SoK: The Evolution of Maximal Extractable Value, From Miners to Cross-Chain

이 논문은 블록체인의 최대 추출 가치 (MEV) 가 채굴자 추출 가치 (Miner Extractable Value) 에서 시작해 단일 도메인을 넘어 크로스체인 영역으로 진화해 온 세 가지 시대별 역사적 흐름을 체계적으로 분석하고, 이를 분류하여 완화 방안과 향후 연구 과제를 제시합니다.

핵심

🏁 핵심 비유: 초고속 경마장 (블록체인)

블록체인은 매일 수만 명의 경주마 (거래) 가 달리는 거대한 경마장입니다.

• 광부/검증자 (Miner/Validator): 경마장의 심판이자 트랙을 관리하는 사람입니다. "누구의 경주마를 먼저 통과시킬지" 순서를 정할 수 있는 권한이 있습니다.
• 거래 (Transaction): 경주마들이 달리는 것.
• MEV (최대 추출 가치): 심판이 순서를 마음대로 바꿀 때 얻을 수 있는 보너스 돈입니다.

예를 들어, A 가 "치킨 1 마리 1 만 원"에 사려는 주문을 넣었는데, 심판이 그 주문을 먼저 처리해 가격을 1 만 5 천 원으로 올린 뒤, B 가 그 비싼 가격에 사게 만든다면? 심판은 그 차액인 5 천 원을 챙길 수 있습니다. 이것이 바로 MEV 입니다.

이 논문은 이 '심판의 보너스'가 어떻게 변해왔는지 3 개의 시대 (Era) 로 나누어 설명합니다.

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📜 시대별 이야기

1 기: 광부의 독점 시대 (2014 년 ~ 2020 년)

"누가 먼저 보나? 공개된 게시판의 전쟁"

• 상황: 경마장의 게시판 (메모풀) 이 모두에게 공개되어 있었습니다. 누구든 "A 가 치킨을 사려 한다"는 글을 볼 수 있었습니다.
• 전쟁: cunning한 봇 (로봇) 들이 게시판을 훑어보다가, A 가 주문하기 직전에 자신의 주문을 먼저 넣거나, A 의 주문 뒤에 바로 붙여서 가격을 조작했습니다.
• 결과: 심판 (광부) 들이 이 봇들에게 "내 주문을 먼저 넣어줘"라고 **수수료 (가스비)**를 더 많이 주는 경매를 벌였습니다.
• 비유: 경마장 입구에 "누가 먼저 치킨을 사는지" 적힌 게시판이 있어, 모든 사람이 그걸 보고 치킨 가격을 조작하는 장난을 치는 상황입니다. 이때는 '광부'가 이 돈을 다 챙겼다고 해서 **Miner Extractable Value (광부가 뽑아내는 가치)**라고 불렀습니다.

2 기: 산업화 시대 (2020 년 ~ 2024 년)

"전문가들의 공장, 그리고 비밀 회랑"

• 변화: 이제 경마장이 너무 커져서 일반인 (검증자) 이 직접 모든 주문을 처리하기 힘들어졌습니다. 대신 **'빌더 (Builder)'**라는 전문 공장이 생겼습니다.
• 새로운 시스템 (PBS): 심판은 더 이상 직접 경주마를 고르지 않습니다. 대신 여러 공장에서 만든 '최고의 경주 라인업'을 보고 가장 비싼 것을 고르기만 합니다.
• 비밀 회랑: 이제 봇들은 공개 게시판에 주문을 올리지 않습니다. 대신 'Flashbots'라는 비밀 회랑을 통해 심판에게 직접 주문을 전달합니다. 공개 게시판에 올리면 다른 봇들이 먼저 가져갈까 봐 두려워서입니다.
• 결과: 이 돈은 이제 광부뿐만 아니라, 공장을 운영하는 '빌더'와 '중개인 (Relay)'들이 나눠 갖게 되었습니다. 이름도 **Maximal Extractable Value (최대 추출 가치)**로 바뀌어, 누구든 순서를 조절할 수 있는 사람이라면 다 돈을 벌 수 있다는 뜻이 되었습니다.
• 비유: 치킨 가게가 너무 바빠지자, 전문 '주문 정리 회사'가 생겼습니다. 고객들은 공개 게시판 대신 이 회사에 비밀로 주문을 넣습니다. 이 회사들이 심판에게 "제 주문을 먼저 처리해 주세요"라고 가장 비싼 값을 치르고 거래합니다.

