L2 MEV 디코딩: 정렬기 작업 흐름과 MEV 데이터 분석

2024.01.18

L2 MEV 디코딩: 정렬기 작업 흐름과 MEV 데이터 분석

L2 시퀀서와 MEV 상호작용에 대한 심층 분석을 통해 암호화 생태계에 미치는 영향력을 조명해 본다.

2024.01.18 - 08:45:50

Web3 심층 보도에 집중하고 흐름을 통찰

L2 시퀀서와 MEV 상호작용에 대한 심층 분석을 통해 암호화 생태계에 미치는 영향력을 조명해 본다.

글: Burce, Hildobby

편집: Lisa

* Dragonfly의 데이터 분석가 Hildobby에게 L2 MEV 데이터 지원에 감사드립니다.

L2 MEV 핵심 역할: 시퀀서(Sequencer)

L2 시퀀서는 이더리움 레이어 2 솔루션의 핵심 구성 요소로서 중요한 역할을 수행합니다. 그 주요 임무는 트랜잭션을 처리하여 ETH 메인체인 또는 오프체인 네트워크로 제출함으로써 전체 블록체인 생태계의 처리량과 효율성을 향상시키는 것입니다. 구체적으로 시퀀서는 이더리움 메인체인의 트랜잭션 풀(transaction pool)과 유사한 역할을 하지만, 보다 전문화된 방식과 범위로 작동합니다. 또한 L2 시퀀서는 애플리케이션 및 스마트 계약에 더 많은 운영 자유도를 제공하여 높은 가스 비용을 걱정하지 않고도 L2 레이어에서 보다 복잡한 로직과 계약을 구현할 수 있게 합니다.

시퀀서의 트랜잭션 처리 과정

1. 수집

시퀀서는 사용자로부터 트랜잭션 요청을 수신하며, 이러한 요청은 일반적으로 이더리움 트랜잭션 형식이지만 메인체인이 아닌 레이어 2 네트워크로 전송됩니다.

2. 검증

시퀀서는 트랜잭션을 검증하여 발신자가 해당 트랜잭션을 실행할 충분한 자금을 보유하고 있으며, L2 네트워크의 규칙을 준수하는지 확인합니다. 또한 사기 및 이중 지불을 방지하기 위해 트랜잭션의 유효성을 보장합니다.

3. 정렬

시퀀서는 트랜잭션을 일정한 규칙에 따라 순서를 정렬하여 올바른 순서로 실행되도록 하며, 잠재적인 트랜잭션 충돌을 방지합니다.

4. 제출

검증과 정렬을 마친 트랜잭션은 시퀀서에 의해 레이어 2 네트워크에 제출되어 실행될 수 있습니다. 이 과정에는 일반적으로 L2 스마트 계약과 상호작용하고 상태를 업데이트하며, L2 장부와 ETH 메인체인 장부 간의 동기화를 유지하는 작업이 포함됩니다.

다양한 L2 시퀀서의 정렬 규칙

Arbitrum의 정렬 규칙

MEV 문제를 최대한 피하기 위해 Arbitrum은 공개 메모리풀(mempool)을 두지 않으며 선착순(FCFS) 정렬 방식을 채택하여 먼저 제출된 트랜잭션이 더 빨리 처리되도록 합니다.

Optimism의 정렬 메커니즘

Optimism은 거래 처리의 이점과 불이익을 공평하게 분배하기 위해 MEV 경매(MEVA)라는 경매 기반 정렬 메커니즘을 도입했습니다. 또한 Bedrock 업그레이드 이후 Bedrock 시퀀서를 도입하여 MEVA와 함께 정렬을 수행합니다. Arbitrum과 유사하게 Bedrock 시퀀서는 자체적인 프라이빗 메모리풀을 보유하고 있습니다. MEVA는 아직 완전히 시행되지 않았지만 현재 계획에 따르면, MEVA 입찰에서 승리한 자는 제출된 트랜잭션의 재정렬과 자신의 트랜잭션 삽입 권한을 가지게 되며, 특정 트랜잭션을 N개 이상의 블록만큼 지연시킬 수는 없습니다. 즉, MEVA 승자의 MEV 수익은 제한됩니다.

