[논문 리뷰] Time to Bribe: Measuring Block Construction Market

Anton Wahrstätter, Liyi Zhou외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 25.

Facilities and Workplace Management인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 Proof of Stake 전환 이후 이더리움 블록 구축 시장에 대한 縱橫 분석을 제시하며, 빌더 및 릴레이 시장 점유율, MEV 수익 동적 변화, 위기 상황이 MEV 지불에 미치는 영향을 측정한다. MEV-Time 법칙을 도입하여 블록 슬롯 내 2.78초 시점에 MEV 입찰이 최고조에 이르며, FTX 붕괴와 같은 사건이 MEV 수익을 400% 증가시켰음을 발견한다.

ABSTRACT

With the emergence of Miner Extractable Value (MEV), block construction markets on blockchains have evolved into a competitive arena. Following Ethereum's transition from Proof of Work (PoW) to Proof of Stake (PoS), the Proposer Builder Separation (PBS) mechanism has emerged as the dominant force in the Ethereum block construction market. This paper presents an in-depth longitudinal study of the Ethereum block construction market, spanning from the introduction of PoS and PBS in September 2022 to May 2023. We analyze the market shares of builders and relays, their temporal changes, and the financial dynamics within the PBS system, including payments among builders and block proposers -- commonly referred to as bribes. We introduce an MEV-time law quantifying the expected MEV revenue wrt. the time elapsed since the last proposed block. We provide empirical evidence that moments of crisis (e.g. the FTX collapse, USDC stablecoin de-peg) coincide with significant spikes in MEV payments compared to the baseline. Despite the intention of the PBS architecture to enhance decentralization by separating actor roles, it remains unclear whether its design is optimal. Implicit trust assumptions and conflicts of interest may benefit particular parties and foster the need for vertical integration. MEV-Boost was explicitly designed to foster decentralization, causing the side effect of enabling risk-free sandwich extraction from unsuspecting users, potentially raising concerns for regulators.

연구 동기 및 목표

• PoS 전환 이후 이더리움의 프로포저 빌더 분離(PBS) 시스템 내에서 빌더 및 릴레이 간 시장 점유율의 변화를 측정하기 위해.
• PBS 내 재정 유동성 분석, 프로포저에게 지급되는 뇌물 및 MEV 거래를 통한 수익 집중도를 포함하여.
• 프로포저 간 입찰 시간 변동성과 그 전략적 함의를 포함한 MEV 입찰의 시간적 동적 변화를 분석하기 위해.
• 시스템적 위기, 예를 들어 FTX 붕괴 및 USDC의 달러 환율 탈착과 같은 사건이 MEV 수익 수준에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 암시적 신뢰 가정과 수직 통합 가능성 등을 고려할 때, PBS의 분산화 주장이 어느 정도 타당한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 2022년 9월 1일부터 2023년 5월 1일까지 이더리움 블록 구축 시장에 대한 종단적 측정을 수행하여 PoS 및 PBS 전환 기간을 포함한다.
• 거래 데이터, 블록 헤더 및 MEV-Boost 릴레이 로그를 수집하고 분석하여 빌더 및 릴레이의 시장 점유율을 시간에 따라 추적한다.
• 슬롯 내 경과 시간에 따른 기대 MEV 수익을 함수로 모델링하여 MEV-Time 법칙을 개발하며, 최고 입찰 시점을 규명한다.
• MEV-Boost를 통한 프로포저 지급 총액을 측정하여 총 160,000 ETH (~320M USD)를 확보하고, 고가 거래에 대한 분포를 분석한다.
• 시계열 분석을 통해 주요 시장 이벤트(예: FTX 붕괴, USDC 달러 환율 탈착)와 MEV 지급 급증 간 상관관계를 규명한다.
• 다양한 거래소 및 네트워크 간 슬롯 내 블록 제출 시간을 비교하여 프로포저의 시간 행동을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2022년 9월부터 2023년 5월까지 이더리움 PBS 시장에서 빌더 및 릴레이의 시장 점유율은 어떻게 변화했는가?
• RQ2 이더리움 슬롯 내 MEV 입찰의 시간 패턴은 어떠한가? 기대 MEV 수익은 언제 최고조에 이르는가?
• RQ3 FTX 붕괴나 USDC의 달러 환율 탈착과 같은 체계적 위기가 기준 수준 대비 MEV 수익을 얼마나 증가시키는가?
• RQ4 다양한 프로포저의 시간 행동은 어떻게 다름이 있는가? 블록 처리 지연의 배경이 되는 전략적 인centive는 무엇인가?
• RQ5 분산화 의도가 있음에도 불구하고 PBS 아키텍처가 암시적 신뢰에 의존하고, 임대 수익 또는 수직 통합 기회를 창출하는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• MEV-Boost는 PBS 출시 후 두 달 이내에 90%의 시장 점유율를 확보하여 중앙집중화된 중개자 모델의 급속한 수용을 보여준다.
• 플래시본스 릴레이는 2022년 11월에 60% 이상의 시장 점유율를 기록했지만, 2023년 5월에는 약 25%로 감소하여 릴레이 경쟁의 변화를 시사한다.
• MEV-Time 법칙은 슬롯 내 2.78초 시점에 평균 MEV 입찰이 최고조에 이르며, 이는 -2초 시점 대비 107% 높은 수준임을 규명한다.
• MEV-Boost를 통해 프로포저에게 지급된 총 ETH는 측정 기간 동안 160,000 ETH (~320M USD)에 달한다.
• MEV 거래의 1%만 1.36 ETH를 초과했지만, 가장 가치 있는 거래의 20%가 총 MEV 수익의 72%를 차지하며 극도로 집중된 수익 분포를 보인다.
• FTX 붕괴는 MEV 수익을 400% 증가시켰고, USDC 달러 환율 탈착 사건은 기준 수준 대비 MEV 지급을 1,000% 증가시켰다.