Décoder le MEV du Bitcoin : un autre monde en dehors de la forêt sombre de l'Ethereum
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Décoder le MEV du Bitcoin : un autre monde en dehors de la forêt sombre de l'Ethereum
Ce rapport analysera l'augmentation de la complexité du MEV sur Bitcoin et évaluera son impact sur l'écosystème plus large.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : Jeffrey Hu
Traduction : TechFlow
Cet article est co-écrit par Jeffrey HU de HashKey Capital, Jinming NEO, et George ZHANG de Flashbots.
Introduction
Le concept du MEV (valeur extractible par les mineurs) sur Bitcoin remonte à 2013. Bien qu’il reste encore relativement émergent comparé au MEV d’Ethereum, l’écosystème Bitcoin en pleine expansion promet davantage de programmabilité, d’expressivité et d’opportunités de MEV grâce à l’introduction de méta-protocoles comme BRC-20, Ordinals et Runes.
Ce rapport analysera la complexité croissante du MEV sur Bitcoin et évaluera son impact sur l’écosystème plus large.
Pourquoi un intérêt croissant pour le MEV sur Bitcoin ?
Avant l’introduction des Ordinals, le MEV sur Bitcoin n’était ni largement reconnu ni significatif, l’attention se concentrant principalement sur Lightning Network et les attaques de minage contre les sidechains. Cependant, la mise à jour Taproot a apporté à Bitcoin davantage d’expressivité et de programmabilité, favorisant le lancement de méta-protocoles tels que Ordinals et Runes, mettant ainsi le MEV en lumière. Les blocs de 10 minutes de Bitcoin exacerbent également ce problème, rendant les utilisateurs inexpérimentés plus vulnérables aux diverses attaques de type MEV, telles que le « fee sniping » lors de soumissions concurrentes sur les marchés d’inscription. Avec la réduction de la récompense par bloc, la rentabilité des mineurs est affectée, les incitant à maximiser les frais de transaction, ce qui pourrait expliquer la montée en activité MEV.
Le graphique ci-dessous illustre la hausse des frais par rapport à la récompense par bloc autour des lancements très attendus des Ordinals et Runes, atteignant temporairement plus de 60 % des revenus totaux du minage Bitcoin.
Source : Dune analytics (@data_always), ratio des frais de transaction par rapport aux récompenses de minage, au 22 juillet 2024.
Jusqu’à présent, nous observons une augmentation constante des applications et développements BTCFi, transformant la perception de Bitcoin en simple « or numérique / réseau de paiement » vers un écosystème en rapide croissance doté d’une utilité élargie. Cela pourrait offrir davantage d’opportunités de MEV sur Bitcoin.
Les différences entre le MEV sur Bitcoin et Ethereum
La discussion autour du MEV sur Bitcoin est moindre, ce qui s’explique par des conceptions architecturales fondamentalement différentes entre Bitcoin et Ethereum.
Conception architecturale
Ethereum fonctionne sur la machine virtuelle Ethereum (EVM), exécutant des contrats intelligents via un ordinateur d’état global assurant la programmabilité.
Ethereum adopte un modèle basé sur les comptes, exécutant les transactions selon un nonce transactionnel. L’ordre des transactions influence donc leur résultat, permettant facilement aux « searchers » d’identifier des opportunités de MEV et d’insérer leurs propres transactions avant ou après celles des utilisateurs. Par exemple, si Alice et Bob soumettent tous deux une transaction sur Uniswap pour échanger 1 ETH contre USDT, celui dont la transaction est exécutée en premier dans le bloc obtiendra plus de USDT.
En revanche, le langage de script de Bitcoin n’est pas étatique comme celui d’Ethereum, utilisant un modèle UTXO. Pour un transfert standard, seul le destinataire prévu peut dépenser les bitcoins avec une signature valide, sans conflit d’accès aux fonds. Toutefois, sur Bitcoin, il est possible de créer des UTXO déblocables par plusieurs parties via des scripts ou SIGHASH. La première transaction confirmée est celle qui dépense cet UTXO. Néanmoins, comme les conditions de déblocage d’un UTXO ne dépendent que de lui-même et non d’autres UTXO, la compétition est limitée à cet UTXO précis.
