ビットコインMEVサイエンス：あなたが知らないこと

ソース：Geek Web3

ビットコインネットワークにおけるMEVの概念は、2013年頃から注目され始めた。MEVの問題はイーサに関連することが多いが、ビットコインにMEVの問題がないわけではない。ビットコインの設計モデルはイーサとは大きく異なるため、独自のエコシステム内のMEVはあまり注目されずに放置されていた。しかし、オーディナル、ルーン、さまざまなL2が開発されたことで、MEVはビットコインでますます目立つようになってきています。

このレポートでは、ビットコインにおけるMEVの複雑化について探り、エコシステムへの影響を検証します。

Why You Need to Attention to Bitcoin MEVs Now

オーディナルが炎上する前、ビットコインにおけるMEVの活動はあまり知られておらず、ライトニングネットワークやサイドチェーンマイニングなどの攻撃に主に集中していました。そして、Taprootのアップグレードは、より多くのプログラマビリティをもたらし、OrdinalsやRunesなどのプロトコルの導入を容易にしたため、MEVの問題が前面に出るようになりました。

Bitcoin's 10-minute block out time's further exacerises the problem, as it grow the wait time for transactions in the mempool, leaving more room for MEV players to observe, マイナーがより有利になるように追加手数料などのMEV戦術を提供できる暴走トレーダーなど。ブロック報酬が減少すると、採掘者はまた、碑文やルーンなどの他の実現チャネルを通じて利益を求めることができ、ますます一般的なMEV活動につながります。

下のチャートは、トランザクション手数料が、非常に期待されていたオーディナルとルーンのリリース中に、ブロック報酬と比較して急上昇し、ビットコインの総マイニング収益の60%以上を占めたこともありました。

(Source:Dune analytics, transaction fee share % of mining reward, data as of 22 July 2024)

それに加えて、2024年にはさらに2024年には、BTCfiのアプリケーションやプロトコルがますます増えていくでしょう。将来的には、ビットコインのMEVの開発がさらに高い規模に達するかもしれません。

MEV on Bitcoin vs. Ether

ビットコインのMEVについてはあまり議論されてきませんでしたが、その大きな理由はビットコインのアーキテクチャがイーサとは根本的に異なるからです。

Bitcoin's UTXO model

EtherはEVMを通じてスマートコントラクトを実行することでプログラマビリティを実現し、グローバルな状態を維持することで実現しています。Etherは、トランザクションのnonce順序を管理することでトランザクションを実行するアカウントモデルを使用しています。これはトランザクションの順序が実行結果に影響することを意味し、検索者が簡単にMEVの機会を特定し、ユーザーのトランザクションの前または後に直接トランザクションを挿入できることにつながる。これは、複数のユーザーが同時にデータベースに書き込む場合のレースコンディションの問題に似ています。

例えば、アリスとボブは同じ：1ETH for USDTトランザクションを同時にUniswapに送信しますが、ブロック内で最初に実行されたトランザクションはより多くのUSDTを得ます。

一方、ビットコインはスクリプト＋UTXOアプローチを使用しており、これは状態を伴いません。送金に使われる典型的なトランザクションであれば、受取人だけが署名でロックを解除でき、他の人と読み書きを競う問題はない。

しかし、ビットコインでは、スクリプトやSIGHASHを使って複数の人がロックを解除できるUTXOを構築することも可能で、その場合、最初に確認されたトランザクションがお金を手にする。しかし、各UTXOのロック解除条件はそれ自体にのみ関係し、他のUTXOには依存しないため、競争状態はこのUTXOに限定されます。

BTC以外の資産の導入

上記の設計上の本質的な違いに加えて、BTC以外の価値ある資産の導入は、MEVを発生させる条件を誘発します。これらのシナリオから発生するMEVは、基本的に、プロトコル設計者が、BTC上のUTXOをスクリプト化し、新しい資産クラスとオンチェーンアクションを構築しようとした結果です。

