Introdução

A tecnologia Blockchain reescreveu os fundamentos das finanças tradicionais. Por meio de nós ponto a ponto e livros contábeis distribuídos baseados em criptografia, foi criado um sistema financeiro automatizado, seguro, sem permissão e descentralizado. Os usuários podem usar redes blockchain para transferir fundos. E nós de rede ajudam a verificar essas transações, criar novos blocos, manter a segurança da rede e cobrar taxas.
Embora o blockchain torne os serviços financeiros mais baratos e eficientes, com a crescente popularidade dos contratos inteligentes, alguns novos problemas surgiram. Um dos novos problemas é o valor máximo extraível (MEV), que se refere aos nós da rede, incluindo, excluindo e alterando a ordem das transações em um bloco para obter a maior recompensa de bloco e taxa de transação possível que exceda o valor normal do bloco que eles são responsáveis por.
Devido ao MEV, usuários desconhecidos podem sofrer perdas devido à manipulação de transações, tornando a rede não confiável. No entanto, o impacto do MEV nas redes blockchain não é totalmente negativo. Para maximizar a receita, a competição entre os nós da rede também acelera o desenvolvimento da tecnologia blockchain.

O que é valor extraível do minerador (MEV)?

Os mineradores incluem ou reordenam transações nos blocos que criam para obter mais lucros.
A origem do termo Maximum Extractable Value (MEV) vem de outro termo - Miner Extractable Value (também MEV), que se refere à receita extra que os mineradores podem obter ao incluir, excluir ou reordenar arbitrariamente as transações nos blocos que criam. A pesquisa mais antiga sobre MEV vem de um estudo intitulado Flash Boys 2.0: Frontrunning, reordenação de transações e instabilidade de consenso em trocas descentralizadas. Ao estudar redes blockchain PoW (por exemplo, Bitcoin e Ethereum), eles descobriram que os mineradores manipulavam a criação de blocos e a ordem das transações de uma forma que lhes permitisse obter recompensas de blocos e taxas de transação acima do padrão.
O método de arbitragem de empacotar e reordenar transações existe em mecanismos de consenso.
Esse fenômeno não se limita a blockchains de prova de trabalho. Também em blockchains proof-of-stake (PoS), os nós validadores podem obter renda adicional dos usuários ao criar novos blocos, empacotar transações pendentes e reordenar transações. O termo “valor extraível do minerador” acabou sendo substituído pelo mais amplo “valor máximo extraível”, que é uma forma de arbitragem livre de risco ou de baixo risco.

Como surgiu o MEV

A sustentabilidade de uma rede blockchain é baseada em incentivos financeiros. Os nós da rede devem ser continuamente recompensados para que sejam incentivados a fornecer serviços seguros e confiáveis. Devido à latência da rede em diferentes regiões e ao fato de que os ledgers distribuídos requerem tempo para chegar a um consenso quando um usuário envia uma transação no blockchain, a transação não será processada imediatamente, mas será armazenada em um pool de memória (também conhecido como pool de memórias). Quando um novo bloco é gerado, as transações não processadas no mempool serão adicionadas ao novo bloco e os dados da transação serão registrados no ledger.
Existem diferenças nas informações e no tempo de sincronização entre os nós, que permitem que a ordem das transações seja alterada antes que um novo bloco seja gerado.
Por causa do mempool, os nós podem compartilhar informações sobre certas transações, avaliar o tráfego de rede atual e reordenar transações. Os nós são incentivados por dinheiro. Portanto, quando o mempool estiver cheio e não puder acomodar mais transações pendentes, os nós processarão primeiro as transações que pagam mais taxas. Levará mais tempo para que as transações que pagam taxas mais baixas sejam compactadas em um bloco. Em alguns casos, eles podem até ser movidos para fora do mempool, o que resultará em falha na transação.

Quando vários usuários pagam diferentes taxas de transação, os mineradores (ou nós) empacotam as transações do mempool em ordem, de acordo com o valor das taxas. (Fonte: blog ChainLink)