3 기: 초국적 시대 (2024 년 ~ 현재)

"다른 나라 경마장까지 연결된 거대한 네트워크"

• 상황: 이제 경마장이 하나만 있는 게 아닙니다. Ethereum(메인 경마장), Arbitrum, Optimism(서브 경마장) 등 여러 개의 경마장이 생겼고, 이들을 연결하는 **다리 (Bridge)**도 생겼습니다.
• 새로운 전쟁: 봇들은 이제 한 경마장 안에서만 돈을 벌지 않습니다. "A 경마장의 치킨이 싸고, B 경마장의 치킨이 비싸다"면, A 에서 사서 B 로 가져와서 파는 작업을 합니다.
• 문제: 이 과정은 시간이 걸립니다. A 에서 사서 B 로 보내는 동안, 다른 봇이 그 사이를 비집고 들어와 돈을 가져갈 수 있습니다.
• 특이점: 서브 경마장 (Layer 2) 에는 공개 게시판이 없습니다. 그래서 봇들은 "아마도 지금 치킨이 싸지 않을까?"라고 예상해서 주문을 무작정 쏟아붓습니다 (Speculative MEV). 실패하면 주문이 취소되지만, 성공하면 큰돈을 번다는 식입니다.
• 비유: 서울의 치킨이 싸고 부산의 치킨이 비싸다면, 서울에서 사서 부산으로 트럭을 타고 가져와 파는 것입니다. 하지만 트럭이 가는 동안 다른 도둑이 트럭을 털거나, 미리 부산에 가서 팔아치울 수도 있습니다. 이제 이 돈은 '심판'뿐만 아니라 '다리 관리자', '트럭 기사' 등 여러 사람이 나눠 갖게 됩니다.

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🛡️ 우리는 어떻게 막을 수 있을까? (해결책)

이 논문은 이 전쟁을 막기 위한 여러 가지 아이디어도 소개합니다.

1. 비밀 편지 (암호화): 주문 내용을 공개 게시판에 올리지 않고, 암호화된 편지로 심판에게만 보냅니다. (하지만 해독하는 데 시간이 걸려서 느려집니다.)
2. 한 번에 정산 (Batch Auction): "10 분 동안 주문을 다 모아서, 10 분 뒤에 한꺼번에 같은 가격에 처리하자"는 방식입니다. 이렇게 하면 누가 먼저 넣었는지 중요하지 않게 됩니다.
3. 의도 기반 거래 (Intents): "나는 1 만 원짜리 치킨을 사고 싶어"라고 말만 하면, 봇들이 "어디서 제일 싸게 구할지" 알아서 찾아와서 처리해 줍니다. 사용자가 직접 주문을 넣지 않아도 되므로 조작을 당할 확률이 줄어듭니다.

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💡 결론: 이 논문이 우리에게 말해주는 것

이 논문은 **"블록체인의 돈의 흐름이 어떻게 변해왔는지"**를 정리했습니다.

• 과거: 광부가 공개된 시장에서 돈을 챙김.
• 현재: 전문 공장들이 비밀 회랑을 통해 돈을 나누어 가짐.
• 미래: 여러 나라 (체인) 를 연결하는 거대한 네트워크에서, 여러 사람이 협력하거나 경쟁하며 돈을 벌게 됨.

이제 문제는 더 이상 "한 명의 나쁜 심판"이 아니라, 전체 시스템의 설계와 여러 경마장을 연결하는 다리의 안전성에 달려 있습니다. 이 복잡한 전쟁을 이해하고, 공정한 규칙을 만들지 않으면, 일반인 (사용자) 은 계속 돈을 잃게 될 것입니다.

이 논문은 바로 그 공정한 규칙을 만들기 위한 지도를 제공하려는 것입니다.

기술 요약

논문 요약: 블록체인의 최대 추출 가치 (MEV) 진화, 채굴자에서 크로스체인까지

이 논문은 블록체인 시스템 내 최대 추출 가치 (Maximal Extractable Value, MEV) 의 개념적, 기술적, 인프라적 진화를 역사적 관점에서 체계화 (Systematization of Knowledge, SoK) 한 연구입니다. 저자들은 MEV 관련 산발적인 문헌을 통합된 연대기적 프레임워크로 재구성하여, 단일 체인에서의 MEV 가 어떻게 다중 도메인 (Cross-Chain) 환경으로 확장되었는지를 분석하고, 이에 따른 대응 방안과 향후 연구 과제를 제시합니다.