他の資産に関係なく、合理的な採掘者は単に取引レートで正当な取引をまとめ、取引データのサイズに応じて課金するでしょう。

1) 取引を拒否し、自ら碑文資産を鋳造する。

2) より高い手数料をユーザーに要求する。

3) 同時にトランザクションを発行した複数のユーザーに入札させる

造幣局

この最も直接的な例は、ルーンやBRC20などのアセットの造幣プロセスで、アセットの造幣上限は一般的に合意されています。最初に確認された造幣取引は成功とみなされ、そうでなければ無効とみなされます。このシナリオではトランザクションの順序が重要であり、MEV トランザクションを順番に並べる機会を提供します。加えて、ordinalsによって導入されたレアサトシの概念は、マイナーが半減中に価値の高いレアサトシを奪い合うためにブロック再編成を引き起こすのではないかと心配する人さえいる。

ステーキング

ミントに加えて、バビロンのようなステーキング・プロトコルでは、ユーザーが各段階でステーキングできる資産の量に上限を課しています。上限額に達した後も、ユーザーはステーキング・ロック・スクリプトを構築してビットコインを送ることはできますが、それはもはやステーキング成功とはみなされず、将来的に報酬を得ることができます。つまり、ステーキングトランザクションの順序も重要です。

たとえば、Babylonのメインネットは、稼働後すぐにフェーズ1の上限である1,000 BTCに達したため、次の300 BTCほどが上限を超え、ユーザーが手動でロックを解除する必要がありました。

(Babylonメインが稼動した際、レートは1k sats/vBytes以上に急上昇しました。出典：Mempool.space)

内接/エッチングされたアセットやメインでのステーキングに加え、サイドチェインやロールアップも影響を受けます。いくつかのアクティビティも影響を受けます。ビットコインでのMEVイベント」でより多くの例を挙げていきます。

What counts as an MEV on Bitcoin

では、具体的に何がMEVとしてカウントされるのか、より厳密に言えば、ビットコイン上のMEVは、結局のところ、MEVの定義は文脈によって正確には一貫していません。

一般的に、MEV、マイナー抽出可能価値、または最大抽出可能価値とは、最大の利益を引き出すためにマイナーたちがブロック作成プロセスを操作できるさまざまな方法を指します。この種の活動は、さまざまな方法で示すことができます。参加者と収益の行き先によって、大まかに分類することができます:

• ユーザーが追加料金を支払う。strong>帯域外トランザクションアクセラレーションサービス、プライベートメンプールなど。トレーダーは、RBFやCPFPなどを通じてマイナーに高い手数料を支払うことで、MEV値の取引を確認することもできます。

• ユーザーとマイナーの共謀：ユーザーとマイナーが共謀して、特定の意味を持つトランザクションを検閲またはパッケージ化します。例えば、悪質なユーザーとマイナーが共謀して、ライトニング・ネットワーク上のペナルティ・トランザクションを検閲し、それがパッケージ化されてチャネル内資産に不正にアクセスされるのを防ぐことができる。BitVM2のペナルティ・トランザクションを含む他の新しい契約プロトコルも、同様の問題に直面するでしょう。

• マイナーによるL2のマイニング：最も初期のタイプのマージされたマイニングスキームを含め、マイナーはビットコインに演算を送ると同時に、他のサイドチェーンやL2ネットワークで計算結果を使用します。マイナーはメインチェーン上の演算能力を使用して、L2のブロックアウトやソートなどに影響を与え、それによってL2の過剰なマイニング収益を得たり、L2のネットワークセキュリティを危険にさらすことさえあります。

入札方法（RBFなど）がオープンな市場手段に偏っている場合、それでも経済システム全体にとって比較的良好なポジティブインセンティブの役割を果たすことがわかります。しかし、ユーザーがトランザクションを直接マイニングプールに送ろうが、マイニングプールがトランザクションを選別することで利益を得ようが、ビットコインコミュニティが最も大切にしている分散化と検閲への抵抗に対する挑戦となることは間違いありません。ビットコインコミュニティが最も大切にしている分散化と検閲への挑戦から、「MEVil」とも呼ばれています。