Les cryptomonnaies alternatives sur Bitcoin
Au-delà de ces différences fondamentales, l’introduction d’actifs autres que BTC crée des incitations au MEV. Dans ces scénarios, le MEV résulte du fait que les concepteurs de protocole tentent de définir, en utilisant le script + UTXO (structure de données propre à Bitcoin), l’ordre de propriété des actifs et de validité des actions sur chaîne. Comme les événements sont définis par ordre, cela crée une motivation à contrôler cet ordre, générant du MEV.
Sans actifs supplémentaires, un mineur rationnel n’emballerait que les transactions légitimes selon les frais, facturant selon la taille. Mais si les transactions Bitcoin incluent autre chose que des transferts standards — par exemple frapper de nouveaux actifs de valeur (comme Runes) — les mineurs peuvent adopter plusieurs stratégies au-delà des simples frais : 1) censurer des transactions et les remplacer par leurs propres opérations de frappe ; 2) exiger des frais plus élevés (via chaîne, hors chaîne ou sidechain) ; 3) faire se concurrencer plusieurs utilisateurs, provoquant des guerres de frais.
Frappe (Minting)
Un exemple direct est le processus de frappe d’actifs comme Runes ou BRC-20, généralement limités en quantité. La première transaction de frappe confirmée est considérée comme réussie, les autres étant invalides. Ainsi, l’ordre des transactions devient crucial, créant des opportunités de MEV par réordonnancement.
De plus, le concept des satoshis rares introduit par les Ordinals a même suscité des craintes que des mineurs puissent provoquer des réorganisations de blocs pendant la halving afin de s’approprier des satoshis rares de haute valeur.
Staking
Au-delà de la frappe, des protocoles comme Babylon fixent aussi des plafonds d’actifs pouvant être mis en staking à chaque phase. Même si un utilisateur dépasse la limite, il peut toujours construire et envoyer ses bitcoins vers le script de verrouillage, mais cela ne sera plus considéré comme un staking réussi ni éligible aux futures récompenses. Autrement dit, l’ordre des transactions de staking est tout aussi critique.
Par exemple, peu après le lancement du mainnet Babylon, la limite du staking pour la première phase a atteint 1 000 BTC, entraînant un dépassement d’environ 300 BTC nécessitant un déverrouillage.
Au lancement du mainnet Babylon, le taux de frais a grimpé à 1 000 sats/vBytes. Source : Mempool.space
Outre la création/frappe d’actifs sur chaîne et le staking, certaines activités sur des sidechains ou rollups sont également affectées par le MEV. Nous fournirons davantage d’exemples dans la section « Événements MEV sur Bitcoin ».
Qu’est-ce qui constitue du MEV sur Bitcoin ?
Alors, qu’est-ce qui compte comme MEV sur Bitcoin ? Après tout, la définition du MEV varie selon les contextes.
En général, le MEV sur Bitcoin désigne la manière dont les mineurs extraient le maximum de profit en manipulant le processus de création de blocs. On peut le classer grossièrement ainsi :
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Frais supplémentaires payés par les utilisateurs : Les utilisateurs souhaitant accélérer leurs transactions utilisent souvent des services d’accélération hors chaîne, souvent coûteux car ils doivent payer des frais plus élevés pour priorisation. Les traders peuvent aussi utiliser des mécanismes comme RBF (remplacement par frais) et CPFP (l’enfant paie pour le parent) pour payer plus aux mineurs et obtenir une confirmation plus rapide. Les transactions à faibles frais subissent généralement des délais plus longs, car les mineurs orientés profit privilégient les transactions les plus lucratives.
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Collusion entre utilisateurs et mineurs : Des utilisateurs collaborent avec des mineurs pour censurer ou inclure certaines transactions critiques. Par exemple, un utilisateur malveillant et un mineur pourraient conspirer pour bloquer une transaction de pénalité sur Lightning Network et s’approprier illégalement les fonds du canal. D’autres systèmes émergents comme BitVM et leurs transactions de pénalité encourent des risques similaires.
