[논문 리뷰] Censorship Resistance in On-Chain Auctions

Elijah Fox, Mallesh M. Pai외 1명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 온체인 경매에서 검열 저항성을 향상시키기 위해 다중 프로포저 블록체인에서 조건부 토스 메커니즘을 제안한다. 비대칭 보상으로 인해 다수의 프로포저가 고티프 거래를 포함하도록 유도함으로써 검열 비용을 kT로 높여 기대 토스 kt보다 훨씬 높게 만들어, 공격적 공모 상황에서도 시기적절한 포함과 경매의 무결성을 보장한다.

ABSTRACT

Modern blockchains guarantee that submitted transactions will be included eventually; a property formally known as liveness. But financial activity requires transactions to be included in a timely manner. Classical liveness does not guarantee this, particularly in the presence of a motivated adversary who benefits from censoring transactions. We define censorship resistance as the amount it would cost the adversary to censor a transaction for a fixed interval of time as a function of the associated tip. This definition has two advantages, first it captures the fact that transactions with a higher miner tip can be more costly to censor, and therefore are more likely to swiftly make their way onto the chain. Second, it applies to a finite time window, so it can be used to assess whether a blockchain is capable of hosting financial activity that relies on timely inclusion. We apply this definition in the context of auctions. Auctions are a building block for many financial applications, and censoring competing bids offers an easy-to-model motivation for our adversary. Traditional proof-of-stake blockchains have poor enough censorship resistance that it is difficult to retain the integrity of an auction when bids can only be submitted in a single block. As the number of bidders n in a single block auction increases, the probability that the winner is not the adversary, and the economic efficiency of the auction, both decrease faster than 1/n. Running the auction over multiple blocks, each with a different proposer, alleviates the problem only if the number of blocks grows faster than the number of bidders. We argue that blockchains with more than one concurrent proposer can have strong censorship resistance. We achieve this by setting up a prisoner’s dilemma among the proposers using conditional tips.

연구 동기 및 목표

• 거래 토스 t와 고정된 시간 윈도우에 대한 검열 저항성을 수식적으로 정의하여 실제 금융적 시간 요구 조건을 반영한다.
• 기존의 스테이킹 기반 블록체인이 공격적 검열 하에서 시간 민감성 온체인 경매를 지원할 수 있는지 분석한다.
• 다중 동시 프로포저와 조건부 토스를 사용하여 경매에서의 검열 저항성을 향상시키는 메커니즘을 설계한다.
• 조건부 토스가 프로포저 간에 밀레니엄 딜레마를 만들어내어 고포함 확률과 낮은 검열 비용을 보장함을 보여준다.

제안 방법

• 고정된 시간 윈도우 동안 토스 t를 가진 거래를 검열하는 데 드는 비용으로 검열 저항성을 정의한다.
• 입찰자가 프로포저에게 포함을 위해 토스를 제출하는 온체인 제2가격 경매를 모델링한다.
• 조건부 토스 도입: 단일 프로포저가 포함할 경우 T, 다수의 프로포저가 포함할 경우 t ≪ T로 설정하여 협력 유인 구조를 만든다.
• 모든 프로포저가 높은 개인 보상을 얻기 위해 거래를 포함하는 균형 행동을 분석한다.
• 모든 k개의 프로포저를 검열하기 위해서는 kT의 비용이 들며, 이는 기대 토스 kt에 비해 비용이 지나치게 높아 검열을 비용 지출이 불가능하게 만든다.
• MEV, 오라클 피드, 옵티미스틱 룰업에서의 보안 향상에 이 메커니즘을 적용하여 프로포저의 수익 추출 비용을 줄인다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 프로포저를 가진 기존 스테이킹 기반 블록체인은 공격적 검열 하에서도 재정적으로 지속 가능한 온체인 경매를 지원할 수 있는가?
• RQ2 단일 공모 입찰자가 프로포저를 뇌물로 사기 가능할 경우, 입찰자 수가 증가할수록 입찰 효율성과 승자 무결성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 다중 프로포저 블록체인에서 고토스 거래의 검열 비용을 지나치게 높게 만들 수 있는 메커니즘 설계는 무엇인가?
• RQ4 조건부 토스가 검열 확률이 0인 풀링 균형을 만들어내며, 동시에 입찰 비밀을 유지할 수 있는가?
• RQ5 기존 솔루션인 프라이빗 메모리풀 또는 데이터 가용성 레이어와 비교해 조건부 토스 메커니즘은 검열 방지에 어떻게 효과적인가?

주요 결과

• 검열 저항성은 고정된 시간 윈도우 동안 토스 t를 가진 거래를 검열하는 데 드는 비용으로 정의되며, 토스 민감도와 시간 제약 조건을 모두 반영한다.
• 단일 프로포저 경매에서는 정직한 입찰자 수가 증가할수록 공모 입찰자가 승리할 확률이 증가하고, 이로 인해 잉여 수익의 비율도 점점 증가한다.
• 다른 프로포저가 있는 여러 블록을 거쳐 경매를 운영하는 것은 입찰자 수보다 블록 수가 더 빠르게 증가할 경우에만 검열 저항성이 향상된다.
• 다중 동시 프로포저(k > 1) 상황에서 조건부 토스는 밀레니엄 딜레마를 만들어내며, 각 프로포저는 T의 보상을 얻기 위해 거래를 포함하도록 유인받는다. 이로 인해 검열 비용은 kT ≫ kt로 지나치게 높아진다.
• 이 메커니즘은 검열 확률이 0인 풀링 균형을 달성하며, 입찰 비밀이 유지되고 기대 토스는 kt로 감소한다.
• 이 접근법은 프로포저 수익을 크게 줄이며, 예를 들어 메르지 이후 이더리움에서 MEV-부스트 지불액 2억 4500만 달러가 이 모델 하에서 극적으로 감소할 수 있다.