Typical Cases of Bitcoin MEV

上記の分類に基づくと、関連する事例がいくつも見えてきます。

非標準取引：非標準取引

ビットコインコアソフトウェアは、ノードに100kvBまでの標準取引しか処理させません。しかし、マイニングプールは依然として、高い取引手数料を提供するブロックに非標準の取引を含めており、多くの場合、他の低手数料の取引を除外することを犠牲にしています。

より典型的な例をいくつか挙げましょう:

• ブロック776,884は、Terraブロック776,884はTerra Mining Poolによって採掘され、3.38MBのサイズの1分間のmp4ビデオで、カエルが飲み物を飲んでいる様子が映し出され、採掘者は0.5BTCを獲得した。

• ブロック777,945には、975.44kvBを占める4,000 x 5999ピクセルのWEBP画像が含まれており、マイナーに0.75BTCを稼がせた。

• ブロック777,945には、975.44kvBを占める4,000 x 5999ピクセルのWEBP画像が含まれており、マイナーに0.75BTCを稼がせた。li>

  別のブロック786,501は、ジュリアン・アサンジのビットコイン雑誌の表紙の992.44kvB、JPEG画像を焼くために約0.5BTCを受け取った。

デフォルトのBitcoin Coreノードは、標準的なトランザクションの転送しか許可されていません。その結果、非標準トランザクションは、プライベートトランザクションプールを介して直接マイニングプールに到達しなければなりません。プライベートトランザクションプールは、マイニングプールが非標準トランザクションを受け入れ、トランザクションが含まれていることを保証することを可能にします。これはトランザクション処理をスピードアップできる一方で、マイニングプールの中央集権化を招き、より多くのトランザクションがプライベートプールに移動するため検閲のリスクが高まる可能性がある。一部のマイニングプールが、プライベートトランザクションプールを運営することで得られる利益の機会をすでに利用していることは明らかです。

例えば、Marathon Digitalはプライベート取引プールを容易にする「Slipstream」を導入しました。これにより、Marathonは複雑で非標準的な取引をネットワークに提出する能力を顧客に提供することができます。

サイドチェーンまたはL2でのMEVイベント

Stacksサイドチェーンは以前、かなり変わったコンセンサスアプローチを使用していました。Proof of Transfer（PoX）により、ビットコインのマイナーはStacksブロックを採掘し、ビットコインチェーンで取引を決済することができました。ビットコインの採掘者がStacksブロックを採掘し、その取引をビットコインチェーンで決済することを可能にした。

Stacksの参加者は、Stacks上のブロックを終了する権利とそれに対応する報酬へのアクセスを得る方法として、ビットコインチェーン上の転送でブロックをコミットします。加重ランダム関数を通じて、勝利したマイナーはStacksネットワーク上でブロックを採掘することができる。これにより、ビッグマイナーは、他のStacks参加者のトランザクションを検閲し、自分自身で大きなSTX報酬を得る方法として、自分のブロックコミットのみをパックするようになる。

この戦略を採用するマイナーが増えてくると、他のStacks参加者が報酬にアクセスできる可能性はほとんどなくなります。

この行動は生態学的にどのような意味を持つのでしょうか？

1) 他の正直なマイナーがコミットするのを排除することで、最終的にスタッカーに渡される報酬が減ります

2) 大きなマイナーが権力を悪用し、正直なマイナーがコミットするのを排除し続けると、中心性の問題につながる可能性もあります。少数のマイナーが利益を完全に独占することになる。

しかし、この問題はスタックス・ナカモトのアップグレードによって緩和され、この戦術の再登場は採算が取れなくなりました。このアップグレードでは、単純なマイナーの選挙から、ソートアルゴリズムであるATC-C（Assumed Total Commitment with Carryforward）テクニックの使用に移行し、MEVマイニングの収益性が低下します。ATC-Cを使用する結果、マイナーがソートに勝利する確率は、マイナーのBTC消費額を直近10ブロックの合計BTCコミットメントの中央値で割ったものに等しくなります。

