💻 computer science

MEV-ACE: Identity-Authenticated Fair Ordering for Proposer-Controlled MEV Mitigation

Die Arbeit stellt MEV-ACE vor, ein fairer Ordnungsprotokoll für proposer-gesteuerte MEV-Minderung, das durch authentisierte wirtschaftliche Identitäten, verifizierbare Commit- und Open-Mechanismen sowie verzögerte Zufälligkeit die einseitige Willkür von Blockproduzenten bei Front-Running, Sandwich-Angriffen und Zensur eliminiert, ohne dabei auf Threshold-Decryption-Komitees zu verzichten oder die Single-Slot-Struktur zu verletzen.

Ursprüngliche Autoren: Jian Sheng Wang

Veröffentlicht 2026-04-10

📖 4 Min. Lesezeit☕ Kaffeepausen-Lektüre

CC BY 4.0

Ursprüngliche Autoren: Jian Sheng Wang

Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen

🎭 Das Problem: Der schlaue Theaterdirektor

Stell dir eine Blockchain wie ein riesiges, digitales Theater vor. Jeden Tag (in jedem „Slot") gibt es eine Vorstellung, bei der viele Zuschauer (Nutzer) ihre Tickets (Transaktionen) kaufen wollen, um auf die Bühne zu kommen.

Das Problem ist: Der Theaterdirektor (der Block-Produzent) hat die Macht, die Reihenfolge der Zuschauer zu bestimmen, bevor die Vorstellung beginnt.

Der Betrug: Der Direktor sieht alle Tickets im Vorfeld. Er kann seinen eigenen Freund (eine eigene Transaktion) einfach vor einen wichtigen Zuschauer schieben, um den besten Platz zu ergattern. Oder er kann den Zuschauer, der das teuerste Ticket hat, einfach ignorieren, damit er selbst den Gewinn kassiert.
Der Name dafür: Das nennt man MEV (Maximal Extractable Value). Es ist wie ein versteckte Steuer, die der Direktor von allen Zuschauern erpresst, während er selbst reich wird.

Bisherige Lösungen waren wie:

Verschlüsselte Briefe: Die Zuschauer schreiben ihre Tickets in verschlüsselte Briefe. Der Direktor kann sie nicht lesen, muss sie aber trotzdem sortieren. Nachteil: Man braucht eine vertrauenswürdige Gruppe von Helfern, die die Briefe erst am Ende öffnen. Wenn diese Helfer mit dem Direktor schummeln, ist alles futsch.
Dritte Sortier-Agenten: Man gibt die Tickets an einen externen Dienstleister. Nachteil: Man muss diesem Dienstleister blind vertrauen.

🛡️ Die Lösung: MEV-ACE (Der ehrliche Theater-Manager)

Das Paper stellt MEV-ACE vor. Das ist wie ein neues, unbestechliches Regelwerk für das Theater, das den Direktor zwingt, fair zu spielen, ohne dass man ihm vertrauen muss.

Es funktioniert in drei genialen Schritten:

1. Der Ausweis mit Pfand (Identität & Kaution)

Bevor jemand ein Ticket kaufen darf, muss er sich registrieren. Aber nicht nur mit einem Namen, sondern mit einem digitalen Ausweis, der an eine Kaution (Bond) gekoppelt ist.

Die Analogie: Stell dir vor, jeder Zuschauer muss 100 Euro auf ein Konto einzahlen, bevor er in die Warteschlange darf.
Warum? Wenn der Direktor versucht, tausende gefälschte Tickets von „Geister-Zuschauern" zu erstellen, um die Reihenfolge zu manipulieren, müsste er dafür riesige Summen an Kautionen hinterlegen. Wenn er schummelt, verliert er dieses Geld sofort. Das macht Betrug zu teuer.

2. Der „Stempel-Check" (Authentizität & Quittungen)

Wenn ein Zuschauer sein Ticket (seine Transaktion) abgibt, ist es noch nicht sicher. Es braucht Stempel von den Zuschauern im Publikum (den Validatoren).