Como as informações de transações pendentes no mempool são públicas e os nós têm o direito de criar novos blocos e solicitar transações, eles podem facilmente ordenar as transações para extrair o máximo valor adicionando ou removendo transações. Por exemplo, quando um nó responsável pelo empacotamento e contabilidade avisa que um usuário solicitou uma transação para comprar 1 ETH com USDT, o nó pode comprar 1 ETH antes desse usuário e depois vendê-lo a um preço mais alto para concluir a arbitragem.
Os nós podem vender direitos de contabilidade e ordem de transação para outros arbitradores.
Os nós não precisam manipular as próprias transações para obter receita adicional. Eles também podem vender seus direitos de contabilidade e ordenação de transações, de modo que, se outros usuários identificarem oportunidades de arbitragem, eles podem estar dispostos a pagar taxas mais altas a esses nós para que suas transações sejam compactadas em blocos. De qualquer forma, os direitos de contabilidade centralizada e ordem de transação dos nós podem ser usados para tirar dinheiro dos bolsos dos usuários.
O surgimento do MEV não ocorre apenas porque as transações pendentes no pool de memória podem ser manipuladas pelos nós, mas também pela ineficiência econômica que dá espaço à arbitragem. Por exemplo, um usuário comprando ou vendendo uma grande quantidade de valor em uma troca descentralizada (DEX) causará uma derrapagem de preço. Em seguida, nós e bots de arbitragem podem tomar emprestado de pools de liquidez de outras exchanges descentralizadas para explorar a diferença de preço.
Outro fator chave que torna o MEV possível são os algoritmos de simulação de transações. Como o blockchain é um livro-razão público transparente, a liquidez e a profundidade do mercado de todos os ativos na cadeia são públicas para todos. O impacto de cada negociação no preço de mercado pode ser previsto e, em seguida, os arbitradores podem calcular o tamanho correto de suas posições e a ordem da transação para extrair valor.

Casos comuns de MEV

Os nós da rede Blockchain podem coletar MEV de várias maneiras. A seguir estão alguns exemplos comuns.

1. Arbitragem DEX
   Arbitragem entre DEXes é a forma mais simples e intuitiva de MEV. Se a cotação algorítmica de um ativo em DEX A for 100 USDT, enquanto a cotação algorítmica em DEX B for 110 USDT, quem perceber a diferença de preço poderá comprar o ativo em DEX A e depois vendê-lo em DEX B para explorar a diferença de preço . Este tipo de arbitragem também existe nos mercados financeiros tradicionais. Por ser basicamente isento de riscos, a competição por tais oportunidades de arbitragem é bastante acirrada.

2. Liquidação em Protocolos de Crédito
   Em protocolos de empréstimo que requerem garantia (como AAVE e Maker), os usuários podem depositar criptoativos (por exemplo, ETH) para emprestar outros criptoativos (ex. USDT). Desde que o valor da garantia do mutuário seja suficiente, o mutuário pode emprestar continuamente as criptomoedas do protocolo.
   Cada protocolo tem seus próprios padrões de garantias. Por exemplo, quando o valor da garantia torna-se inferior a 70% do valor das criptomoedas emprestadas devido a quedas de preços, caso o preço continue a cair e o mutuário se torne insolvente, o protocolo de empréstimo pode vender a garantia para reembolsar o empréstimo , que é conhecido como liquidação.
   Os protocolos de empréstimo permitem que todos os mutuários liquidem a garantia para pagar o empréstimo imediatamente. Quando ocorre a liquidação, o mutuário tem que pagar uma alta taxa de liquidação, uma parte da qual vai para o síndico. Realizar a liquidação também é uma fonte de renda sem risco. Existem muitos bots projetados para procurar constantemente devedores que serão liquidados, propor a liquidação preventivamente e cobrar taxas de liquidação.

3. Ataque sanduíche
   O ataque sanduíche é outro método comum de extração de MEV, que consiste em inserir transações antes e depois de uma transação de destino, de modo que o trader vítima cuja transação seja “imprensada” tenha que pagar mais.
   Por exemplo, um usuário deseja usar o USDT para comprar 10.000 ETH no Uniswap. Como se trata de um valor muito grande, o preço do ETH no pool de liquidez aumentará (P1 → P2 no gráfico abaixo).
   Depois que um bot de arbitragem “fareja” a transação pendente, ele pode antecipar a vítima e comprar 10.000 ETH no mercado, de modo que o preço de mercado atinja P2. Quando a transação da vítima for executada, o preço do ETH aumentará ainda mais de P2 para P3.
   Agora o bot de arbitragem venderá os 10.000 ETH adquiridos anteriormente, fazendo com que o preço volte a P2 novamente. Como resultado, o custo de compra de ETH aumentou para a vítima e o custo extra se tornou o lucro do bot de arbitragem.

Os bots de arbitragem podem "sanduíchar" as transações dos usuários para lucrar com a diferença de preço.

