Pengukuran Nilai Boleh Ekstrak Rantaian Blok: Risiko Keselamatan dan Impak Ekonomi

Kandungan

Jumlah BEV Diekstrak

$540.54J

Selama 32 bulan

Alamat Terlibat

11,289

Pengekstrak BEV

BEV Tunggal Tertinggi

$4.1J

616.6× ganjaran blok

1. Pengenalan

Nilai Boleh Ekstrak Rantaian Blok (BEV) mewakili perubahan asas dalam struktur insentif rantaian blok, di mana pedagang oportunis mengekstrak nilai kewangan daripada kontrak pintar kewangan terpencar (DeFi). Dengan lebih $90B terkunci dalam protokol DeFi, kepentingan kewangan adalah besar. Pengekstrakan BEV berlaku melalui pelbagai mekanisme termasuk serangan sandwich, peleraian dan peluang arbitaj yang mengeksploitasi sifat telus transaksi rantaian blok.

Masalah teras terletak pada asimetri maklumat di mana pelombong mengawal susunan transaksi dalam blok, mewujudkan peluang untuk pengekstrakan nilai yang berpotensi menjejaskan keselamatan rantaian blok. Kajian terdahulu menunjukkan bahawa pelombong rasional dengan hanya 10% hashrate akan memfork Ethereum jika peluang BEV melebihi 4× ganjaran blok, menekankan implikasi keselamatan yang serius.

2. Kerangka Nilai Boleh Ekstrak Rantaian Blok

2.1 Klasifikasi BEV

BEV boleh dikategorikan kepada tiga vektor serangan utama:

Serangan Sandwich: Front-running dan back-running transaksi mangsa sekitar operasi sensitif harga
Peleraian: Mengeksploitasi posisi kurang cagaran dalam protokol pinjaman
Arbitaj: Memanfaatkan perbezaan harga merentas pertukaran terpencar

2.2 Analisis Impak Ekonomi

Analisis kami mendedahkan angka pengekstrakan BEV yang mengejutkan:

Serangan sandwich: 750,529 serangan menghasilkan $174.34J
Peleraian: 31,057 transaksi mengekstrak $89.18J
Arbitaj: 1,151,448 transaksi menjana $277.02J

3. Metodologi Teknikal

3.1 Algoritma Main Semula Transaksi

Kami membangunkan algoritma main semula transaksi agnostik-aplikasi novel yang boleh menggantikan transaksi tidak disahkan tanpa memahami logik asas. Algoritma beroperasi seperti berikut:

function replayTransaction(victim_tx, attacker_address) {
    // Pantau mempool untuk transaksi menguntungkan
    if (isProfitable(victim_tx)) {
        // Buat transaksi pengganti dengan gas lebih tinggi
        replacement_tx = createReplacementTx(victim_tx, attacker_address);
        replacement_tx.gasPrice = victim_tx.gasPrice * 1.1;
        
        // Hantar ke rangkaian
        broadcast(replacement_tx);
        
        return estimateProfit(replacement_tx, victim_tx);
    }
}

Algoritma ini menghasilkan anggaran keuntungan 57,037.32 ETH ($35.37J USD) selama 32 bulan data rantaian blok.

3.2 Kerangka Matematik

Keuntungan pengekstrakan BEV boleh dimodelkan menggunakan persamaan berikut:

$$P_{BEV} = \sum_{i=1}^{n} (V_i \times \Delta p_i - C_{gas} - C_{risk}) \times S_i$$

Di mana:

$P_{BEV}$ = Jumlah keuntungan BEV
$V_i$ = Nilai transaksi untuk peluang $i$
$\Delta p_i$ = Peratusan kesan harga
$C_{gas}$ = Kos gas
$C_{risk}$ = Kos risiko (termasuk risiko penyusunan semula rantaian)
$S_i$ = Kebarangkalian kejayaan

4. Keputusan Eksperimen

4.1 Statistik Pengekstrakan BEV

Analisis komprehensif kami meliputi 32 bulan data rantaian blok, menangkap:

49,691 kriptocurrency berbeza
60,830 pasaran on-chain
11,289 alamat unik menyertai pengekstrakan BEV

Taburan BEV merentas kategori berbeza menunjukkan arbitaj mewakili bahagian terbesar (51.2%), diikuti oleh serangan sandwich (32.2%) dan peleraian (16.5%).

4.2 Implikasi Keselamatan

Kemunculan sistem relay BEV terpusat memburukkan lagi serangan lapisan konsensus. Sistem ini mewujudkan:

Peningkatan pemusatan pelombong sekitar perkhidmatan relay yang menguntungkan
Pengurangan ketelusan dalam susunan transaksi
Peningkatan keupayaan untuk serangan time-bandit

Analisis kami mengesahkan bahawa peluang BEV kerap melebihi ambang kritikal di mana pelombong rasional digalakkan untuk memfork rantaian, dengan insiden BEV tertinggi mencapai 616.6× ganjaran blok Ethereum.