Die Analogie: Ein Zuschauer reicht sein Ticket ein. Bevor es offiziell in die Liste kommt, müssen mindestens 2/3 der Zuschauer im Saal ein „Stempel" (eine digitale Quittung) darauf setzen.
Der Clou: Wenn der Direktor später behauptet: „Oh, dieses Ticket war gar nicht da!", kann jeder Zuschauer die Quittungen vorzeigen. Der Direktor kann das Ticket nicht einfach ignorieren, ohne dass es sofort auffällt. Es gibt einen beweisbaren Papierkorb, der zeigt, wer was gesehen hat.

3. Der Zeit-Raum (Verzögerte Zufälligkeit)

Das ist der wichtigste Trick. Sobald alle gültigen Tickets mit Stempeln gesammelt sind, wird die Reihenfolge nicht sofort festgelegt.

Die Analogie: Stell dir vor, die Reihenfolge wird durch einen riesigen, langsamen Sandkasten bestimmt. Man wirft alle Tickets in den Kasten. Aber der Sand fällt so langsam, dass der Direktor nicht weiß, welche Reihenfolge am Ende herauskommt, bevor er die Entscheidung getroffen hat.
Wie? Man nutzt eine mathematische Maschine (VDF), die Zeit braucht. Der Direktor muss warten, bis die Maschine fertig ist. Erst dann sieht er die Reihenfolge.
Das Ergebnis: Der Direktor kann nicht mehr sagen: „Ich sortiere erst, schaue mir an, wer gewonnen hat, und entscheide dann, wer reinkommt." Er muss sich vorher festlegen. Wenn er seine eigenen Tickets nicht rechtzeitig einreicht, verpasst er die Chance, weil er die Reihenfolge noch nicht kennt.

🚀 Was passiert am Ende?

Fairness: Sobald ein Ticket die Stempel (Quittungen) hat, muss es in die Vorstellung. Der Direktor kann es nicht mehr löschen.
Keine Vorhersage: Der Direktor weiß nicht, wo sein Ticket landen wird, bevor er es abgibt. Er kann also nicht mehr „Sandwich-Attacken" machen (einen Zuschauer einklemmen, um Geld zu verdienen).
Strafen: Wenn der Direktor versucht, die Regeln zu brechen (z. B. ein Ticket zu löschen, das Stempel hat), wird ihm seine Kaution abgezogen. Das Geld landet bei den ehrlichen Zuschauern.

🌟 Zusammenfassung in einem Satz

MEV-ACE verwandelt das chaotische Theater in ein System, in dem jeder Zuschauer einen Ausweis mit Kaution hat, jeder Eintrag von der Menge bestätigt wird, und die Reihenfolge erst durch eine langsame, unvorhersehbare Maschine festgelegt wird – so dass der Direktor keine Chance mehr hat, die Karten zu schummeln, ohne dabei sein eigenes Geld zu verlieren.

Es ist wie ein unbestechlicher Richter, der sicherstellt, dass der Gewinner der Lotterie wirklich zufällig bestimmt wird und nicht vom Lotterie-Veranstalter manipuliert werden kann.

1. Problemstellung

Maximal Extractable Value (MEV) stellt eine strukturelle Bedrohung für die Fairness von Blockchains dar. Da Block-Produzenten (Proposer) ausstehende Transaktionen im Klartext sehen und unilateral über deren Reihenfolge, Einbeziehung oder Zensur entscheiden können, entstehen folgende Angriffsvektoren:

Front-Running: Das Einfügen einer Transaktion vor einer Zieltransaktion, um Preisbewegungen zu nutzen.
Sandwich-Angriffe: Das Umklammern einer Zieltransaktion durch Kauf- und Verkaufsorders zur Extraktion von Slippage.
Zensur: Das selektive Auslassen von Transaktionen.