1. Outras oportunidades de arbitragem
   Todos os três métodos de arbitragem listados acima são os mais comuns. Portanto, a competição por novos participantes para obtenção de lucros é bastante acirrada.
   No entanto, em alguns novos mercados (por exemplo, NFT), ainda é possível fazer com que a rede blockchain execute suas próprias transações (ex. NFTs de cunhagem em lote) por meio de execução antecipada, ou para comprar ou vender em lote quando alterações de preço são detectadas. No entanto, a liquidez em novos mercados costuma ser muito baixa, de modo que a arbitragem nesses mercados acarretaria altos riscos.
   Outra maneira de obter lucros é introduzindo uma grande quantidade de liquidez de uma só vez. Por exemplo, no Uniswap V3, os provedores de liquidez têm controle sobre quais faixas de preço seu capital é alocado e podem, portanto, cobrar taxas de transação mais altas. Em casos extremos, os arbitradores adicionam liquidez sempre que detectam transações de outros usuários e resgatam a liquidez imediatamente após a conclusão da transação. Dessa forma, os arbitradores monopolizam quase 100% das taxas de transação, eliminando o risco de perdas impermanentes de longo prazo.

Prós e Contras do MEV

Embora na superfície, o MEV apenas aumenta a receita dos nós da rede às custas dos usuários, semelhante à forma como os nós cobram impostos adicionais dos usuários da rede. É difícil julgar se essa realocação de valor é boa ou ruim.
Para nós de rede e arbitradores, poder alterar a ordem das transações e colher MEV é definitivamente uma coisa boa. Essas oportunidades de arbitragem também atrairão mais pessoas para participar, o que melhorará a segurança e a descentralização da rede blockchain.
No entanto, para os usuários, o custo das transações on-chain aumenta e as transações front-running do arbitrador ocupam a largura de banda da rede, levando a uma má experiência do usuário. Por outro lado, esses arbitradores que trabalham duro também melhoram a eficiência do blockchain, para que os ativos de criptomoeda na cadeia não tenham uma diferença de preço muito grande. E a execução da liquidação também garante a segurança do uso de protocolos de empréstimo.
Do ponto de vista da rede blockchain, o MEV causa alguns problemas. Esses principais nós de arbitragem que são bons em extrair valor de transações acumularão cada vez mais recursos, tornando a rede blockchain mais centralizada. Em casos extremos, nós arbitradores podem até tentar adulterar blocos antigos para ganhar dinheiro extra.
Para concluir, o impacto do MEV tem múltiplas dimensões, mas não há dúvida de que a pesquisa sobre o MEV é uma boa oportunidade para descobrir como as tecnologias blockchain poderiam ser melhores.

Como melhorar o MEV?

A base do MEV é a transparência dos mempools e direitos dos nós para organizar livremente a ordem das transações. Portanto, se o mempool não for mais transparente ou se os nós forem forçados a empacotar transações em uma determinada ordem, taxas adicionais podem ser evitadas para os usuários.
Por exemplo, a Automata Network usa um algoritmo chamado Conveyor, que extrai transações pendentes do mempool em uma determinada ordem e anexa a assinatura do nó da Automata às transações. Serão detectadas as transações que não forem adicionadas pelo Conveyor. Somente os processados pelo Conveyor podem ser embalados em novos blocos.

Fonte: Blog Autômatos
A Chainlink usa um algoritmo chamado Fair Sequencing Services (FSS) para resolver o problema do MEV. O FSS requer contratos inteligentes para sequenciar as transações de acordo com determinados parâmetros, como tempo (quando a transação entra no pool de memória), taxa de transação, valor da transação e tipo de transação.
O FSS também pode criptografar a sequência de transações, que só pode ser descriptografada após o envio. Essa criptografia também é uma forma de Separação Proponente/Construtor.

Fonte: Blog Chainlink
Existe também uma prática chamada MEVA (abreviação de MEV Auctions). O MEVA reconhece a existência do MEV e também incentiva todos os nós e arbitradores a obterem o MAV de qualquer forma, tanto quanto possível. Parte das receitas dos leilões serão transferidas para fundos públicos e devolvidas a todos os utilizadores do protocolo.
Optimism é um protocolo de camada 2 que usa o modelo MEVA. Até certo ponto, o MEVA faz com que os usuários paguem “impostos” para impulsionar o desenvolvimento do protocolo porque nós e arbitradores podem ser incentivados a melhorar a eficiência da rede.
O uso de protocolos agregadores on-chain ajuda a reduzir o impacto negativo do MEV e melhora a eficiência do capital.
Os protocolos agregadores também podem proteger os usuários do impacto negativo do MEV. A diferença de preço do mesmo ativo de criptomoeda em diferentes pools de liquidez geralmente vem de grandes quantidades de compra ou venda dos usuários em um DEX. Em teoria, os usuários podem dividir grandes transações em diferentes pools de liquidez para reduzir seus custos, embora isso exija tempo e paciência. Agregadores como o 1inch descobrirão a melhor maneira de os usuários realizarem grandes transações ao mesmo tempo, aumentando a eficiência do capital.
Não é verdade que as transações processadas pelos agregadores não podem mais ser exploradas pelos nós da rede. Com mais agregadores sendo inventados e tecnologias relacionadas cada vez mais avançadas, haverá menos espaço para arbitragem. Esses protocolos agregadores podem, na verdade, ser vistos como “arbitradores mais baratos”. O MEV continuará a existir. Se os agregadores puderem ser mais baratos, os usuários não terão motivos para pagar mais a outros arbitradores.

