💻 computer science

Slow and Steady: Preventing MEV with Verifiable Delays

Dit artikel stelt een verdedigingsmechanisme voor tegen Maximal Extractable Value (MEV) in gedistribueerde grootboeken door verifieerbare vertragingen op transactiegeneratie af te dwingen, waarbij de effectiviteit ervan in zowel Byzantijnse als speltheoretische modellen wordt aangetoond terwijl de theoretische beperkingen en praktische haalbaarheid op basis van historische gegevens worden geschetst.

Oorspronkelijke auteurs: Zeta Avarikioti, Dimitris Karakostas, Karl Kreder, Shreekara Shastry

Gepubliceerd 2026-08-14

📖 5 min leestijd🧠 Diepgaand

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Zeta Avarikioti, Dimitris Karakostas, Karl Kreder, Shreekara Shastry

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Stel je een wereld voor waarin digitaal geld niet alleen cijfers op een bankrekening zijn, maar een gigantisch, publiek grootboek dat iedereen kan inzien en bijwerken. Dit is de wereld van blockchain, de technologie achter cryptovaluta zoals Bitcoin en Ethereum. Denk aan het als een massaal, gedeeld schrift waarin elke transactie wordt opgeschreven in een nieuwe "block" aan pagina's. Om dit schrift eerlijk te houden, nemen een speciale groep mensen (of computers) genaamd "block creators" om de beurt het schrijven van deze nieuwe pagina's op zich. Zij zijn de scheidsrechters van het spel.

Echter, in deze hogesnelheidsrace in de digitale wereld is een sluipend probleem ontstaan genaamd MEV, of Maximal Extractable Value. Stel je een race voor waarbij de persoon die de baan aflegt (de block creator) de plannen van de hardlopers kan bekijken voordat ze starten. Als de scheidsrechter ziet dat een hardloper op het punt staat een zeldzaam item te kopen, kan de scheidsrechter ingrijpen, het item eerst kopen en het vervolgens aan de hardloper verkopen voor een hogere prijs, waarbij hij het verschil in eigen zak steekt. In de blockchainwereld betekent dit dat de persoon die de block schrijft, transacties kan herschikken om snel winst te maken, vaak ten koste van gewone gebruikers. Het is alsof de scheidsrechter het spel manipuleert om een weddenschap aan de zijlijn te winnen. De grote vraag voor wetenschappers en ontwikkelaars is: Hoe stoppen we de scheidsrechter met het manipuleren van het spel zonder het hele spel tot een kruipend tempo te vertragen?

Dit artikel, getiteld "Slow and Steady: Preventing MEV with Verifiable Delays", stelt een slimme oplossing voor die geïnspireerd is op de oude fabel van de Schildpad en de Haas. De auteurs, Zeta Avarikioti en haar team, suggereren dat het vertragen van de zaken soms precies is wat je nodig hebt om te winnen. Ze introduceren een mechanisme dat een "verifieerbare vertraging" oplegt aan elke transactie. Denk aan het als een magische zandloper die een gebruiker moet omdraaien voordat zijn transactie geaccepteerd kan worden. Deze zandloper heeft een ingestelde tijd nodig om uit te lopen, en cruciaal is dat niemand het kan versnellen, zelfs niet met een supercomputer.

Zo werkt de magie: Wanneer een gebruiker een transactie wil verzenden, roept hij deze niet gewoon naar het netwerk. In plaats daarvan plaatst hij de transactie eerst in een "geblokte doos" (een cryptografische commitment) en laat hij deze vervolgens door een speciale puzzel lopen die een Verifiable Delay Function (VDF) wordt genoemd. Deze puzzel is zo ontworend dat het een specifieke tijd kost om op te lossen—bijvoorbeeld 30 minuten—en er is geen manier om dit sneller op te lossen, ongeacht hoeveel computers je ertegenaan gooit. Pas nadat de puzzel is opgelost, kan de transactie worden onthuld en aan de blockchain worden toegevoegd.

Het artikel vindt dat deze vertraging een krachtig schild creëert tegen MEV. Hier is de logica: Als een block creator een transactie ziet die eruitziet als een winstmogelijkheid (zoals een kans om een gebruiker te "sandwichen"), zou hij normaal gesproken proberen in te springen en de volgorde te veranderen om de winst te stelen. Maar met dit nieuwe systeem, tegen de tijd dat de block creator de kans ziet en probeert een nieuwe block te bouwen om de exploitatie uit te voeren, is de oorspronkelijke transactie al vastgelegd en voltooid vanwege de verplichte vertraging. De block creator is te traag om te reageren. Het artikel bewijst wiskundig dat als de vertraging langer is ingesteld dan de tijd die een transactie normaal gesproken nodig heeft om bevestigd te worden, de "rigger" simpelweg niet kan winnen.