Bestehende Lösungsansätze wie Commit-Reveal-Schemata, Threshold-Encryption oder Proposer-Builder-Separation (PBS) weisen jedoch wesentliche Lücken auf:

Fehlende Authentifizierung: Es gibt keine native Prüfung, ob ein Commitment von einer registrierten, wirtschaftlich haftenden Identität stammt. Dies ermöglicht „Commitment-Stuffing" (das Erzeugen vieler kostengünstiger Commitments zur Verwässerung des Pools).
Fehlende Nachweisbarkeit: Es gibt keine übertragbaren Beweise (Receipts), die anderen Validatoren verifizieren, dass ein Proposer verpflichtet war, eine Transaktion einzuschließen. Dies ermöglicht „selektives Nicht-Öffnen" (Nur profitable Transaktionen werden enthüllt).
Latenz und Vertrauen: Threshold-Encryption erfordert vertrauenswürdige Komitees und führt zu Latenz.

2. Methodik: Das MEV-ACE-Protokoll

MEV-ACE ist ein Fair-Ordering-Protokoll, das innerhalb eines einzelnen Slots (Single-Slot) funktioniert und drei Kernmechanismen kombiniert, um die Willkür des Proposers zu eliminieren:

A. Registrierte Wirtschaftliche Identitäten (Identity-Authenticated Admissibility)

ACE-GF Framework: Nutzer leiten ihre Authentifizierungsschlüssel deterministisch aus einer „Root Entropy Value" (REV) ab. Dies ermöglicht kontextisolierte Schlüssel für MEV, ohne Seed-Speicherung zu benötigen.
On-Chain Registrierung: Nutzer registrieren eine Identität mit einem Pfand (Bond) ( $D_{stake}$ ).
Authentifizierung: Ein Commitment ist nur dann zulässig („admissible"), wenn es von einer registrierten Identität signiert ist und einen Schwellenwert an Validatoren-Empfangsbestätigungen (Receipts) erreicht hat. Dies verhindert das billige Erstellen von Fake-Identitäten (Sybil-Angriffe).

B. Authentifiziertes Commit/Open mit Schwellenwerten

Das Protokoll folgt einem dreistufigen Prozess innerhalb eines Slots:

Commit-Phase: Nutzer senden Hashes ihrer Transaktionen ( $c_i$ ) zusammen mit Signaturen. Validatoren prüfen die Signatur und das Pfand. Sobald ein Commitment $q_c$ gültige Validatoren-Empfangsbestätigungen (Receipts) sammelt, wird es als „zulässig" (admissible) festgeschrieben.
Order-Phase (Verzögerte Zufälligkeit): Erst nachdem die Menge der zulässigen Commitments feststeht, berechnet der Proposer eine Verifiable Delay Function (VDF). Das Ergebnis dieser VDF bestimmt die Permutation (Reihenfolge) der Transaktionen.
- Wichtig: Da die VDF eine sequenzielle Verzögerung erfordert, kann der Proposer die Reihenfolge nicht vorhersehen, bevor er die Commitments festlegt. Er kann also nicht basierend auf dem Inhalt entscheiden, welche Transaktionen er öffnen will.
Open-Phase: Nutzer enthüllen ihre Transaktionen. Validatoren prüfen, ob der Hash mit dem Commitment übereinstimmt. Auch hier werden Receipts ( $q_o$ ) gesammelt.

C. Nachweisbare Einschließung (Accountable Inclusion)

Omissions-Beweise: Wenn ein Proposer eine Transaktion mit gültigen Commit- und Open-Receipts ignoriert, kann jeder Teilnehmer einen „Omission Proof" vorlegen. Dieser besteht aus den gesammelten Receipts und beweist, dass die Transaktion im Block hätte sein müssen.
Strafen:
- Nicht-Öffnen: Wenn ein zulässiges Commitment nicht geöffnet wird, wird das Pfand des Nutzers teilweise gestrichen ( $\delta_{user}$ ).
- Proposer-Verstoß: Ein Proposer, der Transaktionen mit gültigen Receipts ausschließt oder die Reihenfolge manipuliert, riskiert den Verlust seines eigenen Bonds ( $\delta_{prod}$ ), da der Block als ungültig verworfen wird.

