More to Extract: Discovering MEV by Token Contract Analysis

이 논문은 토큰 스마트 컨트랙트의 비표준 공급 제어 기능을 정적 분석하여 기존 연구가 간과했던 tMEV(토큰 기반 최대 추출 가능 가치) 를 발견하는 새로운 파이프라인을 제안하고, 이를 통해 이더리움에서 기존 MEV 활동보다 10 배 더 많은 수익을 창출할 수 있음을 실증합니다.

핵심

🍕 비유: "피자 가게와 마법 같은 피자"

블록체인 세계를 거대한 **피자 가게 (DEX)**와 **피자 (토큰)**가 오가는 시장이라고 상상해 보세요.

1. 기존 연구자들이 놓친 것: "피자 가게 메뉴만 봄"

기존의 '돈을 버는 탐정들 (MEV Searchers)'은 주로 **피자 가게의 메뉴판 (거래소 계약)**만 유심히 살폈습니다.

• "아, 이 가게는 피자를 많이 팔면 가격이 오르고, 적게 팔면 가격이 내려가네."
• 그래서 "내가 먼저 사서 비싸게 팔자" (샌드위치 공격) 같은 전략을 썼습니다.

하지만 그들은 **피자 공장 (토큰 계약)**이 어떻게 작동하는지는 전혀 보지 않았습니다.

2. 이 논문의 발견: "피자 공장의 마법"

이 논문은 **"피자 공장 자체에 마법이 숨어 있다"**고 말합니다.

• 마법 (TSC - 공급량 조절): 어떤 피자는 주문이 들어오면 공장에서 마법을 부려, 모든 사람이 가진 피자 조각의 크기를 자동으로 늘려주거나 줄여줍니다. (예: AMPL 토큰의 '리베이스' 기능)
• 가격의 착각 (PITEX - 가격 무감각): 그런데 이상하게도, 어떤 피자 가게는 내 피자 조각이 커졌다고 해서 피자 가격을 바꾸지 않습니다. "피자 조각이 2 배가 됐으니 가격은 그대로야!"라고 고정해 둔 것입니다.

3. 새로운 돈 버는 전략: "공장의 마법을 이용한 사기"

이 논문의 주인공 (탐정) 은 이 두 가지를 합쳐서 돈을 벌 수 있는 방법을 발견했습니다.

1. 준비: 탐정은 피자를 사서 가게에 둡니다.
2. 기회: 누군가 (피해자) 가 가게에서 피자를 사려고 합니다. 그 순간, 피자 공장이 마법을 부려 모든 사람의 피자 조각 크기를 2 배로 키웁니다.
3. 착각: 하지만 가게는 "가격은 그대로야"라고 합니다.
4. 수확: 탐정은 자신의 피자 조각이 2 배로 불어난 것을 이용해, 가격은 그대로인데 피자 2 배 분량을 다른 사람에게 팔아치웁니다.
5. 결과: 피해자는 아무것도 모른 채 거래를 끝내고, 탐정은 공짜로 피자 2 배 분량을 챙겨갑니다.

기존 탐정들은 "피자 가게 메뉴만 보고" 이 마법을 못 봤기 때문에, 이 돈은 그냥 공기 중으로 사라졌습니다. 이 논문은 **"공장의 마법 (토큰 계약)"**을 분석해서 그 숨겨진 돈을 찾아낸 것입니다.

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🛠️ 이 논문이 만든 도구들

이 논문의 연구자들은 이 기회를 찾기 위해 두 가지 도구를 만들었습니다.

1. tSCAN (공장 검사관):

   • 수천 개의 피자 공장 (토큰 계약서) 코드를 자동으로 읽어보며, **"여기 마법 (공급량 조절 기능) 이 숨어 있나?"**를 찾아내는 도구입니다.
   • 마치 공장 설비도를 보고 "이 기계는 작동하면 물량이 자동으로 2 배가 되네?"라고 찾아내는 역할입니다.

2. tSEARCH (돈 버는 로봇):

   • 공장 검사관이 찾아낸 마법 공장들과, 가격이 변하지 않는 가게들을 연결합니다.
   • 실시간으로 "누가 피자를 사려고 하나?"를 감시하다가, 마법 발동 타이밍을 맞춰서 최적의 거래 순서를 짜서 실행합니다.

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📊 얼마나 효과가 좋을까요?