5. Aplikasi Masa Depan & Arah Penyelidikan

Ekosistem BEV terus berkembang dengan beberapa trend baru:

5.1 Strategi Mitigasi

Perkhidmatan Penjujukan Adil: Teknik kriptografi untuk susunan transaksi yang adil
Mempool Terenkripsi: Mekanisme penghantaran transaksi pemeliharaan privasi
Sistem Lelongan MEV: Pasaran telus untuk hak susunan transaksi

5.2 Penyelesaian Tahap Protokol

Enkripsi ambang untuk privasi transaksi
Skema komit-bongkar untuk operasi sensitif
Protokol susunan transaksi stokastik

5.3 Peluang Penyelidikan

Analisis pengekstrakan BEV rentas rantaian
Kelemahan penyelesaian lapisan-2
Pengesahan formal protokol tahan MEV

Analisis Asal

Kajian groundbreaking oleh Qin et al. ini memberikan pengukuran komprehensif pertama Nilai Boleh Ekstrak Rantaian Blok, mendedahkan skala mengejutkan $540.54J diekstrak selama 32 bulan. Penyelidikan menunjukkan bagaimana BEV asasnya mengubah andaian keselamatan rantaian blok, mencipta insentif ekonomi yang boleh melemahkan mekanisme konsensus. Penemuan bahawa satu insiden BEV mencapai $4.1J (616.6× ganjaran blok Ethereum) mengesahkan kebimbangan teori tentang insentif pelombong untuk penyusunan semula rantaian.

Sumbangan teknikal algoritma main semula transaksi agnostik-aplikasi mewakili kemajuan signifikan dalam metodologi pengekstrakan BEV. Tidak seperti pendekatan terdahulu yang memerlukan pemahaman semantik transaksi, algoritma ini beroperasi pada tahap generik, berpotensi membolehkan strategi pengekstrakan lebih canggih. Perkembangan ini selari dengan evolusi teknik pembelajaran mesin adversarial dilihat dalam karya seperti CycleGAN (Zhu et al., 2017), di mana pendekatan agnostik-domain sering menghasilkan keputusan lebih teguh.

Berbanding manipulasi pasaran kewangan tradisional dikaji oleh SEC dan penyelidik akademik seperti Allen dan Gale (1992), BEV mempamerkan ciri unik disebabkan ketelusan rantaian blok. Walaupun pasaran tradisional mengalami asimetri maklumat, rantaian blok menyediakan maklumat sempurna tetapi mencipta asimetri baru dalam susunan transaksi. Ini selaras dengan penemuan dari Bank for International Settlements (2021) mengenai kerentanan DeFi.

Implikasi keselamatan amat membimbangkan. Seperti dinyatakan dalam penyelidikan Yayasan Ethereum mengenai keselamatan konsensus, insentif ekonomi mendorong tingkah laku pelombong mewakili ancaman asas kepada sistem Proof-of-Work dan Proof-of-Stake. Kemunculan sistem relay BEV terpusat mencipta tekanan pemusatan tambahan, berpotensi melemahkan etos terpencar sistem rantaian blok.

Penyelidikan masa depan harus fokus pada membangun reka bentuk protokol tahan BEV, berpotensi mengambil inspirasi dari teknik privasi pembeza digunakan dalam sistem pangkalan data (Dwork et al., 2006) dan pengiraan multi-pihak selamat. Evolusi pantas kaedah pengekstrakan BEV mencadangkan perlumbaan senjata berterusan antara pereka protokol dan pengekstrak nilai, serupa dengan permainan kucing dan tikus diperhatikan dalam keselamatan siber.

6. Rujukan

Zhu, J. Y., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. IEEE International Conference on Computer Vision.
Allen, F., & Gale, D. (1992). Stock-Price Manipulation. The Review of Financial Studies.
Bank for International Settlements. (2021). DeFi risks and the decentralisation illusion. BIS Quarterly Review.
Dwork, C., McSherry, F., Nissim, K., & Smith, A. (2006). Calibrating Noise to Sensitivity in Private Data Analysis. Theory of Cryptography Conference.
Ethereum Foundation. (2022). Ethereum Consensus Layer Security Analysis. Ethereum Research.
Daian, P., et al. (2020). Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges. IEEE Symposium on Security and Privacy.
Torres, C. I., et al. (2021). Frontrunner Jones and the Raiders of the Dark Forest: An Empirical Study of Blockchain Extractable Value. Financial Cryptography.
Qin, K., Zhou, L., & Gervais, A. (2021). Quantifying Blockchain Extractable Value: How dark is the forest? IEEE Conference on Security and Privacy.