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Minage de Bitcoin sur des sidechains/L2 : Cela inclut divers schémas précoces de minage fusionné, où les mineurs utilisent la puissance de calcul de Bitcoin pour sécuriser un autre réseau. Ce minage fusionné peut mener à une centralisation, car de gros mineurs pourraient exploiter leur puissance sur la chaîne principale pour influencer la production et l’ordre des blocs sur la L2, capturant excessivement les récompenses de minage L2 et compromettant potentiellement la sécurité du réseau L2.
Une méthode de surenchère par marché public (comme RBF) joue un rôle relativement positif dans l’économie globale, favorisant une économie de marché libre. En revanche, lorsque les utilisateurs effectuent des paiements hors bande avec des pools, cela menace clairement la décentralisation et la résistance à la censure du réseau, ce phénomène étant souvent qualifié de « MEVil ».
Exemples de MEV sur Bitcoin
D’après cette classification, voici quelques cas concrets de MEV.
Transactions non standard
Le logiciel Bitcoin Core autorise uniquement les nœuds à traiter des transactions standard, limitées à 100 kvB. Pourtant, les pools incluent toujours dans les blocs des transactions non standard à hauts frais, excluant souvent d’autres transactions à faibles frais.
Quelques cas typiques incluent :
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Bloc 776 884 : miné par le pool Terra, contenant une transaction d’inscription de 849,93 kvB. L’inscription était une vidéo MP4 d’une minute montrant une grenouille tenant une boisson, générant 0,5 BTC de frais pour le mineur.
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Bloc 777 945 : contenant une image WEBP de 975,44 kvB (4000 x 5999 pixels), générant 0,75 BTC de frais.
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Bloc 786 501 : a généré environ 0,5 BTC de frais pour le mineur en inscrivant une image JPEG de Julian Assange sur la couverture du magazine Bitcoin, de taille 992,44 kvB.
Par défaut, les nœuds Bitcoin Core ne relaient que les transactions standard. Ainsi, les transactions non standard doivent être envoyées directement aux pools via des mempools privés. Ces mempools privés permettent aux pools d’accepter des transactions non standard et de prioriser celles des utilisateurs. Bien que cela accélère le traitement, un trop grand recours aux mempools privés pourrait augmenter la centralisation des pools et les risques de censure. Il est clair que certains pools exploitent déjà la rentabilité des mempools privés.
Par exemple, Marathon Digital a lancé « Slipstream », un service de soumission directe de transactions permettant aux clients d’envoyer des transactions complexes ou non standard.
Événements MEV sur sidechains / L2
La sidechain Stacks utilise un mécanisme de consensus unique appelé Preuve de Transfert (Proof of Transfer, PoX), permettant aux mineurs Bitcoin de miner des blocs Stacks et de régler les transactions sur la blockchain Bitcoin, tout en obtenant des récompenses en STX.
À l’origine, Stacks utilisait un mécanisme simple d’élection des mineurs, où les mineurs Bitcoin à haute puissance avaient plus de chances de miner des blocs Stacks, censurant les engagements des autres mineurs et s’octroyant toutes les récompenses. Si davantage de mineurs adoptaient cette stratégie, les futurs « Stackers » pourraient voir leurs rendements diminuer.
Impacts sur l’écosystème :
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L’exclusion des engagements d’autres mineurs honnêtes réduit finalement les récompenses transmises aux Stackers.
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Si de grands mineurs continuent d’abuser de leur puissance informatique pour exclure les engagements des honnêtes mineurs, cela pourrait entraîner un risque de centralisation, permettant à quelques mineurs de monopoliser toutes les récompenses Stacks.
Ce problème sera toutefois corrigé par la mise à niveau Satoshi de Stacks, qui rendra cette stratégie non rentable. Cette mise à niveau changera le système d’élection simple en un algorithme de tirage au sort combiné à la technique ATC-C (Assumed Total Commitment with Carryforward). Les mineurs devront participer régulièrement sur les 10 derniers blocs pour être éligibles au tirage. Un mineur n’ayant pas miné au moins 5 des 10 derniers blocs perdra sa qualification aux récompenses Stacks. Grâce à ATC-C, la probabilité de gagner un bloc Stacks est désormais proportionnelle aux dépenses en BTC du mineur par rapport à la médiane des engagements totaux BTC sur les 10 derniers blocs, réduisant ainsi les gains disproportionnés liés à l’exclusion des autres.