1. 문제 정의 (Problem)

• MEV 의 복잡성 증가: MEV 는 블록 생성자가 트랜잭션 순서를 제어함으로써 얻을 수 있는 이익을 의미합니다. 초기에는 작업 증명 (PoW) 기반의 이더리움에서 채굴자가 트랜잭션 순서를 조작하여 얻는 '채굴자 추출 가치 (Miner Extractable Value)'로 인식되었으나, 지분 증명 (PoS) 전환, 레이어 2 (L2) 롤업의 등장, 그리고 크로스체인 브리지의 활성화와 함께 그 범위가 급격히 확장되었습니다.
• 문헌의 단편화: MEV 연구는 암호학, 분산 시스템, 금융 경제학 등 다양한 분야에서 이루어지고 있으나, 용어 정의가 불일치하고 연구 결과가 파편화되어 있어 전체적인 그림을 파악하기 어렵습니다.
• 크로스체인 환경의 새로운 위협: 단일 체인 내에서의 MEV 는 이제 여러 블록체인, 브리지, 시퀀서 (Sequencer) 간에 조율된 행위를 통해 추출되는 '크로스 도메인 MEV'로 진화했습니다. 이는 기존 단일 체인 기반의 방어 메커니즘으로는 대응하기 어려운 새로운 보안 및 중앙화 리스크를 초래합니다.
• 측정의 어려움: 잠재적 MEV (이론상 최대치) 와 실현된 MEV (실제 추출된 가치) 를 구분하고, 이질적인 데이터 소스 (다양한 체인과 브리지) 간 트랜잭션을 상관관계 분석하여 크로스체인 MEV 를 정확히 측정하는 방법론이 부재합니다.

2. 방법론 (Methodology)

저자들은 MEV 의 진화를 세 가지 시대 (Era) 로 구분하여 연대기적 분석을 수행했습니다.

• 시대 I (2014 년 8 월 ~ 2020 년 8 월): Miner Extractable Value (MEV) 의 태동
  • 배경: PoW 기반 이더리움과 공개된 메모풀 (Mempool) 환경.
  • 주요 사건: pmcgoohan 의 경고 (2014), Flash Boys 2.0 논문 (2019), "Dark Forest" 인식 (2020).
  • 분석 초점: 우선순위 가스 경매 (PGA), 프론트러닝, 샌드위치 공격, 타임밴디트 공격 등 채굴자 중심의 추출 메커니즘과 합의 안정성에 대한 위협 분석.
• 시대 II (2020 년 8 월 ~ 2024 년 4 월): Maximal Extractable Value 로의 일반화 및 산업화
  • 배경: 이더리움의 PoS 전환 (The Merge), MEV-Boost 도입, Proposer-Builder Separation (PBS), 레이어 2 의 성장.
  • 주요 사건: Flashbots 의 등장, 사적 트랜잭션 채널 (Private Order Flow) 의 확산, CEX-DEX 아비트라지.
  • 분석 초점: '채굴자'에서 '최대 (Maximal)'로 개념 확장, 실현된 추출 가치 (REV) 의 측정, PBS 공급망 (Searcher-Builder-Relay-Proposer) 구조 분석, 비원자적 (Non-atomic) MEV 연구.
• 시대 III (2024 년 4 월 ~ 현재): 크로스체인 MEV (Cross-Chain MEV)
  • 배경: 레이어 2 롤업 간 상호작용, 브리지 프로토콜, 이질적인 도메인 간 조율.
  • 주요 사건: Torres et al. 의 "Rolling in the Shadows" (L2 MEV 분석), Oz et al. 의 대규모 크로스체인 아비트라지 연구.
  • 분석 초점: 시퀀서 간 조율, SIA(Sequence-Independent) 와 SDA(Sequence-Dependent) 아비트라지, 크로스레이어 샌드위치 공격, 브리지 보안과 MEV 의 상호작용.

체계화 프레임워크:

• 시간 축: 위 3 개의 시대 구분.
• 개념 축:
  • 잠재적 vs. 실현된 MEV: 이론적 최대치와 실제 추출된 가치의 차이.
  • 단일 도메인 vs. 크로스 도메인 MEV: 단일 블록체인 내에서의 추출 vs. 여러 체인/시스템 간 조율을 통한 추출.

3. 주요 기여 (Key Contributions)