O impacto da fusão no MEV

Sob PoW, os mineradores podem maximizar seus lucros por meio de ordem de transação prioritária, permitindo arbitragem DEX, ataques sanduíche, etc.
Após a transição do Ethereum para PoS, a produção diária de ETH será bastante reduzida. A recompensa diária do bloco será reduzida em 90%, de 14.600 ETH para cerca de 1.600. Sob PoS, quer você aposte 32 ETH ou 100 ETH, a recompensa por verificar cada bloco é fixa.
Portanto, o MEV será muito importante para os validadores de PoS obterem mais recompensas. O MEV também incentivará as pessoas a apostar éter e se tornarem validadores. Portanto, o MEV será muito importante para a Ethereum, que preza pela descentralização e segurança.

A recompensa anual do validador é a soma da recompensa de aposta e MEV. (Fonte: Flashbots)

Tanto o PoW quanto o PoS enfrentam alguns problemas. Explorar o MEV beneficia mais as pessoas com maior capital. Como os mineradores (validadores) não precisam necessariamente executar transações para colher MEV, eles podem atuar como proponentes e aceitar ofertas de construtores de blocos para dar prioridade a determinadas transações para serem verificadas.
Portanto, validadores com alto capital podem pagar taxas caras para permitir que transações que os beneficiem sejam processadas preferencialmente. Isso significa que esses nós de elite podem, direta e indiretamente, controlar os dados de transação do bloco. Se esse problema não puder ser resolvido, o Ethereum terá menos descentralização.
Após a fusão, a maioria dos validadores implantará o MEV-boost, um software gratuito e de código aberto desenvolvido pela Flashbots em conjunto com desenvolvedores e pesquisadores da Ethereum. O MEV-boost ajuda o Ethereum a diminuir o impacto negativo do MEV e tornar a colheita do MEV mais democrática.
O MEV-boost é uma solução baseada em PBS (Proposer Builder Separation), que pode resolver o problema de centralização de nós depois de implementado no Ethereum.

O que é PBS (Proposer/Builder Separation)
A separação Propositor/Construtor é para dividir a função de construção de bloco da função de proposta de bloco de um nó. Dessa forma, os nós não podem adicionar, remover ou alterar aleatoriamente a ordem das transações em seus próprios interesses. Os componentes do PBS são:

1. Proponentes de blocos: Propõem blocos e enviam o ledger distribuído, também conhecidos como validadores.
2. Construtores de blocos: eles tentam construir o bloco mais valioso e maximizar o valor de um bloco pesquisando o próprio MEV ou aceitando pacotes de pesquisadores do MEV.
3. Pesquisadores MEV: Eles tentam identificar transações lucrativas que estão pendentes de revisão no mempool público para obter oportunidades potenciais de arbitragem. Por exemplo, se um buscador MEV encontrar uma grande transação no mempool, ele/ela pode conduzir um ataque sanduíche.
4. Pacotes: os buscadores MEV produzem pacotes de uma ou várias transações. O pacote deve ser colocado no topo do bloco e não pode ser dividido.
   Por exemplo, a maioria dos investidores PoS no Ethereum atualmente usa Lido ou outros protocolos de staking líquidos, então o número de construtores é muito menor do que o de proponentes. Nesta ocasião, nós e validadores do Ethereum tornam-se excessivamente centralizados. No entanto, o PBS pode efetivamente resolver esse problema, porque a construção e a proposição de blocos são atribuídas a diferentes funções na rede.
   O construtor pode extrair o MEV ou enviar lances ao proponente após aceitar os pacotes fornecidos pelo buscador do MEV. O proponente deve aprovar o pacote do construtor. O proponente não conhece o conteúdo do pacote, o que representa uma forma eficaz de evitar que o proponente controle a ordem da transação e roube o MEV.