De auteurs keken ook naar de "speltheorie"-kant van de zaak, met de vraag of rationele mensen nog steeds zouden proberen het spel te manipuleren. Ze kwamen tot de conclusie dat als iedereen zich aan de regels houdt, niemand een prikkel heeft om de regels te breken, omdat de vertraging het onmogelijk maakt om winst te maken door te manipuleren. Ze identificeerden echter ook een "negatief" scenario: als iedereen besluit om samen te spannen en de regels gezamenlijk te negeren, kunnen ze nog steeds problemen veroorzaken, maar dit is een algemeen probleem bij elk systeem, niet alleen bij dit ene.

Cruciaal is dat het artikel niet alleen over theorie gaat; het controleert ook de echte wereld. De auteurs hebben historische data van Ethereum en andere netwerken geanalyseerd. Ze ontdekten dat hoewel sommige MEV-mogelijkheden enorm zijn (miljoenen dollars), de overgrote meerderheid—meer dan 99%—eigenlijk heel klein is, vaak slechts een paar dollar of zelfs minder dan een dollar. Dit suggereert dat een vertraging van ongeveer 30 minuten (wat ongeveer twee keer de normale veiligheidstijd voor Ethereum is) voldoende zou zijn om bijna alle kleine, irritante scams te stoppen, specifiek die welke niet voorspelbaar zijn.

Het artikel concludeert dat deze "Slow and Steady"-benadering een realistische verdediging is. Het suggereert dat we blockchains eerlijker en gebruiksvriendelijker kunnen maken door een klein beetje traagheid te accepteren. Echter, de auteurs merken voorzichtig op dat dit geen toverstaf is voor alles. Het werkt goed voor zaken zoals het registreren van een NFT of het verzenden van geld, waarbij wachten 30 minuten prima is. Maar voor high-speed trading op een gedecentraliseerde exchange, waar prijzen in seconden veranderen, kan deze vertraging te lang zijn en zou het juist de gebruikers kunnen schaden die het probeert te beschermen. Het artikel suggereert dat dit instrument verstandig gebruikt moet worden, bijvoorbeeld alleen voor specifieke typen toepassingen waar snelheid niet het belangrijkste is.

Kortom, het artikel betoogt dat door een "wachttijd" af te dwingen die niet gemanipuleerd kan worden, we het speelveld kunnen egaliseren. Het verandert de race van een sprint waarbij de snelste (en soms de meest sluwe) wint, in een gestage mars waarbij iedereen tegelijkert u aankomt en de scheidsrechter de finishlijn niet kan manipuleren.

Technische Samenvatting: Slow and Steady – MEV Voorkomen met Verifieerbare Vertragingen

Probleemstelling

Het artikel behandelt de dreiging van Maximal Extractable Value (MEV) in gedistribueerde grootboeken. MEV verwijst naar het vermogen van blokmakers (miners of validators) om winst te maken door transacties binnen een blok in te voegen, te herordenen of te reorganiseren. Veelvoorkomende MEV-strategieën zijn front-running, back-running en "sandwich"-aanvallen, waarbij een kwaadwillende actor een transactie van een gebruiker exploiteert om winst te genereren ten koste van de gebruiker of de applicatieontwikkelaar.

De auteurs identificeren twee primaire negatieve effecten van MEV:

Asset Drain (Vermogensverlies): Waarde stroomt van gebruikers naar blokmakers, wat de bruikbaarheid van het systeem verslechtert.
Beveiligingsrisico's: MEV creëert off-chain prikkels die niet worden gecontroleerd door het ledger-protocol. Als deze prikkels voldoende hoog zijn, kunnen winstgedreven partijen afwijken van het protocol om MEV te extraheren, wat de consensusbeveiliging en liveness potentieel in gevaar brengt.

Bestaande tegenmaatregelen, zoals MEV-veilingen (bijv. Proposer-Builder Separation), vertrouwen op vertrouwde tussenpersonen. Tijdgebaseerde oplossingen voor ordening worstelen vaak met het garanderen van eerlijkheid zonder complexe mechanismen, en content-agnostische benaderingen (commit-reveal schema's) vertragen de state-berekening en verhullen de inhoud van transacties, waardoor blokmakers niet in staat zijn om verwachte beloningen rationeel te berekenen.

Methodologie

Het artikel stelt een defensiemechanisme voor dat een Verifieerbare Vertraging (Verifiable Delay) afdwingt op de generatie van transacties. De kernintuïtie is om het vermogen van een blokmaker om te reageren op een nieuw waargenomen transactie te vertragen. Als de vertraging voldoende lang is, zal een eerlijke transactie worden gefinaliseerd voordat een tegenstander een geldige, front-running transactie kan construeren die van die transactie afhankelijk is.

