[论文解读] Cross-Rollup MEV: Non-Atomic Arbitrage Across L2 Blockchains

Krzysztof Gogol, Johnnatan Messias+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2024

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一句话总结

本文通过实证分析以太坊Layer-2区块链上的跨rollup MEV套利，揭示了Arbitrum、Base、Optimism和zkSync Era等rollup上存在超过50万次未被利用的套利机会，持续时间长达10至20个区块。通过引入一种改进的MAV（最大套利价值）指标以避免重复计算，研究发现LVR指标使套利规模被高估了五倍，实际套利利润占交易量的0.03%至0.25%。

ABSTRACT

This study quantifies the potential non-atomic MEV on Layer-2 (L2) blockchains by measuring the arbitrage opportunities between cross-rollup and DEX-CEX. Over recent years, we observe a shift in trading activities from Ethereum to rollups, with swaps on rollups occurring 2-3 times more frequently, albeit with lower trade volumes. By analyzing the costs of swap on L2s and price discrepancies cross-rollup and DEX-CEX, we identify more than 500 000 unexplored arbitrage opportunities. In particular, we find that these opportunities persist, on average, for 10 to 20 blocks, necessitating the modification of the Loss Versus Rebalancing (LVR) metric to prevent double-counting. Our findings indicate that the arbitrage opportunities in Arbitrum, Base, and Optimism range between 0.03% and 0.05% of the trading volume, while in the ZKsync it fluctuates around 0.25%.

研究动机与目标

• 研究以太坊rollup与以太坊主网在套利和兑换行为方面的动态差异。
• 量化rollup上的DeFi AMM与中心化交易所（CEX），特别是Binance，之间的未被利用价格差异。
• 评估更快的区块时间和更低的Gas费用对L2生态系统中套利频率和盈利能力的影响。
• 提出并验证一种改进的度量指标（MAV），通过避免在持续价格差异期间重复计算套利，提高传统LVR指标的准确性。
• 通过分析跨rollup套利潜力，为去中心化rollup排序器中的未来MEV拍卖设计提供依据。

提出的方法

• 作者分析了以太坊、Arbitrum、Base、Optimism和zkSync Era上Uniswap v3中WETH-USDC池的兑换行为。
• 通过识别rollup AMM与Binance CEX价格之间的价格差异，检测未被利用的套利机会。
• 在区块级别进行分析，追踪价格差异随时间的变化，测量套利窗口的持续时间和幅度。
• 本研究提出一种改进的“最大套利价值”（MAV）指标，每区块仅选取最高套利价值，以防止在持续价格差距期间重复计算。
• 使用MAV对LVR（损失与再平衡）指标进行重新校准，以更准确反映实际套利利润，纠正过度估计的问题。
• 实证数据来自链上交易日志和价格馈送，重点关注兑换量、区块时间及费用结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 rollup上的兑换频率和交易量与以太坊主网相比如何？其差异由哪些因素驱动？
• RQ2 rollup AMM与中心化交易所之间的未被利用套利机会总数及其持续时间是多少？
• RQ3 传统LVR指标为何高估实际套利利润？需要进行哪些调整以实现准确测量？
• RQ4 rollup上更快的区块时间和更低的Gas费用在促成更频繁但更小规模的套利机会方面起到什么作用？
• RQ5 跨rollup套利对去中心化排序器中未来MEV拍卖设计有何影响？

主要发现

• 在rollup上共识别出超过50万次未被利用的套利机会，平均持续10至20个区块。
• Arbitrum、Base和Optimism上的套利为日交易量带来0.03%至0.05%的利润，而zkSync Era因持续的价格差异，利润达0.25%。
• rollup上的兑换频率是主网的2至3倍，但平均交易量约为其五分之一。
• 区块时间显著影响兑换频率：Base每三个区块有一次兑换，Optimism每五个区块一次，Arbitrum每十个区块一次，尽管总兑换次数更高。
• 由于重复计算重叠的套利事件，LVR指标使实际套利利润被高估了五倍。
• 所提出的MAV指标通过每区块仅选择最高套利价值，提供了更准确且稳定的真正套利活动度量。