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Position Paper: Denial-of-Service Against Multi-Round Transaction Simulation

이 논문은 이더리움 번들링 서비스의 고유한 다중 라운드 실행 모델을 악용하여 개발된 새로운 DoS 공격 기법을 제시하고, 이를 통해 번들링 서비스의 성공률을 높이고 빌더 수익을 감소시키며 블록 생산을 지연시키는 실험 결과와 대응 방안을 논의합니다.

원저자: Yuzhe Tang, Yibo Wang, Wanning Ding, Jiaqi Chen, Taesoo Kim

게시일 2026-04-24

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CC BY 4.0

원저자: Yuzhe Tang, Yibo Wang, Wanning Ding, Jiaqi Chen, Taesoo Kim

원본 논문은 CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

🏗️ 배경: 블록 빌더란 무엇일까요?

블록체인은 거대한 '장부'를 여러 사람이 함께 관리하는 시스템입니다. 여기서 블록 빌더는 매일매일 새로운 장부 페이지 (블록) 를 만들 준비를 하는 '편집자' 역할을 합니다.

사용자들이 보낸 수많은 거래 내역 (트랜잭션) 이 대기열 (메모풀) 에 쌓여 있습니다.
편집자는 이 중 어떤 거래를 먼저 페이지에 넣을지 정하고, 계산해서 최종 페이지를 완성합니다.
특히 Flashbots 같은 서비스는 'MEV(거래자 간 정보 차익)'를 노리는 전문 투자자들이 거래를 묶어서 (Bundles) 편집자에게 보내는 '특급 주문'을 처리해 줍니다.

⚔️ 문제: 기존 공격은 왜 실패했을까요?

과거에는 편집자를 혼란스럽게 하거나 지치게 만드는 공격 (DoS 공격) 이 있었습니다. 예를 들어, "너무 많은 거래를 보내서 컴퓨터를 멈추게 하겠다"거나 "계산이 복잡한 계약을 실행해서 자원을 다 써버리겠다"는 식이었습니다.

하지만 최근 편집자들은 **'다단계 시뮬레이션 (Multi-round Simulation)'**이라는 새로운 방식을 도입했습니다.

비유: 편집자가 최종 장부를 만들기 전, **"가상의 연습장"**에서 여러 번 시뮬레이션을 돌려봅니다.
- 1 차 연습: A 거래가 잘 될까?
- 2 차 연습: A 와 B 를 같이 넣으면 어떨까?
- ...
- 최종 결정: 진짜 장부에 넣을 거래를 확정합니다.

기존 공격자들은 이 연습장 (시뮬레이션) 과 실제 장부 (블록 생성) 의 차이를 이용하려 했습니다. 하지만 편집자가 "아, 이건 연습장이니까 계산하지 않고 넘어가자"라고 판단하면 공격은 실패했습니다. 마치 연습용 총알을 쏘는데, 상대방이 "연습 중이니까 피하지 않아도 돼"라고 생각해서 아무런 피해를 입지 않는 것과 같습니다.

💣 새로운 발견: "연쇄 반응"을 이용한 정교한 공격

이 논문은 기존 방식이 실패한 이유를 파악하고, 새롭고 교활한 공격법을 개발했습니다. 핵심은 **'거래 간의 숨은 연결고리 (Inter-transaction dependencies)'**를 이용하는 것입니다.

🎭 비유: "연쇄 폭탄"을 터뜨리는 사기극

이 공격은 다음과 같은 단계로 이루어집니다.

연습장에서는 조용히 행동하기 (Evasion):
공격자는 10 개의 거래를 준비합니다. 하지만 처음 9 개는 아주 평범하고 안전한 거래처럼 보입니다. 편집자가 1 차, 2 차... 9 차 연습을 할 때, 이 거래들은 "아, 그냥 평범한 거래구나"라고 생각하게 만들어 연습장에서는 아무런 문제도 일으키지 않습니다.
조건을 맞추기 (The Setup):
이 9 개의 거래는 모두 같은 '스마트 계약 (디지털 금고)'의 상태를 조금씩 바꿔놓습니다. 마치 금고의 비밀번호를 하나씩 맞춰가는 것과 같습니다.
최종 라운드에서 폭탄 터뜨리기 (The Payload):
이제 10 번째 거래가 들어옵니다. 이때는 이미 9 개의 거래로 인해 금고의 비밀번호가 모두 맞춰진 상태입니다. 10 번째 거래는 "비밀번호가 다 맞았으니, 이제 무거운 계산 (공격) 을 시작해!"라고 명령합니다.
- 중요한 점: 이 10 번째 거래는 **최종 결정 단계 (실제 블록 생성)**에서만 실행됩니다.
- 이때부터는 편집자가 "연습장이니까 무시하자"라고 할 수 없습니다. 진짜 장부를 만드는 중이기 때문입니다.
결과:
편집자는 10 번째 거래의 무거운 계산을 처리하느라 시간이 걸리고, 그 뒤를 이어오는 정상적인 거래들도 모두 지연됩니다. 마치 마지막 줄에 서 있는 사람이 무거운 가방을 들고 서서, 그 앞의 모든 사람들이 줄을 서서 기다리게 만드는 상황과 같습니다.

