[论文解读] Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges

Philip Daian, Steven Goldfeder+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 29被引用 61

一句话总结

本文记录并分析以太坊中的 MEV，聚焦纯粹的收入套利、优先级燃气拍卖（PGAs），以及由此带来的共识安全风险，包括时间带宽攻击和分叉攻击。

ABSTRACT

Blockchains, and specifically smart contracts, have promised to create fair and transparent trading ecosystems. Unfortunately, we show that this promise has not been met. We document and quantify the widespread and rising deployment of arbitrage bots in blockchain systems, specifically in decentralized exchanges (or "DEXes"). Like high-frequency traders on Wall Street, these bots exploit inefficiencies in DEXes, paying high transaction fees and optimizing network latency to frontrun, i.e., anticipate and exploit, ordinary users' DEX trades. We study the breadth of DEX arbitrage bots in a subset of transactions that yield quantifiable revenue to these bots. We also study bots' profit-making strategies, with a focus on blockchain-specific elements. We observe bots engage in what we call priority gas auctions (PGAs), competitively bidding up transaction fees in order to obtain priority ordering, i.e., early block position and execution, for their transactions. PGAs present an interesting and complex new continuous-time, partial-information, game-theoretic model that we formalize and study. We release an interactive web portal, http://frontrun.me/, to provide the community with real-time data on PGAs. We additionally show that high fees paid for priority transaction ordering poses a systemic risk to consensus-layer security. We explain that such fees are just one form of a general phenomenon in DEXes and beyond---what we call miner extractable value (MEV)---that poses concrete, measurable, consensus-layer security risks. We show empirically that MEV poses a realistic threat to Ethereum today. Our work highlights the large, complex risks created by transaction-ordering dependencies in smart contracts and the ways in which traditional forms of financial-market exploitation are adapting to and penetrating blockchain economies.

研究动机与目标

• 记录并量化去中心化交易所（DEX）中的套利机器人生态系统。
• 定义并分析矿工可提取价值（MEV）与优先级燃气拍卖（PGAs）。
• 对 PGA 机制进行建模并以经验数据进行验证。
• 展示由 MEV 引起的共识层安全风险，包括 time-bandit 与基于手续费的分叉威胁。
• 向社区提供数据和工具（frontrun.me），以获取实时 MEV 洞察。

提出的方法

• 使用基于内存池的检测工具设置和来自多源的链上数据，对套利盛行程度进行经验测量。
• 开发一个具有地理分布式以太坊监控的实验性 PGA 测量工具，以观测高价值的 gas 替换交易。
• 将 PGA 机制形式化建模为一个连续时间的部分信息博弈。
• 将 MEV 作为一个更广泛的现象进行分析，包括排序优化及其对共识安全的影响。
• 开源发布代码、数据，以及实时前沿仪表板（frontrun.me）。

实验结果

研究问题

• RQ1 如今以太坊中纯粹收入套利经济的下界规模是多少？
• RQ2 套利机器人之间的优先燃气拍卖（PGAs）是如何运作的，涌现出哪些策略？
• RQ3 矿工可提取价值（MEV）是什么，交易排序如何影响共识安全？
• RQ4 MEV 是否能够在实际中在以太坊上启用 time-bandit 和基于手续费的分叉攻击？

主要发现

• 作者迄今为止在纯粹收入套利经济方面确立了超过 600万美元的下界。
• 套利机器人参与优先燃气拍卖（PGAs），抬高燃气价格以确保区块包含并从多笔原子交易中获利。
• MEV 造成共识层的系统性脆弱性，包括基于手续费的分叉攻击和以太坊上的 time-bandit 攻击。
• 经验观测包括跨六个地理分布节点的 708,385,840 条唯一的 PGA 观测，并聚焦交易量前五的 DEX。
• 在观测到的 138,948 笔纯粹收入交易中，纯粹收入机会的中位利润约为机会规模的 65%。
• 本工作提供实时公共数据门户（frontrun.me）以及开源数据/代码，以研究和验证 PGA/MEV 动态。