Concurrence pour les transactions d’actifs alternatifs
Le MEV lié à des actifs alternatifs comme Ordinals et Runes peut être divisé en deux types mentionnés précédemment :
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Extraire de la valeur supplémentaire par les pools : Les pools peuvent tirer une valeur additionnelle en incluant dans les blocs des actifs comme les Ordinals Bitcoin ou les satoshis rares.
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Transactions de surenchère de frais : Les traders peuvent se disputer l’inclusion dans les blocs de transactions liées à ces actifs alternatifs.
Pour les pools, le succès initial de Runes a apporté une nouvelle source de profit. Par exemple, durant l’événement de halving, le lancement très attendu de Runes a fait grimper volume et frais de transaction à des niveaux records, de nombreux utilisateurs cherchant à inclure leurs transactions dans le bloc historique du halving. Après le halving, les frais ont bondi à plus de 1 500 sats/vByte (contre moins de 100 avant). ViaBTC a profité de cette vague en minant le bloc du halving simultané au lancement de Runes, réalisant un bénéfice de 40,75 BTC, dont 37,6 BTC provenaient des frais liés à Runes. Avec la récompense par bloc désormais divisée par deux, les frais liés à Runes sont devenus une source de profit pour les mineurs.
Source : Mempool.space
Source : Mempool.space
Pour les traders, les transactions Bitcoin utilisant Runes et Ordinals emploient souvent SIGHASH_SINGLE|SIGHASH_ANYONECANPAY dans des PSBT (transactions partiellement signées), permettant qu’un seul input signé corresponde à un output. Combiné à la transparence du mempool, cela permet à de nombreux acheteurs d’identifier des transactions potentiellement profitables. Ainsi, les traders utilisent fréquemment RBF et CPFP, provoquant des guerres de frais concurrentielles, permettant aux mineurs de capter du MEV grâce à cette demande. Par exemple, quand un vendeur met en vente un actif, les acheteurs enchérissent, utilisant RBF pour augmenter leurs frais face à la concurrence, espérant que leur transaction soit confirmée.
Un exemple classique de concurrence entre traders est la transaction ID 2ffed299689951801a68b5791f261225b24c8249586ba65a738ec403ba811f0d. Après que le vendeur a listé son actif, cette transaction a été remplacée plusieurs fois via RBF, avec des taux de frais de 238, 280, 298 puis 355 sat/vB.
Source : Mempool.space
Un autre exemple concerne le processus de frappe des OrdiBots sur Magic Eden. Plusieurs utilisateurs ont été victimes d’attaques de front-running. La frappe des inscriptions OrdiBots sur Magic Eden utilisait des PSBT. La présence des PSBT et l’intervalle de 10 minutes entre chaque bloc Bitcoin permettent à tout acheteur potentiel, en changeant d’adresse et de signature, de simplement payer des frais plus élevés pour rivaliser sur la même transaction. Cela a conduit certains utilisateurs whitelistés à ne pas pouvoir frapper à cause de robots de front-running. (L’équipe s’est ensuite excusée et a promis de compenser les utilisateurs concernés avec des OrdiBots personnalisés.)
Toutefois, toutes les techniques ou événements liés au MEV ne sont pas nuisibles. Dans certains cas, les technologies MEV peuvent protéger les actifs des utilisateurs. Par exemple, sans RBF, une transaction erronée serait irrécupérable », et les transactions non confirmées pourraient rester bloquées longtemps, causant un coût d’opportunité. De plus, l’utilisation de RBF contribue à la sécurité du réseau Bitcoin. À mesure que la subvention par bloc diminuera à l’avenir par rapport aux frais, ces derniers joueront un rôle crucial pour inciter les mineurs à continuer d’assurer la sécurité du réseau. Le développeur Bitcoin Peter Todd plaide activement en faveur des avantages du RBF et recommande aux mineurs d’activer le RBF complet.
Composants technologiques clés soutenant le MEV sur Bitcoin
Quels sont donc les composants ou méthodes technologiques clés sur Bitcoin qui soutiennent ces opportunités de MEV ? Les domaines techniques fréquemment impliqués incluent les mempools, RBF (remplacement par frais), CPFP (l’enfant paie pour le parent), les services d’accélération des pools et les protocoles de pool.