Het Mechanisme

De auteurs stellen een transformatie voor van de transactie-geldigheidspredicaat van een gedistribueerd grootboek met behulp van drie componenten:

Verifiable Delay Function (VDF): Een cryptografisch primitief dat een specifiek aantal sequentiële stappen ( $\tau$ ) vereist om te evalueren, wat niet significant versneld kan worden door parallelle verwerking.
Commitment Scheme: Een cryptografische commitment aan de transactie-payload.
Geldigheids-transformatie: Een nieuwe geldigheidspredicaat, $\text{Validate}_{VDF, CS}$ $Validate_{V D F, C S}$ , wordt gedefinieerd. Een transactie $tx = \langle m, (y, \pi) \rangle$ $t x = ⟨ m, (y, π)⟩$ is alleen geldig als:
- De onderliggende payload $m$ voldoet aan de oorspronkelijke ledger-regels.
- De VDF-output $y$ en het bewijs $\pi$ correct worden geverifieerd.
- De onthulde payload overeenkomt met de commitment die gebruikt is voor de VDF-evaluatie.

Cruciaal is dat de VDF wordt geëvalueerd op de commitment van de transactie-payload, en niet op de payload zelf. Dit stelt gebruikers in staat de berekening uit te besteden aan derde partijen zonder de inhoud van de transactie te onthullen, waardoor de serviceprovider geen parallelle MEV-aanval kan lanceren.

Theoretische Modellen

De analyse wordt uitgevoerd onder twee modellen:

Byzantine Model: Gaat uit van een adaptieve, rushing adversary die een deel van de partijen controleert. Het doel is om Blockchain Input Causality te bewijzen: een tegenstander kan geen geldige transactie creëren die betekenisvol afhankelijk is van een eerlijke transactie voordat die eerlijke transactie is gefinaliseerd.
Game Theoretic Model: Gaat uit van rationele partijen die nut maximaliseren (blokbeloningen, fees en MEV). De analyse maakt gebruik van $\epsilon$ -Nash-evenwicht en compliance (waarbij partijen niet afwijken om specifieke overtredingen zoals censuur uit te voeren).

Belangrijkste Bijdragen en Resultaten

1. Blockchain Input Causality (Stelling 1)

Het artikel bewijst dat als de VDF-vertraging parameter $\tau$ groter is dan de liveness-parameter $u$ van de ledger (de tijd die het kost voor een eerlijke transactie om te worden gefinaliseerd), de getransformeerde protocol input causality garandeert.

Logica: Een eerlijke transactie die in ronde $r$ wordt uitgezonden, wordt gefinaliseerd in ronde $r+u$ . Een tegenstander die probeert deze transactie te front-runnen, moet eerst de transactie observeren, de VDF berekenen (wat $\tau$ rondes duurt) en vervolgens publiceren. Omdat $\tau > u$ , kan de transactie van de tegenstander niet geldig zijn voordat de eerlijke transactie al is gefinaliseerd.
Resultaat: De transformatie behoudt de oorspronkelijke veiligheids- en liveness-garanties van het protocol, terwijl het de mogelijkheid tot front-running elimineert.

2. Evenwichtsbehoud (Stelling 2)

De auteurs demonstreren dat als het oorspronkelijke protocol $\Pi$ een $\epsilon$ -Nash-evenwicht is in de afwezigheid van MEV ( $E_{-MEV}$ ), het getransformeerde protocol $\tilde{\Pi}$ een $\epsilon'$ -Nash-evenwicht blijft, zelfs wanneer MEV-mogelijkheden aanwezig zijn ( $E_{+MEV}$ ).

Betekenis: Dit biedt een constructieve methode voor protocolontwerpers om rationele ledgers te beveiligen tegen MEV zonder de evenwichtseigenschappen van het onderliggende systeem te breken.

3. Compliance tegen Censuur (Stelling 4)

Het artikel toont aan dat als het oorspronkelijke protocol compliant is met betrekking tot censuur (partijen censureren geen transacties om nut te verkrijgen) in een wereld zonder MEV, het getransformeerde protocol compliant is met betrekking tot blockchain input causality in een wereld met MEV.

Logica: Om MEV te claimen, moet een partij een transactie voor $\tau$ rondes censureren. Omdat $\tau > u$ , schendt censuur voor deze duur de liveness-garantie van het onderliggende protocol. Omdat de tegenstander de liveness niet eenzijdig kan breken, kan hij niet lang genoeg censureren om MEV te claimen, wat de afwijking onrendabel maakt.