さらに、過去10ブロックのうち少なくとも5ブロックで採掘していないマイナーは、スタックス報酬を受け取る資格を失います。これにより、他のマイナーのブロックコミットメントを除外することで、不釣り合いに利益を得ようとするマイナーのインセンティブを減らすことができます。

代替資産取引の入札

代替資産MEVであるオーディナルとルーンについては、前述の2つのカテゴリーに集約することもできます。2">

マイニングプールにとって、当初のルーンの輝かしいパフォーマンスは、追加の利益源を提供しました。例えば、Halvingでは、待望のRunesのローンチにより、多くのユーザーが歴史的なBitcoin halvingブロックにトランザクションを入れようと奔走したため、ネットワーク上のトランザクション数と手数料は史上最高となりました。Post-halvingのトランザクション手数料はすでに1,500sats/vByteを超えました（Halving前は100sats/vByte未満だったのが上昇）。

ViaBTCは、Runesの稼働と同時に発生した半減ブロックを採掘することで、このブームに乗ることに成功し、ブロック840,000で40.75BTCの利益を得ました。

出典：Mempool.space

また、トレーダーにとって、ビットコイン上のルーン取引とオーディナル取引は、特別なオペコードを使用している。取引プールの透明性により、多くの買い手が潜在的に有利な取引を見つけることができます。

そのため、発生した取引機会に対して、トレーダーはRBF（手数料の置き換え）やCPFP（親のための子供の支払い）を使用して頻繁に入札も行い、マイナーもこの需要を利用してMEVを獲得することができます。例えば、売り手が資産を売りに出すと、買い手は入札を行い、RBFを使って取引手数料を増やし、取引が成立することを期待します。

このようなトレーダー間の競争の一例を次の図に示します：

2ffed299689951801a68b5791f261225b24c8249586ba65a738ec403ba811f0d 

この取引は非常に典型的です。売り手が保留中の注文を出すと、238、280、298、および355 sat/vBのレートでRBFを使用して、クローズした取引が複数回置き換えられていることがわかります。

ソース：Mempool.space

Magic EdenプラットフォームのOrdiBotsキャスティングプロセスもその一例です。OrdiBots minting inscriptionはMagic Eden上でPSBT（Partially Signed Bitcoin Transactions）を使用しています。

PSBTと10分のブロック間隔は、異なるアドレスを持ち込んで署名し、より高い手数料を支払うことで、どのような潜在的な買い手も同じ取引で競争することを可能にしました。この結果、攻撃を先取りするボットによる妨害のために、ホワイトリストに登録された何人かのユーザーがキャスティングできなくなりました（チームはその後謝罪し、影響を受けたユーザーにカスタムOrdiBotで補償することを約束しました）。

しかし、MEVに関連する技術やインシデントのすべてがユーザーに不利益をもたらすわけではなく、MEVの技術がユーザーの資産を損失から守るインシデントもあります。RBFが有効でなければ、誤った未決注文を救済することはできず、スタックした取引は長い間スタックしたままになります。そのためPeter Toddらは、RBFタグが付けられていない取引を転送するために、ノード全体で完全なRBFオプションを有効にすることも推奨している。

The Important Technical Components or Means of MEV on Bitcoin

では、ビットコインですでに利用可能な技術的手段によってサポートされているこれらのMEVとは何でしょうか？現在関わっている一般的な技術分野には、トランザクションプール、RBF、CPFP、マイニングプールアクセラレーションサービス、マイニングプールプロトコルなどがあります。

トランザクションプール（mempools）

イーサや他の典型的なブロックチェーンネットワークと同様に、ビットコインには、ブロック内でまだ承認されていないP2Pノードによって受信されたトランザクションを保持するトランザクションプールの構造があります。イーサと同様に、トランザクションプールはビットコインのMEVにおいて非常に重要な役割を果たすことができ、どのトランザクションがパッケージ化されるかを確認し、推定するために使用することができます。

