[论文解读] Time to Bribe: Measuring Block Construction Market

Anton Wahrstätter, Liyi Zhou+3 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2023

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一句话总结

本文对权益证明（Proof of Stake）转型后以太坊区块构建市场的纵向分析，测量了构建者与中继的市场份额、MEV收入动态，以及危机对MEV支付的影响。研究提出了MEV-Time定律，揭示了每个时隙中MEV出价在2.78秒时达到峰值，并发现FTX崩盘等事件使MEV收入飙升400%。

ABSTRACT

With the emergence of Miner Extractable Value (MEV), block construction markets on blockchains have evolved into a competitive arena. Following Ethereum's transition from Proof of Work (PoW) to Proof of Stake (PoS), the Proposer Builder Separation (PBS) mechanism has emerged as the dominant force in the Ethereum block construction market. This paper presents an in-depth longitudinal study of the Ethereum block construction market, spanning from the introduction of PoS and PBS in September 2022 to May 2023. We analyze the market shares of builders and relays, their temporal changes, and the financial dynamics within the PBS system, including payments among builders and block proposers -- commonly referred to as bribes. We introduce an MEV-time law quantifying the expected MEV revenue wrt. the time elapsed since the last proposed block. We provide empirical evidence that moments of crisis (e.g. the FTX collapse, USDC stablecoin de-peg) coincide with significant spikes in MEV payments compared to the baseline. Despite the intention of the PBS architecture to enhance decentralization by separating actor roles, it remains unclear whether its design is optimal. Implicit trust assumptions and conflicts of interest may benefit particular parties and foster the need for vertical integration. MEV-Boost was explicitly designed to foster decentralization, causing the side effect of enabling risk-free sandwich extraction from unsuspecting users, potentially raising concerns for regulators.

研究动机与目标

• 测量以太坊提议者构建者分离（Proposer Builder Separation, PBS）系统在权益证明（PoS）转型后，区块构建者与中继之间市场份额的演变。
• 分析PBS内的资金流动，包括支付给提议者的贿赂以及MEV交易中收入的集中程度。
• 研究MEV出价的时间动态，特别是提议者之间的时间差异及其战略影响。
• 评估系统性危机（如FTX崩盘和USDC脱钩）对MEV收入水平的影响。
• 在隐含信任假设和垂直整合可能性的背景下，评估PBS在去中心化方面的主张。

提出的方法

• 从2022年9月1日至2023年5月1日，对以太坊区块构建市场进行了纵向测量，涵盖PoS和PBS的过渡期。
• 收集并分析了交易数据、区块头以及MEV-Boost中继日志，以追踪构建者与中继的市场份额随时间的变化。
• 通过建模时隙内时间流逝对预期MEV收入的影响，提出了MEV-Time定律，识别出出价峰值的时间点。
• 通过测量经由MEV-Boost支付给提议者的总ETH数量（160,000 ETH，约3.2亿美元）量化资金流动，并分析高价值交易中的分配情况。
• 利用时间序列分析，识别并关联MEV支付的峰值与重大市场事件（如FTX崩盘和USDC脱钩）之间的关系。
• 通过比较不同交易所和网络中时隙内部的区块提交时间，评估提议者的时间行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 从2022年9月到2023年5月，以太坊PBS市场中区块构建者与中继的市场份额如何演变？
• RQ2 MEV出价在以太坊时隙内的时间模式是怎样的？预期MEV收入在何时达到峰值？
• RQ3 与基线水平相比，系统性危机（如FTX崩盘或USDC脱钩）在多大程度上放大了MEV收入？
• RQ4 不同提议者的时间行为有何差异？其区块处理延迟背后可能存在的战略激励是什么？
• RQ5 尽管PBS架构旨在实现去中心化，但其在多大程度上依赖隐含信任，并为租税攫取或垂直整合创造了机会？

主要发现

• MEV-Boost在PBS推出后的两个月内便获得了90%的市场份额，表明对集中式中介模式的快速采纳。
• Flashbots中继在2022年11月的市场份额超过60%，但到2023年5月已下降至约25%，表明中继竞争格局正在演变。
• MEV-Time定律识别出，平均MEV出价在时隙开始后2.78秒达到峰值，此时出价比第-2秒高出107%。
• 在测量期间，通过MEV-Boost支付给提议者的ETH总额达到160,000 ETH（约3.2亿美元）。
• 仅1%的MEV交易金额超过1.36 ETH，但最高价值交易中20%的交易贡献了72%的总MEV收入，表明收入高度集中。
• FTX崩盘导致MEV收入飙升400%，而USDC脱钩事件使MEV支付水平相比基线水平增长了1,000%。