📉 피해와 결과

이 공격은 다음과 같은 피해를 줍니다.

수익 감소: 편집자가 처리할 수 있는 거래가 줄어들어 수익이 떨어집니다.
지연: 블록이 만들어지는 속도가 느려져 전체 시스템이 느려집니다.
공격 비용 절감: 공격자는 큰 돈을 들이지 않고도, 오직 '거래 순서'와 '상태 변화'만 이용해 편집자를 마비시킬 수 있습니다.

🛡️ 해결책: 어떻게 막을 수 있을까요?

저자들은 이 문제를 해결하기 위한 방어 전략을 제안했습니다. 하지만 **"완벽한 방어는 어렵다"**는 것을 인정합니다.

편집자가 모든 거래를 미리 완벽하게 검사하려면 시간이 너무 오래 걸려서 시스템이 느려질 수밖에 없습니다.
따라서 편집자와 공격자 사이의 **'게임'**이 계속될 것이며, 시스템 설계자가 이 균형을 어떻게 잡을지 고민해야 합니다.

💡 한 줄 요약

"기존의 거친 공격 (거래 폭격) 은 '연습장'에서 걸러졌지만, 이번 연구는 '연습장에서는 조용히 숨었다가, 진짜 장부를 만들 때만 폭탄을 터뜨리는' 정교한 연쇄 공격을 발견했습니다."

이 연구는 블록체인 시스템이 더 안전하고 공정하게 운영되기 위해, 이러한 새로운 공격 방식을 이해하고 대비해야 함을 경고하고 있습니다.

논문 요약: 다중 라운드 트랜잭션 시뮬레이션에 대한 서비스 거부 (DoS) 공격

1. 문제 정의 (Problem)

이 논문은 이더리움 (Ethereum) 블록 빌딩 생태계, 특히 Flashbots Bundles와 같은 트랜잭션 번들링 서비스 (Bundling Services) 를 대상으로 한 비대칭적 서비스 거부 (DoS) 공격의 취약점을 다룹니다.

배경: 블록 빌더 (Block Builders) 는 메모풀 (Mempool) 의 미확인 트랜잭션을 선택하여 블록을 구성하는 핵심 역할을 합니다. MEV(최대 추출 가능 가치) 검색자 (Searchers) 는 번들링 서비스를 통해 거래를 묶어 블록에 포함시킵니다.
현황: 기존 DoS 공격 연구는 주로 단일 라운드 (Single-round) 빌더 설계나 메모풀 혼잡, 계산 자원 고갈 등을 대상으로 했습니다.
핵심 문제: 최근 번들링 서비스는 수익 극대화와 실패 거래 필터링을 위해 다중 라운드 (Multi-round) 실행 모델을 도입했습니다. 기존 DoS 공격 기법들은 이 다중 라운드 구조를 고려하지 않아, 공격 트랜잭션이 사전 라운드 (Pre-rounds) 에서 무효화되거나 병렬 스레드에서 실행되어 실제 블록 생성에 영향을 주지 못하게 되어 효과가 떨어집니다.

2. 방법론 (Methodology)

저자들은 기존 공격의 한계를 극복하기 위해 **트랜잭션 간 의존성 (Inter-transaction Dependencies)**을 악용하는 새로운 DoS 공격 기법을 제안합니다.