しかし、イーサリアムのガスメカニズムとは異なり、ビットコインの手数料は取引量にのみ関連しているため、ビットコインのトランザクションプールは、どのユーザーが、どの価格で、次のブロックに入札しているかを確認できる、ブロックスペースのための、よりわかりやすいオークション市場として見ることができます。

異なるノードは異なるP2P伝播トランザクションを受け取るため、ビットコインネットワークには固有のトランザクションプールは存在しない。

マイニングプールもまた、（経済合理性は高い手数料のトランザクションを確認することを優先するが）自身の好みに従ってパックするトランザクションを選択することができる。例えば、Bitcoin Knotsのノードは序列のトランザクションを受け入れず、転送しません。

（ブラウザのブロック836361（ピクセルの色はこのトランザクションのレートを示す）、出典：mempool.space）<

そのため、ユーザーはより高速なパッケージングを期待して、マイナーやプールに直接トランザクションを送信することを検討するかもしれませんが、これはビットコインコミュニティが高く評価する2つの機能、プライバシーと検閲への耐性を損なうことになります。

採掘者やプールに直接（例えばRPCエンドポイントを通じて）送信される代わりにP2Pノードを通じて伝播されるトランザクションは、トランザクションの背後にあるエンティティに関する情報を難読化するのに役立ち、採掘者やプールがこの識別されたアイデンティティ情報でトランザクションを検閲することを不可能にします。

RBFs, CPFPsトランザクションをより速く確認したいときや、以前に設定された手数料が低すぎるためにブロックにそれらを詰め込むことが難しいとき、私たちはRBFsとCPFPsという形で自由に使えるツールをまだ持っています。/h3>

Fee Replacement (RBF)とChild for Father Payoff (CPFP)は、トレードの優先順位を上げるためにユーザーが一般的に利用できるの方法があります。

RBF（Replace-By-Fee）は、プール内の未確認の取引を、より高い手数料率とより高い全体手数料を支払う別の競合する取引（同じ入力の少なくとも1つを参照する）に置き換えることができます。

先に説明したプーリング戦略と同様に、RBFは実際にはさまざまなルールで実装することができますが、最も一般的に使用される実装は、BIP125に従って設計された、特にタグ付けされた取引を置き換えることができるオプションRBF（opt-in RBF）と、タグ付けされているかどうかに関係なく取引を置き換えることができるフルRBFです。

CPFP（Child Pays For Parent）キャッチアップ手数料は、異なる考え方を採用している。ユーザーが低レートの未確認トランザクションを最初に送信しても、その後のトランザクションで（前のトランザクションの出力を入力として使用して）高いレートを支払うことで、マイナーに両方のトランザクションをパックするインセンティブを与えることができる。

そのため、ある時点でレートが高いにもかかわらず、ブロックにパッケージされたレートが非常に低い取引がまだあることをブラウザで確認できることもあります。

(This transaction uses CPFP to allow the low rate (7.01 sat/VB) parent transaction to be packaged and confirmedSource: mempool.space) 

CPFPとRBFの主な違いは、RBFは支払側が手数料率を上げるのに対し、CPFPは受取側が手数料率を上げることです。は、トランザクションの確認をスピードアップするために、受信側が処理レートを上げることができ、また、フラッシュネットワークで終了する必要がある事前署名済みトランザクション（アンカーポイント出力など）にも有用である。しかし、RBFは追加のブロックスペースが必要ないため、コスト面でも有利です。

Extra Payments and Mining Pool Acceleration Services

そして、超低レートトランザクションをパッケージ化するもう1つの可能性は、追加支払いの使用です。

RBF、CPFP、その他の直接取引にオンチェーン手数料を追加する方法に加え、ユーザーは帯域外の手数料支払いを使用して取引を加速することもできます。

例えば、多くのマイニングプールは、ユーザーがtxidを提出したトランザクションを加速してパッケージ化するために、無料と有料の両方のトランザクション加速サービスを提供しています。有料サービスの場合、ユーザーはマイニングプールに手数料を支払い、プールの処理手数料の差額を補う必要がある。この種のサービスは、ビットコインネットワークの外のシステム（ウェブサイトのトップアップ、クレジットカードによる支払いなど）で手数料を支払うため、追加で支払われると呼ばれます。