• 기존 탐정 vs 이 논문: 이 논문의 로봇 (tSEARCH) 은 기존에 사람들이 발견하지 못했던 기회를 찾아내어, 기존보다 10 배나 더 많은 돈을 벌었습니다.
• 현실성: 이 도구는 실제로 이더리움 네트워크에서 작동할 수 있도록 만들어졌으며, 성능도 매우 가볍습니다.

⚠️ 왜 중요한가요? (윤리적 고려)

이 연구는 "돈을 더 많이 버는 법"을 알려주는 것 같지만, 실제로는 시스템의 약점을 찾아내어 더 안전하게 만드는 것입니다.

• 지금 당장 이 방법을 써서 공격할 수 있는 코드는 공개하지 않았습니다.
• 대신, "이런 마법 같은 토큰과 가격 고정 가게를 섞으면 위험할 수 있다"는 사실을 알려주어, 개발자들이 더 안전한 시스템을 만들 수 있도록 돕습니다.

💡 한 줄 요약

"기존 탐정들은 가게 메뉴만 봤지만, 우리는 피자 공장의 '자동 증식 마법'을 찾아내어, 가격이 변하지 않는 가게에서 그 마법을 이용해 숨겨진 보물을 캐내는 방법을 발견했습니다."

기술 요약

논문 요약: 토큰 스마트 컨트랙트 분석을 통한 MEV (최대 추출 가능 가치) 발견

이 논문은 기존 연구들이 주로 애플리케이션 계층 (DEX, 대출 프로토콜 등) 이나 공격자 컨트랙트에 집중했던 것과 달리, 토큰 스마트 컨트랙트 자체의 비표준적 공급 제어 (Supply Control) 메커니즘에서 발생하는 새로운 형태의 MEV, 즉 **tMEV (Token MEV)**를 발견하고 추출하는 방법을 제시합니다.

1. 문제 정의 (Problem)

• 기존 연구의 한계: 기존 MEV 발견 도구 (Nyx, Foray, DeFiTainter 등) 는 주로 표준 ERC-20 토큰 함수와 가격 민감도 (Price-sensitive) 를 가진 DEX 풀을 분석합니다. 이들은 토큰 레이어의 비표준적 로직 (예: AMPL 의 rebase 함수와 같은 공급량 조절) 이나 가격 무감응 (Price-insensitive) 풀과의 상호작용에서 발생하는 기회를 놓칩니다.
• 핵심 문제: 토큰 공급량이 변경될 때 (Supply Control), 해당 토큰을 보유하고 있는 거래자와 풀 (Pool) 의 잔고가 동시에 변하지만, 풀의 환전 가격이 그 변화에 반응하지 않는 (Price-insensitive) 상황이 발생합니다. 이러한 조건에서 샌드위치 공격이나 후행 공격 (Backrunning) 을 수행하면 기존에는 발견되지 않았던 막대한 수익을 얻을 수 있습니다.
• 실제 사례: AMPL 토큰의 rebase 함수는 모든 보유자의 잔고를 비례적으로 증가시킵니다. 만약 Uniswap V3 와 같은 가격 무감응 풀을 통해 거래한다면, rebase 이벤트 전후로 토큰을 교환하여 추가적인 토큰을 무상 (또는 저가) 으로 획득할 수 있습니다.

2. 방법론 (Methodology)

저자들은 tMEV 를 발견하고 추출하기 위해 tSCAN (정적 분석 도구) 과 tSEARCH (동적 검색자) 로 구성된 파이프라인을 제안합니다.

A. tSCAN (Token Supply Control Discovery)

• 목적: 토큰 스마트 컨트랙트 내에서 다수의 계정에 잔고를 동시에 업데이트하는 토큰 공급 제어 (TSC) 함수를 정적으로 식별합니다.
• 기술적 접근:
  • tSDG (Token System Dependency Graph) 구축: balanceOf 함수의 반환값을 루트로 하여, 컨트랙트 내의 제어 및 데이터 의존성을 역방향으로 추적합니다.
  • 경로 탐색: rebase, mint, burn 등 공급량을 변경하는 함수와 balanceOf 간의 데이터 흐름을 분석하여, 다중 계정 잔고 동기화 업데이트 (Type-2 TSC) 가 가능한 실행 경로 (tPath) 를 찾습니다.
  • 정적 제약 조건 생성: 발견된 TSC 함수를 기반으로 MEV 템플릿에 적용 가능한 정적 제약 조건을 생성합니다.