4. Negatief Resultaat (Stelling 3)

Het artikel identificeert ook een "negatief evenwicht" waarbij alle partijen samenwerken om een transactie voor $\tau$ rondes te censureren om de bijbehorende MEV te claimen. In dit specifieke scenario heeft geen enkele partij een prikkel om af te wijken en de transactie te publiceren, omdat zij door de rest van het netwerk gecensureerd zouden worden. Dit benadrukt een beperking: het mechanisme voorkomt individuele front-running, maar kan geen collectieve censuur-aanvallen voorkomen als het netwerkconsensus verschuift om MEV te exploiteren.

Implementatie en Praktische Analyse

VDF Kandidaten

De auteurs evalueren twee primaire VDF-kandidaten:

Wesolowski's VDF: Toont een hoge efficiëntie voor het voorgestelde gebruiksscenario. De verificatietijd blijft laag (~700ms), zelfs voor berekeningstijden variërend van 15 tot 60 minuten. De bewijsgrootte is beheersbaar (<516 bytes).
Pietrzak's VDF: De verificatietijd is logaritmisch ten opzichte van de berekeningstijd, wat het minder geschikt maakt voor deze specifieke toepassing waar snelle verificatie vereist is voor alle nodes.

Historische MEV Data

Analyse van historische data van Layer-2 protocollen (Polygon, Arbitrum, Optimism) en Flashbots-datasets onthult:

Hoewel de maximale MEV-winsten miljoens kunnen bereiken, zijn de overweldigende meerderheid van de kansen klein (vaak < $100, en vaak < $1).
Het claimen van deze kansen vereist vaak complexe, meerstaps-transacties (bijv. 4-6 transfers voor arbitrage).
Conclusie: Een vertraging van 15–30 minuten (haalbaar met huidige VDF's) zou de overgrote meerderheid van bestaande MEV-dreigingen effectief neutraliseren, specifiek de niet-voorspelbare varianten, aangezien de kosten en complexiteit van de vertraging de kleine winsten van de meeste kansen overtreffen.

Bruikbaarheidsoverwegingen

Het artikel erkent dat het introduceren van vertragingen invloed heeft op de bruikbaarheid.

Geschikte Applicaties: Scenario's die geen directe marktrespons vereisen, zoals NFT-minting of registratie.
Ongeschikte Applicaties: Het mechanisme is niet geschikt voor het verdedigen tegen MEV-aanvallen die uitsluitend rusten op back-running, aangezien de focus ligt op front-running aanvallen. Daarnaast is het mogelijk niet geschikt voor gedecentraliseerde exchanges (DEX's) en applicaties die gevoelig zijn voor prijsbewegingen waarbij gebruikers snel op marktomstandigheden moeten kunnen reageren.
Implementatieflexibiliteit: Het mechanisme kan op smart contract-niveau worden geïmplementeerd in plaats van op het ledger-protocol niveau, waardoor het selectief kan worden toegepast op specifieke DeFi-applicaties.

Betekenis en Claims

Het artikel beweert een trustless defensiemechanisme tegen MEV te bieden dat uitsluitend steunt op de beveiliging van de ledger en cryptografische primitieven, waardoor de noodzaak voor vertrouwde derde partijen of complexe ordeningsprotocollen wordt vermeden.

Theoretische Bijdrage: Het legt een formeel verband tussen VDF-vertragingen en het voorkomen van schendingen van de input causality, en bewijst dat standaard beveiligingseigenschappen (safety, liveness, equilibrium) kunnen worden behouden of verbeterd in de aanwezigheid van MEV.
Praktische Bijdrage: Door historische data te analyseren, betogen de auteurs dat het mechanisme realistisch implementeerbaar is en voldoende is om de meeste niet-voorspelbare MEV-gevallen te voorkomen, omdat de "slow and steady"-aanpak effectief laagwaardige, hoogfrequente aanvallen filtert.
Beperkingen: De auteurs merken bescheiden op dat het mechanisme leunt op praktische beveiligingsschattingen van VDF's (aangezien strikte theoretische ondergrenzen voor efficiënte evaluatie nog ontbreken) en geen panacee is voor alle DeFi-applicaties, met name niet voor die met hoge handelsfrequenties of die uitsluitend kwetsbaar zijn voor back-running.

Samenvattend stelt het werk voor dat door de finalisering van transacties opzettelijk te vertragen via verifieerbare vertragingen, gedistribueerde grootboeken robuuster kunnen worden tegen extractiewaarde-aanvallen, waarbij een mate van directheid wordt ingeruild voor verhoogde veiligheid en eerlijkheid.