공격 원리:
- 상태 의존성 활용: 공격자는 $n$ 개의 라운드가 있는 빌더를 대상으로, $(n-1)$ 개의 분기 조건 (Branch conditions) 으로 보호된 경로에 고비용 (Resource-exhaustive) 페이로드를 숨깁니다. 각 조건은 서로 다른 스마트 컨트랙트 상태 변수에 의존합니다.
- 트랜잭션 시퀀스: 공격자는 $n$ $n$ 개 이상의 트랜잭션을 제출합니다.
  1. 앞의 $(n-1)$ 개 트랜잭션은 컨텍스트를 설정하여 상태 변수를 변경합니다.
  2. 마지막 트랜잭션들이 이 상태 변화를 기반으로 고비용 페이로드를 실행합니다.
- 은닉성 (Evasiveness): 사전 라운드 (Pre-rounds) 에서는 트랜잭션이 정상적으로 실행되므로 (페이로드가 발동되지 않음) 빌더의 유효성 검사나 필터링을 우회합니다.
- 최종 타격: 최종 라운드 (Final round) 에서는 모든 트랜잭션이 직렬 (Serial) 로 실행되므로, 공격 트랜잭션의 지연이 후속 정상 트랜잭션의 지연으로 직접 이어집니다.
특징:
- 위험 없음 (Risk-free): 공격 트랜잭션이 실패하거나 가스 비용이 낭비되지 않도록 설계되었습니다.
- 저비용: 번들링 서비스의 '원자적 블록 포함 (Atomic block inclusion)' 기능을 악용하여 공격 비용을 최소화합니다.
- 기존 기법과의 차이: 기존 공격 (ConditionalExhaust, GhostTX 등) 이 독립적인 트랜잭션 시퀀스를 사용했다면, 이 공격은 공유 상태 (Shared State) 를 가진 상호 의존적 트랜잭션 시퀀스를 사용합니다.

3. 주요 기여 (Key Contributions)

새로운 보안 문제 제기: 단일 라운드 빌더가 아닌 다중 라운드 블록 빌더의 DoS 보안 취약점을 최초로 규명했습니다.
혁신적인 공격 기법 개발: 기존 문헌에서 다루지 않았던 '라운드 간 트랜잭션 의존성'을 악용한 저비용, 고은닉성 DoS 공격 시리즈를 제시했습니다.
실제 환경 검증: Flashbots 의 오픈소스 번들링 서비스를 대상으로 실제 공격을 수행하여 그 유효성을 입증했습니다.
대응 방안 제안: 식별된 위험에 대한 완화 전략 (Mitigation strategies) 을 제안하고, 유한 라운드 빌더를 DoS 공격으로부터 보호하는 데 근본적인 어려움이 있음을 지적했습니다.

4. 실험 결과 (Results)

실험을 통해 제안된 공격 기법이 다음과 같은 효과를 입증했습니다:

높은 성공률: 공격이 다중 라운드 빌더 환경에서 매우 높은 성공률을 보였습니다.
빌더 수익 감소: 블록 빌더의 수익을 현저히 감소시켰습니다.
블록 생성 지연: 블록 생성 속도를 늦추어 네트워크 전체의 처리 능력을 저하시켰습니다.
비용 효율성: 공격자는 적은 자본과 운영 비용으로 막대한 피해를 입힐 수 있었습니다.

5. 의의 (Significance)

블록체인 보안의 새로운 지평: 이 연구는 블록 빌딩 프로세스의 내부 설계 (특히 다중 라운드 시뮬레이션) 가 보안에 미치는 영향을 처음으로 심층 분석했습니다.
MEV 생태계의 취약성 노출: MEV 검색자와 블록 빌더 간의 신뢰 기반 시스템이 어떻게 악용될 수 있는지 보여주며, MEV 시장의 공정성과 탈중앙화 위험을 경고합니다.
방어 체계의 재고 필요: 기존 가스 메커니즘이나 RPC 검사 API 만으로는 이러한 상태 의존성 기반 공격을 방어하기 어렵다는 점을 지적하여, 차세대 블록 빌더 설계 시 새로운 방어 메커니즘 (예: 라운드 간 상태 변경 추적, 동적 가스 제한 등) 이 필요함을 시사합니다.

결론적으로, 이 논문은 이더리움 생태계의 핵심 인프라인 번들링 서비스가 다중 라운드 실행 모델을 도입함으로써 오히려 새로운 형태의 DoS 공격에 노출될 수 있음을 보여주며, 트랜잭션 간 상태 의존성을 악용한 정교한 공격 기법의 위험성을 경고하고 있습니다.