 비연속적으로 급격히 증가한다.
• 우월한 빌더의 기대 수익은 OFA 시나리오에서 공개 메모리풀 시나리오 대비 증가하며, 그 차이는 엄밀히 양수이며 블록 상단 우위의 크기에 따라 달라진다.
• 모델은 비공개 주문 흐름이 블록 상단 기회와 상호보완적임을 보여주며, 이는 통합 빌더에게 더 가치 있고 중심화를 강화한다.