1. 통합된 연대기적 프레임워크 제시: MEV 연구의 역사적 흐름을 3 개의 시대로 명확히 구분하고, 각 시대 간의 인과 관계 (어떤 도구가 다음 시대의 혁신을 촉발했는지) 를 규명했습니다.
2. 통일된 용어 및 분류 체계 (Taxonomy) 정립:
   • 도메인 (Domain) 과 시퀀서 (Sequencer): L1, L2, CEX, 브리지 등 다양한 시스템의 순서 결정 권한을 가진 주체를 정의.
   • 전략 분류: 프론트러닝/백러닝 원리, 원자성 (Atomic/Non-atomic), 도메인 범위 (단일/크로스) 에 따른 전략 분류 (예: 샌드위치, JIT 유동성, 타임밴디트, 크로스체인 아비트라지).
   • 새로운 용어 제안: '실현된 크로스체인 추출 가치 (Realized Cross-Chain Extractable Value, RC-MEV)' 등.
3. 실증 데이터 및 측정 결과 종합:
   • 단일 체인 및 크로스체인 아비트라지의 규모 (수십억 달러 규모), 수익 분포, 실패율, 지연 시간 (Latency) 등에 대한 기존 연구들의 실증 데이터를 통합 분석.
   • 특히 L2 환경에서의 '추측성 MEV (Speculative/Optimistic MEV)'가 네트워크 스팸을 유발한다는 점을 지적.
4. 방어 메커니즘 및 설계 공간 분석: 각 시대에 대응하여 등장한 완화 방안 (Commit-Reveal, 암호화된 메모풀, PBS, 공유 시퀀서, 의도 기반 프로토콜 등) 을 체계화하고, 그 한계와 트레이드오프를 분석.
5. 연구 의제 (Research Agenda) 제시: 표준화된 측정 지표, 크로스 도메인 탐지 알고리즘, 시퀀서 인센티브 모델, 복지 분석, 브리지 보안, 규제적 함의 등 향후 해결해야 할 과제를 제시.

4. 주요 결과 및 발견 (Key Results & Findings)

• 경제적 규모: MEV 는 단순한 기술적 현상을 넘어 수백억 달러 규모의 산업으로 성장했습니다. (예: CEX-DEX 아비트라지만 19 개월 동안 2 억 3,380 만 달러 추출).
• 인프라의 진화:
  • Era I: 공개 메모풀과 가스 경매 (PGA) 기반의 단순 경쟁.
  • Era II: Flashbots 를 통한 사적 채널화, PBS 로 인한 블록 생성 프로세스의 공급망화 (Builder-Relay-Proposer). 이로 인해 MEV 수익의 상당 부분이 소수의 빌더와 검증자에게 집중되는 중앙화 리스크 발생.
  • Era III: 크로스체인 환경에서 MEV 는 브리지와 시퀀서 간의 조율에 의존. SIA(Sequence-Independent Arbitrage) 는 자산을 미리 여러 체인에 배치하여 순서 의존성이 없으나, SDA(Sequence-Dependent Arbitrage) 는 브리지를 통한 자산 이동이 필요해 지연 시간과 실패 위험이 큼.
• L2 의 특수성: L2 롤업은 공개 메모풀이 없어 전통적인 프론트러닝이 어렵지만, 대신 추측성 MEV (Optimistic MEV) 가 대두됨. 봇들이 성공 확률이 낮은 트랜잭션을 대량으로 제출하여 (스팸) 기회를 포착하는 방식으로, 이는 네트워크 혼잡을 유발하면서도 낮은 수수료로 인해 경제적으로 타당함.
• 크로스레이어 공격: L1 에서 L2 로 전송되는 트랜잭션을 브리지를 통해 감지하고, L2 시퀀서의 지연 시간을 이용해 샌드위치 공격을 수행하는 새로운 공격 벡터가 발견됨 (실제 테스트넷에서 약 200 만 달러의 잠재적 수익 확인).
• 중앙화 압력: 크로스체인 MEV 를 최대화하기 위해 여러 도메인의 시퀀서를 통제하려는 압력이 커지며, 이는 생태계의 탈중앙화를 위협함.

5. 의의 및 중요성 (Significance)

• 학문적 기여: MEV 연구가 분산되어 있던 다양한 분야를 하나의 통합된 프레임워크로 묶어, 연구자들이 현재 MEV 의 위치와 미래 방향성을 명확히 이해할 수 있는 기반을 마련했습니다.
• 실무적 함의:
  • 프로토콜 설계자: PBS, 공유 시퀀서, 의도 기반 (Intent-based) 프로토콜 설계 시 MEV 의 영향을 고려해야 함을 강조.
  • 규제 기관: MEV 가 시장 조작, 불공정 거래, 투자자 보호에 미치는 영향을 평가하기 위한 새로운 기준이 필요함을 지적.
  • 보안 전문가: 브리지와 크로스체인 인프라가 MEV 추출의 새로운 취약점이 될 수 있음을 경고.
• 미래 지향성: 블록체인의 복잡성이 증가함에 따라, 단일 체인을 넘어선 '다중 도메인 생태계' 전체를 분석의 단위로 삼아야 함을 강조합니다. 이는 탈중앙화, 공정성, 보안이라는 블록체인의 핵심 가치를 달성하기 위해 필수적인 과제입니다.

이 논문은 MEV 가 단순한 '버그'가 아니라 블록체인 경제 시스템의 구조적 특성임을 인정하고, 이를 관리하고 완화하기 위한 기술적, 제도적 진화가 지속적으로 필요함을 강력하게 주장합니다.