[논문 리뷰] Quantifying Blockchain Extractable Value: How dark is the forest?

Kaihua Qin, Liyi Zhou외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 14.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 33

한 줄 요약

이 논문은 32개월에 걸쳐 이더리움에서 BEV(블록체인 추출 가능한 가치)를 수량화하고, 샌드위치 공격, 청산, 차익거래 및 일반화된 트랜잭션 재현 방법에 초점을 맞추며 BEV 중계 시스템을 분석한다.

ABSTRACT

Permissionless blockchains such as Bitcoin have excelled at financial services. Yet, opportunistic traders extract monetary value from the mesh of decentralized finance (DeFi) smart contracts through so-called blockchain extractable value (BEV). The recent emergence of centralized BEV relayer portrays BEV as a positive additional revenue source. Because BEV was quantitatively shown to deteriorate the blockchain's consensus security, BEV relayers endanger the ledger security by incentivizing rational miners to fork the chain. For example, a rational miner with a 10% hashrate will fork Ethereum if a BEV opportunity exceeds 4x the block reward. However, related work is currently missing quantitative insights on past BEV extraction to assess the practical risks of BEV objectively. In this work, we allow to quantify the BEV danger by deriving the USD extracted from sandwich attacks, liquidations, and decentralized exchange arbitrage. We estimate that over 32 months, BEV yielded 540.54M USD in profit, divided among 11,289 addresses when capturing 49,691 cryptocurrencies and 60,830 on-chain markets. The highest BEV instance we find amounts to 4.1M USD, 616.6x the Ethereum block reward. Moreover, while the practitioner's community has discussed the existence of generalized trading bots, we are, to our knowledge, the first to provide a concrete algorithm. Our algorithm can replace unconfirmed transactions without the need to understand the victim transactions' underlying logic, which we estimate to have yielded a profit of 57,037.32 ETH (35.37M USD) over 32 months of past blockchain data. Finally, we formalize and analyze emerging BEV relay systems, where miners accept BEV transactions from a centralized relay server instead of the peer-to-peer (P2P) network. We find that such relay systems aggravate the consensus layer attacks and therefore further endanger blockchain security.

연구 동기 및 목표

• 이더리움에서 32개월 동안 알려진 거래 활동(샌드위치 공격, 청산, 차익거래)에서 실제 세계의 BEV를 수량화한다.
• 일반화된 트랜잭션 재현 공격으로부터의 이익을 추정하고 BEV에 미치는 영향을 평가한다.
• BEV 중계 개념을 형식화하고 이들의 블록체인 보안에 미치는 영향을 분석한다.
• BEV 활동이 블록체인 보안 위험 및 마이너 인센티브와 어떤 관련이 있는지 평가한다.]
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제안 방법

• 온체인 데이터를 Uniswap V1/V2/V3, Sushiswap, Curve, Swerve, 1inch, Bancor의 샌드위치 공격 및 차익거래와 Aave, Compound, dYdX의 청산 분석에 활용한다.
• 블록 및 메모풀 상태에서 샌드위치 공격, 청산 및 차익거래 이벤트를 식별하기 위한 휴리스틱을 정의한다.
• 감지된 BEV 트랜잭션을 실행 시점 또는 플랫폼 가격으로 USD로 환산하여 이익을 계산한다.
• 피해자 트랜잭션을 복사해 수익을 얻는 일반화된 트랜잭션 재현 알고리즘을 개발하고 실증적으로 평가한다.
• BEV 중계자를 BEV 트랜잭션 포워딩 또는 중계로서 트레이더와 마이너 간에 정책을 형식화한다.
• 가스 가격 분포와 프런트런닝, 백런닝, 프라이빗 중계 전략을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관찰 기간 동안 샌드위치 공격, 청산 및 차익거래에서 추출된 총 BEV 이익은 얼마인가?
• RQ2 일반화된 트랜잭션 재현 공격으로 확장될 수 있는 BEV는 얼마나 되는가?
• RQ3 BEV 중계자의 역할과 블록체인 보안 및 네트워크 오버헤드에 어떤 영향이 있는가?
• RQ4 BEV에서 지배적인 행동 패턴(프런트런닝 대 백런닝)과 트랜잭션 수수료 역학은 무엇인가?
• RQ5 개인적으로 중계된 BEV 트랜잭션은 얼마나 보편적이며 어떤 이익을 창출하는가?

주요 결과

• 샌드위치 공격, 청산 및 차익거래로 인한 BEV는 32개월 동안 11,289개의 주소와 49,691개의 암호화폐에 걸쳐 60,830개의 온체인 마켓에서 총 540.54M USD였다.
• 관찰된 가장 높은 BEV 인스턴스는 4.1M USD에 달했고, 이는 이더리움 블록 보상 대비 약 616.6배에 해당한다.
• 새로운 트랜잭션 재현 알고리즘은 3537만 USD의 이익을 창출할 수 있었고 BEV를 3518만 USD만큼 확장하는 효과를 보였으며, 이벤트의 아주 작은 부분과 교차했다.
• 비공개 중계(제로 가스 가격)는 샌드위치 공격의 31.98%에서 사용되었고, 8104만 USD를 창출하여 BEV 중계가 이익에 크게 기여함을 보였다.
• 청산(고정 스프레드)은 31,057건의 이벤트에서 28개월 동안 8918만 USD를 창출했으며, 프런트런닝이 청산의 74.50%를 차지했다.
• 차익거래 거래는 1,151,448건의 거래에 걸쳐 2770만2천 USD를 합산했고, 9.6%가 비공개 중계되어 8275만 USD를 창출했다.
• 차익거래 패턴은 종종 이중-또는 삼중 시장(두 지점/삼각형)이며 대부분 ETH, USDC, USDT, DAI를 포함한다(99.91%).
• BEV 중계자는 블록체인 포크 수와 체인 재구성을 증가시켜 합의 계층의 보안을 악화시킬 수 있다.