Por que executar o MEV-boost
O MEV-boost é uma solução para o PBS, que permite que participantes individuais participem de uma rede blockchain e aumentem sua descentralização.

1. Usuários e pesquisadores enviam transações para construtores de blocos por meio do txpool p2p público ou por meio de canais diretos.
2. Os construtores constroem cargas úteis de execução usando essas transações e parâmetros de cabeçalho fornecidos pelos validadores. Os construtores podem definir diretamente o endereço do destinatário da taxa do validador.
3. Os relés recebem cargas úteis de execução dos construtores e verificam a validade das cargas úteis, bem como calculam o valor da carga útil (quantia de ETH paga ao destinatário da taxa).
4. Os escrows recebem as cargas de execução completas dos retransmissores para fornecer disponibilidade de dados.
5. Os validadores recebem cabeçalhos de carga útil de execução de retransmissores (cargas úteis de execução despojadas do conteúdo da transação). O validador seleciona o cabeçalho mais valioso, assina o payload e o devolve ao relé e ao escrow para ser propagado para a rede.
   
   Processo de construção de bloco para mev-boost, referenciado no blog Manifold Finance

Essa arquitetura proposta permite que os validadores terceirizam a tarefa de construção de blocos para uma rede de construtores de blocos terceirizados. Embora os validadores tenham a capacidade de incluir qualquer carga útil na cadeia, a neutralidade da rede e as receitas do validador são maximizadas quando o trabalho do validador se limita a selecionar a carga útil que lhes paga mais ETH.

Conclusão

Em termos de descentralização e justiça, o MEV tem vantagens, apesar de suas muitas desvantagens.
De um modo geral, o blockchain promete criar um sistema financeiro justo, sem permissão, sem confiança e descentralizado para os usuários. No entanto, se olharmos mais de perto, descobriremos que ainda existem terceiros intermediários confiáveis no espaço blockchain. Nas finanças tradicionais, os intermediários são órgãos governamentais e bancos, enquanto nas redes blockchain, são mineradores e validadores responsáveis por criar novos blocos e manipular a ordem das transações. Eles utilizam seu poder de adicionar, remover ou reorganizar transações em blocos para obter lucros adicionais dos usuários.
Os incentivos econômicos levam mais nós a competir, aumentando assim a descentralização.
Embora nenhum usuário ficaria feliz em pagar esse imposto de uso de rede desnecessário ou em aceitar a rede blockchain congestionada causada por bots de arbitragem enviando um grande número de transações inúteis, a existência do MEV traz vantagens além das desvantagens. Os incentivos econômicos impulsionam a adesão de mais nós, tornando a rede blockchain mais descentralizada e garantindo a estabilidade de preço em diferentes mercados. Os usuários podem negociar a qualquer momento sem a necessidade de comparar preços de diferentes mercados de antemão. Como maximizar suas vantagens e minimizar as desvantagens é uma questão-chave a ser discutida no futuro.

Soluções para mitigar o impacto do MEV foram propostas uma após a outra, mas o equilíbrio do poder multifuncional no mercado ainda precisa ser considerado.
Quanto a como mitigar ou até mesmo eliminar o MEV, muitas soluções diferentes foram propostas, como serviços de sequenciamento justo, transações de privacidade criptografadas, leilão de direitos de pedidos em bloco, separação proponente/construtor, etc. Esses métodos são novos e ainda não são conclusivos se podem proteger os interesses dos mineradores e dos arbitradores e garantir o crescimento constante da rede blockchain. Cada transação tem valores associados a ela. Talvez seja aceitável permitir que os arbitradores extraiam parte do valor dentro de limites razoáveis.
O MEV continuará a existir e um mercado livre acabará por alcançar um equilíbrio dinâmico.
À medida que a tecnologia blockchain amadurece, espera-se que surjam estratégias MEV com redes multi-blockchain mais complexas, abrangentes e integradas. Alguns temem que essa situação faça com que os operadores de nodes ou bots de arbitragem monopolizem recursos e causem uma crise de centralização, mas o fato é que a expansão do conhecimento inevitavelmente trará concorrentes. No longo prazo, o MEV é um mercado de competição acirrada, no qual nós e redes blockchain ineficientes serão eliminados, enquanto aqueles com os melhores desempenhos serão suportados pelos usuários. Na corrida por recursos, o equilíbrio entre eficiência e descentralização será alcançado. O MEV pode continuar existindo, mas se tornará mais barato e mais competitivo, atuando como um fator-chave para o crescimento do ecossistema criptográfico.