帯域外の支払いは、RBFまたはCPFPが使用できないトランザクションを救済する手段を提供しますが、長期にわたって大量に使用された場合、ビットコインの検閲耐性に影響を与える可能性があります。

Mining Pool Protocols

上記の議論では基本的にマイニングプールとマイナーをグループとして議論しましたが、実際には分業とマイナーの協力が必要です。プールでは採掘するマイナーのパワーをプールし、貢献したパワーの量に応じて報酬を分配する。そして、この共同作業にはいくつかのプロトコルが必要です。

現在一般的なマイニングプールのプロトコル、例えばStratum v1では、マイニングプールはブロックテンプレート（ブロックヘッダ、coinbaseの取引情報を含む）をマイナーに配布するだけでよく、マイナーはこのテンプレートに従ってハッシュ操作を行います。現在、stratum.workのように各マイニングプールのStratum情報を可視化できるツールもある。ご覧の通り、採掘者はこのプロセスでパッケージ化するトランザクションを選択することはできません。代わりにプールがトランザクションを選択し、採掘者にタスクを与えるためのテンプレートを構築します。

Stratum v1プロトコルでは、イーサリアムのエコシステムを大まかにベンチマークすることができます。提案者の役割（ハッシュを計算する）

What the Future Holds

MEVがビットコインに与える悪影響を軽減するために、いくつかの有望なソリューションが開発されているか、現在進行中です。

新しいプロトコルと実装

Stratumv2、BraidPoolなどの新しいマイニングプールプロトコルのいくつかでは、マイナーはパッケージ化したいトランザクションを自律的に選択する能力も持っています。Stratum v2はすでに一部のマイニングプール（DEMANDなど）やマイナー（Braiinsなど）に採用されており、個々のマイナーが独自のブロックテンプレートを構築できるようにすることで、セキュリティ、分散化、データ転送の効率性を向上させると同時に、トランザクションの検閲に関連するビットコインMEVリスクを軽減している。

したがって、この傾向に従って、マイニングプールとマイナーの役割分担は、イーサネットPBSの役割分担と同じように将来進化するとは限りません。

さらに、トランザクションプールに関連するBitcoin Coreの新しい設計も新たな変化をもたらす可能性があり、これには主に現在最も議論されているv3のトランザクションリレー戦略とクラスタメンプールが含まれます。しかし、現在のライトニングネットワークチャネルの終了の実装など、これらの新しい設計の影響はまだ議論中です。

マイニング報酬削減の影響

マイニング報酬の削減はもはや無視できません。今後さらにブロック報酬が削減されれば、ネットワークにさまざまな影響が出る可能性があります。

いくつかの問題は、ビットコインの開発者たちによって以前から指摘され、議論されてきました。例えば、取引手数料を獲得するためにマイニングプールが意図的に以前のブロックを再マイニングする可能性のある手数料スナイピングなどです。ビットコインコアには手数料スナイピング防止の実装がいくつかありますが、現在のアプローチは完璧ではありません。

ネイティブフィー以外に、代替資産も将来的にマイニング報酬を補助する方法になるかもしれません。そのため、価値のある代替資産取引をよりよく識別するための代替パブリックメンプールを構築するRebarのような、いくつかのインフラを構築しようとしているプロジェクトがあります。

しかし、「圏外での支払い」のセクションで述べたように、ビットコインに固有のものではないこれらの経済的インセンティブが、ビットコインの自己完結型のインセンティブ互換システムにどのような影響を与えるかはまだわかりません。

いずれにせよ、ビットコイン上のMEVは、イーサリアムから借用すると同時に、アーキテクチャや設計思想などの要因によって大きく異なる可能性があります。ビットコインのユーティリティの高まり、減少するブロック補助金の報酬、進化するBTCFiエコシステムはすべて、今後MEVに注目が集まる要因です。

Special thanks

この記事のレビューと助言をしてくれたJian氏に感謝する！