B. tSEARCH (MEV Searcher)

• 목적: 발견된 TSC 함수와 **가격 무감응 풀 (PITEX, Price-Insensitive Token Exchange)**을 결합하여 수익 가능한 트랜잭션 시퀀스를 생성합니다.
• PITEX 식별: 대출 프로토콜 (Aave 등), Uniswap V3/V4 의 특정 스왑 및 유동성 추가/제거 등 토큰 잔고 변화에 가격이 반응하지 않는 교환 메커니즘을 식별합니다.
• 동적 제약 조건 해결:
  1. 오프라인: tSCAN 의 결과를 바탕으로 MEV 템플릿 (예: D1+, B2+ 등) 을 정의하고 정적 제약 조건을 생성합니다.
  2. 온라인: 메모풀 (Mempool) 을 모니터링하여 미확인 트랜잭션 (특히 TSC 이벤트 발생) 을 포착합니다.
  3. 구체화 및 해결: 포착된 런타임 정보 (잔고, 가격 등) 로 정적 제약 조건을 구체화하고, Z3 솔버를 사용하여 최적의 MEV 트랜잭션 시퀀스를 계산하여 실행합니다.

3. 주요 기여 (Key Contributions)

1. 새로운 문제 영역 (TMEV) 정의: 비표준 토큰 공급 제어와 가격 무감응 교환의 조합에서 발생하는 MEV 를 공식적으로 정의하고 분석했습니다.
2. 새로운 접근법 (tSCAN & tSEARCH):
   • 토큰 레이어의 비표준 공급 제어 함수를 탐지하는 정적 분석 도구 tSCAN을 개발했습니다.
   • 이를 기반으로 실시간으로 수익 가능한 MEV 를 추출하는 검색자 tSEARCH를 구현했습니다.
3. 실제 데이터 기반 검증: 이더리움 메인넷 데이터를 재현 (Replay) 하여 기존 검색자들이 놓치고 있는 기회를 증명했습니다.

4. 평가 결과 (Results)

• 수익성: 제안된 tSEARCH 는 기존 이더리움 메인넷에서 관측된 MEV 활동 대비 약 10 배 더 많은 수익 ($2.28 백만 이상, 7,030 개의 풀 대상) 을 추출할 수 있음을 시뮬레이션으로 입증했습니다.
• TSC 토큰 발견: 수집된 22,279 개의 토큰 컨트랙트 중 5,434 개의 TSC 토큰을 식별했습니다. 이는 명시적 트리거 (함수 호출) 와 암시적 트리거 (블록체인 상태 변화) 를 포함합니다.
• 정확도:
  • 거짓 양성 (False Positive) 비율: 1.8% (53 개 중 1 개)
  • 거짓 음성 (False Negative) 비율: 0.40% (247 개 중 1 개)
  • 기존 도구 (Nyx 등) 는 이러한 TMEV 패턴을 탐지하지 못하거나 (False Negative), 잘못된 경고를 발생시킴 (False Positive) 을 확인했습니다.
• 성능: Slither 기반 프로토타입은 낮은 성능 오버헤드로 높은 효과를 보였습니다.

5. 의의 및 시사점 (Significance)

• 보안 및 리스크 인식: DeFi 생태계, 특히 가격 무감응 풀에 유동성을 제공하는 사용자에게 새로운 보안 위험을 경고합니다. 기존에 안전하다고 여겨지던 토큰 공급 조절 메커니즘이 의도치 않은 MEV 공격 경로를 열 수 있음을 보여줍니다.
• 연구 방향 전환: MEV 연구가 애플리케이션 레이어를 넘어 토큰 레이어의 비표준적 구현까지 확장되어야 함을 시사합니다.
• 책임 있는 공개: 연구팀은 발견된 취약점을 Uniswap 커뮤니티에 보고하고, 악용을 방지하기 위해 실제 공격 코드나 악성 아티팩트는 공개하지 않았습니다.

결론적으로, 이 논문은 스마트 컨트랙트의 계층적 구조 (토큰 vs 애플리케이션) 를 통합적으로 분석함으로써, 기존에는 발견되지 않았던 막대한 MEV 기회를 발굴하고, DeFi 프로토콜의 설계가 더 견고해야 함을 강조합니다.