기타 L2 솔루션들의 정렬 규칙

Arbitrum과 Optimism 외에도 zkSync, Loopring, Starknet 등 다양한 L2 솔루션이 있으며, 각각 다른 정렬 규칙을 채택하여 다양한 사용자와 애플리케이션의 요구를 충족하고 있습니다.

L2 내 MEV 추출

블록체인 세계에서 MEV(채굴자가 추출 가능한 가치)의 발생은 여러 요인이 복합적으로 작용한 결과입니다. 근본 원인은 사용자가 제출한 트랜잭션 정보가 네트워크 내에서 전파되고 실제 블록이 생성되는 사이에 불가피한 지연이 존재하기 때문입니다. 이 시간 차이는 노드들이 개입할 여지를 제공합니다. 탈중앙화 시스템의 본질상 서로 다른 노드들은 트랜잭션을 수신하는 순서와 시간이 다를 수 있으며, 이는 모든 노드가 동일한 순간에 동일한 상태를 유지한다는 것을 보장할 수 없다는 의미입니다. 이러한 불일치가 바로 MEV 발생의 조건을 만듭니다.

이더리움 메인넷에서는 MEV 추출이 이미 규모 있는 수익 창출 모델로 자리잡았습니다. MEV 공격자들은 일반적으로 메모리풀(Mempool) 내 트랜잭션 상황을 모니터링하며, 소위 '가스 경매(Gas Auction)'에 참여하거나 오프체인에서 뇌물을 지불해 자신의 트랜잭션이 우선 처리되도록 합니다. 이를 통해 미리 결정된 트랜잭션 순서를 이용해 이익을 얻습니다.

MEV 수익 확보 과정은 두 가지 핵심 단계로 나눌 수 있습니다. 첫째, 공격자는 수익성이 있는 잠재적 트랜잭션을 식별하고 MEV 추출을 위해 최적화된 트랜잭션 블록을 구성해야 합니다. 둘째, 특별히 구성된 이러한 트랜잭션들이 네트워크에 의해 수용되어 블록체인에 포함되도록 해야 합니다.

그러나 레이어 2(L2) 솔루션의 등장과 함께 MEV 추출 방식과 전략은 현저히 변화했습니다. 대부분의 L2 솔루션에서 시퀀서가 중심화되어 있기 때문에 기존의 레이어 1(L1)과 비교해 MEV 추출은 새로운 도전과 기회에 직면해 있습니다.

메모리풀이 없는 L2 솔루션의 경우, 트랜잭션 모니터링이 훨씬 더 어려워집니다. 이런 상황에서 시퀀서는 트랜잭션 처리 순서를 직접 결정하므로 더 큰 권한을 갖게 됩니다. 메모리풀이 없다는 것은 공격자가 L1 솔루션처럼 트랜잭션 풀을 모니터링해 순서를 조정할 수 없다는 의미이며, 이는 MEV 공격의 난이도를 크게 증가시킵니다.

중심화된 시퀀서가 관리하는 메모리풀이 존재하는 L2 솔루션에서는 가스 경매가 정렬에 미치는 영향도 감소합니다. 일부 L2는 아예 가스 경매를 없애기도 하여 게임의 규칙을 바꿉니다. 공격자는 트랜잭션의 정확한 순서를 결정할 수 없지만, 여전히 가스 수수료를 조정해 자신의 트랜잭션 위치에 영향을 주려 할 수 있습니다. 그러나 L1에 비해 이러한 전략의 성공률과 예측 가능성은 훨씬 낮습니다.

또한 일부 독립형 DApp은 자체적인 지역적 트랜잭션 메모리풀을 유지할 수 있습니다. 이러한 메모리풀은 공격자들이 모니터링할 수 있는 잠재적 대상이 되며, 공격자들은 해당 DApp 고유의 메모리풀을 이용해 MEV를 추출할 가능성이 있습니다.