3. Schlüsselbeiträge

Formales Modell: Definition von „Order-Unpredictability" (Unvorhersehbarkeit der Reihenfolge), „Commitment Authenticity" (Echtheit der Commitments) und „Accountable Inclusion" (Verantwortliche Einschließung) in einem 3f+1 Validatormodell.
Protokoll-Design: Einführung von MEV-ACE, das ACE-GF für Identitäten, Schwellenwert-Receipts und VDFs kombiniert, ohne Threshold-Decryption-Komitees zu benötigen.
Sicherheitsbeweise:
- Unvorhersehbarkeit: Die Reihenfolge ist zufällig, sobald die Commitments feststehen, dank der VDF.
- Authentizität: Basierend auf EUF-CMA-Sicherheit der Signaturverfahren und Kollisionsresistenz von SHA-256.
- Wirtschaftliche Anreize: Es wird gezeigt, dass ehrliches Verhalten die beste Strategie für den Proposer ist, wenn die Pfandbeträge höher sind als der potenzielle Gewinn aus Manipulation.
Post-Quantum-Kompatibilität: Das System unterstützt Signaturen wie ML-DSA-44 (NIST FIPS 204), da ACE-GF kontextspezifische Schlüssel ableitet.

4. Ergebnisse und Sicherheitseigenschaften

Unter standardmäßigen kryptografischen Annahmen und korrekter Parametrisierung erfüllt MEV-ACE folgende Eigenschaften:

Eliminierung der Proposer-Willkür: Sobald eine Transaktion die Schwellenwerte für Commit- und Open-Receipts erreicht hat, kann der Proposer sie nicht mehr zensieren oder neu ordnen, ohne dass dies durch einen Omissions-Beweis nachweisbar ist und zu einer Strafe führt.
Resistenz gegen Commitment-Stuffing: Da jede Identität ein Pfand hinterlegen muss und pro Slot eine Limitierung ( $\ell$ ) gilt, sind Angriffe durch das Erzeugen vieler Fake-Identitäten wirtschaftlich unattraktiv.
Single-Slot-Struktur: Im Gegensatz zu mehrstufigen Commit-Reveal-Schemata kann der gesamte Prozess in einem einzigen Block-Slot abgeschlossen werden, sofern die Slot-Länge die VDF-Verzögerung und die Receipt-Sammlung zulässt.

5. Bedeutung und Implikationen

MEV-ACE adressiert die strukturellen Schwächen bestehender MEV-Minderungsansätze, indem es die Authentifizierung der Zulässigkeit (wer darf einreichen?) mit der Nachweisbarkeit der Einschließung (muss es ausgeführt werden?) verbindet.

Paradigmenwechsel: Statt sich auf externe Orakel oder vertrauenswürdige Komitees zu verlassen, verlagert MEV-ACE das Vertrauen auf kryptografisch verifizierbare Receipts und wirtschaftliche Sanktionen (Slashing) innerhalb des Konsensprotokolls.
Praktische Anwendbarkeit: Das Protokoll ist kompatibel mit bestehenden Blockchains (wie Ethereum), erfordert keine komplexe Infrastruktur für Entschlüsselung und bietet einen Weg, MEV durch Anreizstrukturen zu neutralisieren, anstatt es nur umzuverteilen (wie bei PBS).
Grenzen: Das Protokoll löst nur ordering-based MEV (Front-Running, Sandwich). Information-based MEV (z. B. Arbitrage basierend auf öffentlichen Oracle-Updates) bleibt weiterhin ein Problem und erfordert andere Lösungen wie Batch-Auktionen.

Zusammenfassend bietet MEV-ACE einen robusten Rahmen, bei dem Fairness nicht auf Vertrauen, sondern auf verifizierbaren Beweisen und wirtschaftlichen Kosten für böswilliges Verhalten basiert.