Mempool
Comme Ethereum et d’autres réseaux blockchain typiques, Bitcoin dispose d’une structure de mempool stockant les transactions reçues par les nœuds P2P mais non incluses dans un bloc. La transparence et la décentralisation du mempool créent un environnement favorable aux opportunités de MEV, permettant à toutes les transactions d’atteindre les mineurs.
Toutefois, contrairement au mécanisme de gas d’Ethereum, les frais Bitcoin dépendent uniquement de la taille de la transaction. Ainsi, le mempool Bitcoin peut être vu comme un marché aux enchères plus direct de l’espace bloc, où l’on observe quels utilisateurs enchérissent pour le prochain bloc et à quel prix.
Comme différents nœuds reçoivent différentes transactions via la diffusion P2P, chaque nœud possède un mempool différent. De plus, chaque nœud peut personnaliser activement sa stratégie de relais (politique de mempool), définissant quelles transactions il souhaite recevoir et relayer. Les pools peuvent aussi choisir, selon leurs préférences, quelles transactions inclure dans les blocs (bien qu’économiquement, ils privilégieront les hautes commissions). Par exemple, le nœud Knots filtre toutes les transactions Ordinals, tandis que Marathon Mining a créé un logo pixelisé dans son explorateur de blocs.
Bloc 836361 (les couleurs des pixels indiquent le taux de frais), source : mempool.space
Par conséquent, les utilisateurs pourraient envisager d’envoyer directement leurs transactions à des mineurs ou pools spécifiques pour accélérer l’inclusion, mais cette pratique pourrait nuire à deux caractéristiques essentielles valorisées par la communauté Bitcoin : la confidentialité et la résistance à la censure.
Envoyer des transactions via des nœuds P2P plutôt que directement (ex. via RPC) aux mineurs ou pools aide à brouiller l’origine, rendant plus difficile pour les mineurs de censurer des transactions basées sur des informations identifiées.
Outre les services d’accélération, les utilisateurs peuvent choisir d’accélérer leurs transactions via RBF ou CPFP.
RBF et CPFP
Le Remplacement par Frais (RBF) et le CPFP (Child Pays for Parent) sont des méthodes courantes pour améliorer la priorité d’une transaction.
RBF (Remplacement par Frais) permet à une transaction non confirmée dans le mempool d’être remplacée par une autre transaction conflictuelle (référençant au moins une entrée commune), mais avec un taux de frais et un montant total plus élevés. Comme discuté précédemment, le RBF peut être implémenté de plusieurs façons. La version la plus courante est le RBF optionnel (opt-in RBF), défini par BIP125, où seules les transactions marquées peuvent être remplacées. Une autre approche est le RBF complet, où toute transaction peut être remplacée, indépendamment de son marquage.
CPFP (l’enfant paie pour le parent) utilise une approche différente pour accélérer la confirmation. Contrairement au RBF qui remplace une transaction bloquée, le destinataire peut accélérer la transaction parente en envoyant une transaction enfant utilisant l’UTXO de la transaction en attente, avec un taux de frais plus élevé. Cela peut inciter les mineurs à empaqueter ensemble ces transactions. Ainsi, on peut parfois observer des transactions à très faibles frais incluses dans un bloc malgré un taux élevé à un moment donné ; ces transactions ont probablement utilisé CPFP (car la transaction suivante a payé les frais).
Transaction ayant permis la confirmation d’une transaction parente à faible frais (7,01 sat/VB) via CPFP. Source : mempool.space
La différence clé entre RBF et CPFP est que RBF permet à l’expéditeur de remplacer une transaction en attente par une autre à frais plus élevés, tandis que CPFP permet au destinataire d’accélérer la transaction en envoyant une transaction enfant à frais plus élevés. CPFP est aussi utile pour les transactions devant sortir de Lightning Network (par exemple, les sorties ancre). Sur le plan des frais, RBF est relativement plus économique, car il n’exige pas d’espace bloc supplémentaire.