Polygon처럼 가스 경매를 운영하는 L2 체인의 경우, 검증 노드(validator)의 참여가 완전히 열린(permissiveless) 것이 아닙니다. 이런 상황에서 공격자가 MEV 기회를 포착하면, 트랜잭션을 대량으로 제출하는 전략을 사용해 자신의 트랜잭션이 체인에 포함될 가능성을 높일 수 있습니다. 이 전략은 운과 낮은 트랜잭션 비용에 의존하는, 다소 불확실한 공격 방식입니다.

마지막으로, 공격자는 L1과 L2 사이 혹은 서로 다른 L2 솔루션들 간의 상호작용을 활용해 MEV를 추출할 수도 있습니다. 이는 공격자가 크로스체인 상태와 역학에 대해 깊은 이해와 분석 능력을 갖추고 있어야 함을 의미합니다.

L2 간 MEV 추출 공간의 차이

MEV 추출 공간은 서로 다른 L2 솔루션 사이에서 현저한 차이를 보입니다. 이러한 차이는 주로 L2의 시퀀서 규칙, 메모리풀 설계, 트랜잭션 수량 및 규모 등의 요인에 의해 결정됩니다. 일반적으로 L2 솔루션의 시퀀서 중심화 정도가 높을수록 MEV 추출 공간은 더욱 집중되며, 따라서 추출 기회는 상대적으로 적어집니다. 반면 메모리풀 설계가 개방적일수록 공격자에게 제공되는 공간이 커지고, 트랜잭션 모니터링과 순서 조작의 기회가 많아집니다.

동시에 L2 솔루션의 트랜잭션 수량과 규모 역시 MEV 추출 공간에 중요한 영향을 미칩니다. 트랜잭션 수량과 규모가 큰 L2는 MEV 추출 기회를 더 많이 제공합니다. 고트래픽 환경에서는 수익성 있는 트랜잭션이 많기 때문에 공격자가 이익을 추출할 기회도 많아지기 때문입니다. 반대로 트랜잭션 수량과 규모가 작은 L2의 경우 MEV 추출 공간이 상대적으로 작으며, 기회 자체가 적기 때문입니다.

L2 MEV 미래 해결책

블록체인 기술의 근본적인 문제 중 하나는 진정한 탈중앙화를 어떻게 실현할 것인지입니다. L2의 경우 이 문제의 핵심은 탈중앙화된 시퀀서(decentralized sequencer)의 구현이며, 이는 트랜잭션의 순서 결정 권한이 어떻게 배분되는지를 의미합니다. 이는 블록체인 시스템의 공정성, 보안성 및 기타 핵심 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. L2의 MEV 문제는 사실상 트랜잭션 정렬권에서 파생된 문제입니다. 현재 대부분의 L2는 중심화된 시퀀서를 사용하며, MEV 추출이 투명하지 않습니다. 잠재적인 해결 방향은 두 가지인데, 하나는 특정 메커니즘을 통해 시퀀서의 탈중앙화를 실현하는 것이며, 다른 하나는 정렬 권한을 제3자에게 위탁해 제3자가 정렬 방안을 구성하도록 하는 것입니다.

