[논문 리뷰] Time is Money: Strategic Timing Games in Proof-of-Stake Protocols

Caspar Schwarz-Schilling, Fahad Saleh외 4명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 15.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 honest-but-rational PoS 참가자들을 모델링하고 타이밍 게임이 더 큰 MEV를 유발할 수 있음을 보여주며, 균형을 분석하고, 지연 서명이 블록 전파에 비용이 들고 아직 MEV 포획을 위해 악용되지 않는다는 것을 시사하는 이더리움의 실증 데이터를 제공합니다.

ABSTRACT

We propose a model suggesting that honest-but-rational consensus participants may play timing games, and strategically delay their block proposal to optimize MEV capture, while still ensuring the proposal's timely inclusion in the canonical chain. In this context, ensuring economic fairness among consensus participants is critical to preserving decentralization. We contend that a model grounded in honest-but-rational consensus participation provides a more accurate portrayal of behavior in economically incentivized systems such as blockchain protocols. We empirically investigate timing games on the Ethereum network and demonstrate that while timing games are worth playing, they are not currently being exploited by consensus participants. By quantifying the marginal value of time, we uncover strong evidence pointing towards their future potential, despite the limited exploitation of MEV capture observed at present.

연구 동기 및 목표

• 정직하지만 합리적인 검증자들이 정합적 포함성을 해치지 않으면서 MEV를 포착하기 위해 타임블록으로 릴리스를 조절할 수 있다는 아이디어를 동기부여하고 형식화한다.
• PoS의 제안자(proposers)와 인증자(attesters)를 수학적으로 모델링하여 시간 편차와 균형 전략을 연구한다.
• 제때의 행동이 균형인 균형이 존재하고 보상 분배가 공정한 상태를 보여준다.
• 이더리움에서 타이밍 게임이 발생하는지 실증적으로 평가하고 제안자들의 시간에 대한 한계적 가치(marginal value of time)를 정량화한다.

제안 방법

• 슬롯 기반 제안자와 연속체(attesters)의 무한 수평 타이밍 게임을 정의한다.
• 정상화된(정합성 이후의) 블록과 관련하여 마지막으로 정본화된 블록 이후의 시간에 비례해 증가하는 제안자 보상을 명시한다.
• 인증 횟수와 이후의 제안자 행동을 통해 정본 블록 조건을 특징화한다.
• 인증자의 조정에 따라 제안자가 지연하는 다중 균형의 존재와 인증자의 행동이 최적 반응인 균형을 도출한다.
• 이더리움 유사한 동역학에 대해 모델을 보정하고 공정성과 탈중앙화에 대한 시사점을 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 honest-but-rational 참가자들이 PoS 설정에서 타이밍 게임이 존재하는가?
• RQ2 균형이 제때의 행동과 공정한 보상 분배를 유지할 수 있는가?
• RQ3 이더리움에서의 타이밍 게임 행동에 대한 실증적 증거는 무엇이며 지연으로부터의 MEV 증가 가능성은 얼마나 큰가?
• RQ4 지연(latency)과 서명(process)이 블록 전파 및 인증 패턴에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 실제 네트워크에서 제안자에게 부여되는 시간의 한계 가치(marginal value of time)는 얼마인가?

주요 결과

• 제안자들이 슬롯 내에서 지연하는 다중 균형이 존재하며, 인증자들이 타이밍 전략을 가능하게 하기 위해 조정한다.
• 제안자 보상은 가장 최근의 정본 블록에 비교해 시간에 따라 선형적으로 증가하여 지연의 동기를 만든다(최종 정본화에 대한 제약 하에).
• 이더리움 유사 데이터에서 타이밍 게임은 플레이할 가치가 있지만 현재는 악용되지 않으며, 지연 서명이 서명 지연의 약 75.42%를 차지한다.
• 실증적 증거는 승리 입찰이 슬롯 경계로부터 약 774 ms, 입찰 가능성으로부터 약 513 ms 뒤에 서명되며, 지연 서명이 있지만 의도적 MEV 유도 지연은 아님을 시사한다.
• 입찰의 시간 가치가 초당 0.0065 ETH로 추정되어 MEV 포획을 위한 양의 시간 가치를 나타낸다.