[论文解读] An Empirical Study on Ethereum Private Transactions and the Security Implications

Xingyu Lyu, Mengya Zhang+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2022

Blockchain Technology Applications and Security被引用 8

一句话总结

本文首次对以太坊隐私交易进行了大规模实证研究，分析其特征、经济影响及安全风险。通过使用自定义以太坊节点和公开数据，作者发现隐私交易主要被用于MEV提取，气体成本较低，矿工利润丰厚，且存在4.3%的泄露率至公共内存池，从而削弱了其隐私与安全承诺。

ABSTRACT

Recently, Decentralized Finance (DeFi) platforms on Ethereum are booming, and numerous traders are trying to capitalize on the opportunity for maximizing their benefits by launching front-running attacks and extracting Miner Extractable Values (MEVs) based on information in the public mempool. To protect end users from being harmed and hide transactions from the mempool, private transactions, a special type of transactions that are sent directly to miners, were invented. Private transactions have a high probability of being packed to the front positions of a block and being added to the blockchain by the target miner, without going through the public mempool, thus reducing the risk of being attacked by malicious entities. Despite the good intention of inventing private transactions, due to their stealthy nature, private transactions have also been used by attackers to launch attacks, which has a negative impact on the Ethereum ecosystem. However, existing works only touch upon private transactions as by-products when studying MEV, while a systematic study on private transactions is still missing. To fill this gap and paint a complete picture of private transactions, we take the first step towards investigating the private transactions on Ethereum. In particular, we collect large-scale private transaction datasets and perform analysis on their characteristics, transaction costs and miner profits, as well as security impacts. This work provides deep insights on different aspects of private transactions.

研究动机与目标

• 理解以太坊隐私交易在现实世界中的使用情况与特征，这些交易旨在保护用户免受抢先交易和MEV攻击的影响。
• 分析隐私交易的经济影响，包括交易成本与矿工盈利能力。
• 评估安全影响，包括交易泄露风险及潜在的新攻击向量。
• 在MEV之外提供对隐私交易的全面图景，填补关键研究空白。

提出的方法

• 使用定制化以太坊节点以及来自Etherscan和TradingView的公开数据，收集大规模隐私交易数据集。
• 分析2021年5月至2022年4月的交易数据，以及2022年5月九天的内存池观测数据。
• 通过类别、DeFi代币、平台及参与实体对隐私交易进行分类，以理解其使用模式。
• 通过对比隐私交易与公开交易的气体使用量与收入，测量交易成本与矿工利润。
• 通过检测与MEV相关的模式并测量隐私交易泄露至公共内存池的可能性，评估安全风险。
• 使用统计与基于图的分析方法，评估共识安全性与现实世界中的攻击面。

实验结果

研究问题

• RQ1 在实践中，隐私交易在DeFi平台、代币及实体之间的分布情况如何？
• RQ2 从气体成本与矿工利润的角度来看，隐私交易的经济影响是什么？
• RQ3 隐私交易泄露至公共内存池的程度如何，其安全影响是什么？
• RQ4 隐私交易在MEV提取中如何被使用，对以太坊生态系统带来了哪些风险？

主要发现

• 隐私交易主要被用于MEV提取，其中绝大多数针对套利与抢先交易机会。
• 与公开交易相比，隐私交易平均气体使用量减少20%至30%，降低了用户成本。
• 由于策略性放置及竞争减少，矿工从隐私交易中获得显著更高的利润。
• 约4.3%的隐私交易泄露至公共内存池，使其面临抢先交易与MEV攻击。
• 隐私交易的高盈利能力催生了压价攻击的动机，威胁共识安全性。
• 尽管其初衷是保护隐私，但隐私交易正日益被攻击者利用，削弱了用户保护。