탈중앙화된 시퀀서

블록 공간 경매(Blockspace Auction): 경매를 통해 정렬권을 배분합니다. 이 메커니즘에서 참여자들은 특정 시간대의 블록 공간을 공개 입찰하며, 낙찰자는 해당 블록 공간의 정렬권을 갖게 됩니다. 이 방식의 장점은 투명성과 경쟁성으로, 참여자들이 더 합리적인 가격을 제시하도록 유도할 수 있습니다. 그러나 단점은 '낙찰자의 저주(winner's curse)'를 초래할 수 있다는 점이며, 낙찰자가 과도한 입찰로 인해 실제로는 손해를 볼 수 있습니다.
무작위 리더 선출(Random leader election): 특정 조건을 충족하는 참여자 풀에서 무작위로 리더를 선택해 정렬을 수행합니다. 예를 들어 32ETH를 스테이킹한 사용자들 중에서 선택하는 방식이며, Starknet의 무작위 추출 방법이 이에 해당합니다. 이 방법의 장점은 무작위성으로 인해 부당한 경쟁 가능성을 줄일 수 있다는 점이며, 단점은 참여자의 능력이나 기여도를 무시할 수 있고, 경쟁 부족으로 인해 효율성이 저하될 수 있다는 점입니다.
'작업 증명'(Proof-of-Work): 많은 잠재적 시퀀서들이 특정 블록 생성을 위해 경쟁하도록 하며, 가장 효율적이거나 빠른 경쟁자가 승리합니다. 이 방식의 장점은 기술 혁신과 효율적 운영을 장려한다는 점이며, 단점은 자원의 막대한 낭비를 초래할 수 있다는 점입니다.
경제적 경쟁(Economic competition): 다양한 참여자들이 경제적 효과를 극대화하기 위해 경쟁하는 방식입니다. 예를 들어 블록 수수료에 따라 블록 포함 순서를 결정하는 것으로, 매우 유연하며 MEV 재분배, MEV 경매 등 다양한 설계가 가능합니다. 개방된 경제 메커니즘을 통해 블록 구축을 장려합니다. 이 방식은 시장 활성화를 유도하지만,少数 실체가 경쟁 우위를 통해 정렬권을 독점할 가능성도 있습니다.
공정한 정렬(Fair Sequencing): 특정 알고리즘을 통해 트랜잭션을 직접 정렬하는 방식으로, 본질적으로 언어 및 네트워크입니다. 체인링크는 현재 이 방안을 현실에 적용하고 있으며, 공정한 정렬의 장점은 거래 순서 조정을 통한 MEV 추출 가능성을 근본적으로 제한한다는 점입니다. 그러나 단점은 DApp이 공정한 정렬 하에서 성능이 저하될 수 있고, 공정 정렬 규칙의 적용성이 낮다는 점입니다.

탈중앙화된 시퀀서의 구현은 공정성과 투명성을 촉진할 뿐 아니라 전체 시스템의 보안성도 향상시킬 수 있습니다. 그러나 동시에 자원 낭비와 시장 진입 장벽과 같은 일련의 도전 과제도 수반합니다. 미래를 바라보면 각 L2는 모두 탈중앙화된 시퀀서 방향으로 나아갈 것이지만, 현재 시점에서는 효율성과 비용을 고려해 대부분의 L2가 중심화된 시퀀서를 유지할 것으로 보입니다.