Paiements de frais externes et services d’accélération des pools
Au-delà du RBF et du CPFP, les utilisateurs peuvent opter pour des paiements de frais externes pour accélérer leurs transactions. Par exemple, de nombreux pools proposent des services gratuits ou payants d’accélération de transactions, où les utilisateurs soumettent leur txID pour accélérer l’inclusion. Pour les services payants, les utilisateurs paient des frais pour soutenir le pool. Comme ces paiements transitent par des systèmes extérieurs au réseau Bitcoin (site web, carte bancaire, etc.), on parle de paiements de frais externes.
Bien que ces paiements offrent une solution aux transactions non compatibles RBF ou CPFP, leur usage massif à long terme pourrait menacer la résistance à la censure de Bitcoin.
Protocoles de pool
Dans nos discussions précédentes, nous avons traité les pools et mineurs comme un tout, mais en réalité, ils doivent coopérer et se répartir les tâches. Les pools agrègent la puissance de calcul des mineurs et distribuent les récompenses selon leur contribution. Ce processus de coopération requiert des protocoles spécifiques.
Dans les protocoles courants comme Stratum v1, le pool fournit simplement aux mineurs un modèle de bloc (incluant l’en-tête et la transaction coinbase), et les mineurs effectuent le hachage selon ce modèle. Des outils comme stratum.work permettent de visualiser les informations Stratum provenant de divers pools.
Dans ce processus, les mineurs ne choisissent pas les transactions à inclure ; le pool sélectionne et construit le modèle, puis attribue la tâche aux mineurs.
Ainsi, sous le protocole Stratum v1, on peut approximativement associer les rôles à ceux de l’écosystème Ethereum :
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Mineurs : assument partiellement le rôle de proposants (effectuent le hachage).
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Pools : agissent à la fois comme bâtisseurs (utilisant le hachage des mineurs) et comme proposants de blocs.
Et ensuite ?
Plusieurs solutions prometteuses sont en développement pour atténuer les effets négatifs du MEV sur Bitcoin.
Nouveaux protocoles
Dans de nouveaux protocoles de pool comme Stratum v2 et BraidPool, les mineurs peuvent choisir eux-mêmes les transactions à inclure. Stratum v2 est déjà adopté par certains pools (ex. DEMAND) et firmwares miniers (ex. Braiins), permettant à chaque mineur de construire son propre modèle de bloc. Cela améliore la sécurité, la décentralisation et l’efficacité du transfert de données, tout en réduisant les risques de censure et de MEV sur Bitcoin.
Par conséquent, conformément à cette tendance, les rôles futurs des pools et mineurs pourraient ne pas évoluer exactement selon le modèle PBS (séparation Proposant/Bâtisseur) d’Ethereum.
De plus, de nouvelles conceptions liées au mempool dans Bitcoin Core pourraient apporter des changements, notamment la stratégie de relais de transactions v3 et l’amélioration du mempool en cluster, largement discutées. Toutefois, les impacts de ces nouvelles conceptions sur des aspects comme la sortie des canaux Lightning Network restent en débat.
Impact de la réduction des récompenses de minage
La baisse des récompenses de minage est un défi important. À mesure que ces récompenses diminueront davantage à l’avenir, cela aura plusieurs impacts potentiels sur le réseau.
Certains problèmes ont été identifiés tôt par les développeurs Bitcoin, comme le problème de « fee sniping », où un pool pourrait intentionnellement reminer un bloc précédent pour récupérer les frais. Bitcoin Core a mis en œuvre certaines mesures contre cela, mais les méthodes actuelles nécessitent encore des améliorations.
Au-delà des frais natifs, les actifs alternatifs pourraient aussi devenir une source de revenus durable. Ainsi, certains projets tentent de construire des infrastructures pour mieux identifier les transactions valorisées liées à ces actifs. Par exemple, Rebar développe un mempool public alternatif pour mieux détecter les transactions associées à des actifs alternatifs de valeur.
Cependant, comme discuté dans la section « Paiements de frais externes », l’impact de ces incitations économiques hors chaîne sur le système d’incitation auto-régulé de Bitcoin reste à prouver.
Quoi qu’il en soit, le MEV sur Bitcoin partage des similitudes avec celui d’Ethereum, mais diffère aussi en raison de différences architecturales et philosophiques. L’utilité croissante de Bitcoin, la diminution progressive de la subvention par bloc et l’évolution continue de l’écosystème BTCFi feront que les facteurs liés au MEV attireront davantage l’attention.
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