정렬권을 제3자에게 위탁

공유 시퀀서, 예를 들어 Espresso와 Astria. 이들은 정렬 서비스 제공에 집중하며, 특정 방식으로 정렬을 조직하고, 이 서비스를 이용하는 체인은 자체적으로 정렬 문제를 고민할 필요가 없습니다. 이 방식의 장점은 정렬 작업을 표준화하고 전문화할 수 있다는 점이며, 단점은 외부 의존성이 생겨 탈중앙화 수준에 영향을 줄 수 있다는 점입니다.
개인적인 관점에서 보면 공유 시퀀서 방식은 모듈화 사고방식이지만, 우리는 공용 블록체인 입장에서 블록 생성과 트랜잭션 정렬을 위한 실현 가능한 탈중앙화 방안과 메커니즘을 자체적으로 구축하는 것이 공용 블록체인 구축의 일부임을 고민해야 합니다. 모듈화의 부상과 함께 공유 시퀀서는 광범위하게 사용될 가능성이 있습니다.
크로스체인 MEV 경매를 조직해 간접적으로 정렬 서비스를 제공, 예를 들어 SUAVE. SUAVE는 실제로 하나의 체인으로, SUAVE 솔루션을 사용하는 것은 블록 생성과 메모리풀 서비스를 SUAVE에 외주하는 것입니다.
SUAVE의 특징은 다음과 같습니다. SUAVE 자체는 MEV를 포착하지 않으며(gas fee 제외), 서처(searcher, SUAVE에서 자신의 선호를 표현함)는 실행자(executor)가 자신의 트랜잭션 패키지(크로스체인 MEV 포함)를 수락하도록 요구함으로써 MEV를 추출합니다. 실행자 또한 서처의 MEV 일부를 획득할 수 있으며(가능한 한 많은 금액을 서처에게 돌려줌) 이 방식의 장점은 공개 시장을 통해 자원 배분을 최적화할 수 있다는 점이며, 단점은 시스템 복잡성을 증가시키고 탈중앙화 수준을 어느 정도 낮출 수 있다는 점입니다.
블록 생성을 L1에 외주, 즉 Based Rollup (예: Taiko).
L1은 이미 충분히 탈중앙화된 시스템을 구축했으며, 탈중앙화된 정렬 서비스를 제공할 능력을 갖추고 있습니다. Based Rollup의 MEV 추출 방식은 다음과 같습니다. MEV는 자연스럽게 부분적으로 이더리움으로 흘러가며, L1의 경제적 보안성을 강화합니다. L2의 서처(L2 트랜잭션 패키지 생성)와 L2의 빌더(예: mev-boost 실행 가능)도 일부 MEV를 분배받습니다. 만약 L2 서처가 이더리움 메모리풀, 기반 롤업의 메모리풀 및 두 체인의 상태를 모니터링한다면 크로스체인 MEV 가치도 포착할 수 있습니다. 이 방안은 실현 가능성이 높지만, 단점은 기존 솔루션을 넘어서는 한계가 없다는 점이며, 현재 아키텍처 하에서 이더리움의 MEV 추출 공간이 크기 때문에 정렬권을 L1에 넘기는 것은 MEV 생태계 개선에 도움이 되지 않습니다.

블록 제안 작업을 제3자에게 외주하는 것은 자원 최적화와 리스크 분산의 이점을 가져오지만, 동시에 탈중앙화에 잠재적 위협을 가할 수 있습니다.

L2 MEV 데이터

Dragonfly의 데이터 분석가 @hildobby가 제작한 dune 대시보드는 일부 L2의 MEV 데이터를 보여줍니다.

Polygon

Polygon에서는 샌드위치 공격이 상대적으로 드물며, 대부분의 시간 동안 1% 미만입니다. 올해 9월에는 약 2.3%의 정점을 기록했습니다. 거래량 기준으로 보면, 샌드위치 공격의 영향을 받는 거래량은 매우 낮습니다.

샌드위치 거래 비율

샌드위치 거래량

Polygon 네트워크에서 아비트리지 거래의 비중이 더 높으며, 거래량도 샌드위치 공격보다 훨씬 큽니다.

아비트리지 거래 비율

아비트리지 거래량

Arbitrum

2023년 이후 Arbitrum 블록 트랜잭션에서 샌드위치 공격의 비율은 충분히 낮은 수준까지 하락했습니다. 거래량 측면에서도 총 거래량은 수십억 달러이지만, 샌드위치 공격 관련 거래량은 수십만 달러에 불과하며 매우 작습니다. 이는 Arbitrum의 FIFO 트랜잭션 정렬 규칙과 관련이 있을 수 있습니다.

샌드위치 거래 비율

다른 체인들과 비교하면 Arbitrum의 아비트리지 거래 비율은 상대적으로 작습니다. 그러나 Arbitrum 내 샌드위치 거래와 비교하면 아비트리지 거래량은 여전히 훨씬 큽니다.

아비트리지 거래 비율

아비트리지 거래량

Optimism

Optimism의 경우 상황이 다릅니다. 블록 트랜잭션에서 샌드위치 공격 비율은 한때 62.7%까지 치솟았지만, bedrock 업그레이드로 EIP-1559와 유사한 가스 메커니즘이 도입되면서 점차 감소했습니다. 최근에는 샌드위치 공격 비율이 충분히 낮은 수준까지 하락했습니다. 거래량 측면에서도 샌드위치 공격 규모는 수천 달러 수준으로 줄었습니다.