Resumo Técnico: Lento e Constante – Prevenindo MEV com Atrasos Verificáveis

Declaração do Problema

O artigo aborda a ameaça de Valor Extraível Máximo (MEV) em livros contábeis distribuídos. O MEV refere-se à capacidade dos criadores de blocos (mineradores ou validadores) de lucrar injetando, reordenando ou reorganizando transações dentro de um bloco. Estratégias comuns de MEV incluem front-running, back-running e ataques de "sanduíche", onde um ator malicioso explora a transação de um usuário para gerar lucro às custas do usuário ou do desenvolvedor da aplicação.

Os autores identificam dois impactos negativos primários do MEV:

1. Dreno de Ativos: O valor flui dos usuários para os criadores de blocos, degradando a usabilidade do sistema.
2. Riscos de Segurança: O MEV cria incentivos off-chain que não são controlados pelo protocolo do livro contábil. Se esses incentivos forem suficientemente altos, partes movidas pelo lucro podem desviar-se do protocolo para capturar MEV, potencialmente comprometendo a segurança e a vivacidade (liveness) do consenso.

Contramedidas existentes, como leilões de MEV (ex: Separação de Proponente-Construtor), dependem de intermediários confiáveis. Soluções de ordenação baseadas em tempo frequentemente lutam para garantir a justiça sem mecanismos complexos, e abordagens agnósticas ao conteúdo (esquemas de commit-reveal) atrasam o cálculo do estado e obscurecem o conteúdo da transação, impedindo que os criadores de blocos calculem as recompensas esperadas de forma racional.

Metodologia

O artigo propõe um mecanismo de defesa que impõe um Atraso Verificável na geração de transações. A intuição central é desacelerar a capacidade de um criador de bloco de reagir a uma transação recém-observada. Se o atraso for suficientemente longo, uma transação honesta será finalizada antes que um adversário possa construir uma transação de front-running válida que dependa dela.

O Mecanismo

Os autores propõem uma transformação do predicado de validade de uma transação de um livro contábil distribuído usando três componentes:

1. Função de Atraso Verificável (VDF): Uma primitiva criptográfica que requer um número específico de etapas sequenciais ($\tau$) para ser avaliada, a qual não pode ser significativamente acelerada por processamento paralelo.
2. Esquema de Compromisso (Commitment Scheme): Um compromisso criptográfico ao payload da transação.
3. Transformação de Validade: Um novo predicado de validade, $\text{Validate}_{VDF, CS}$, é definido. Uma transação $tx = \langle m, (y, \pi) \rangle$ é válida apenas se:
   • O payload subjacente $m$ satisfaz as regras de validade originais do livro contábil.
   • A saída da VDF $y$ e a prova $\pi$ são verificadas corretamente.
   • O payload revelado corresponde ao compromisso usado para a avaliação da VDF.

Crucialmente, a VDF é avaliada no compromisso do payload da transação, não no payload em si. Isso permite que os usuários deleguem a computação a terceiros sem revelar o conteúdo da transação, impedindo que o provedor de serviço lance um ataque de MEV paralelo.

Modelos Teóricos

A análise é conduzida sob dois modelos:

1. Modelo Bizantino: Assume um adversário adaptativo e apressado (rushing) que controla um subconjunto de partes. O objetivo é provar a Causalidade de Entrada de Blockchain: um adversário não pode criar uma transação válida que dependa significativamente de uma transação honesta antes que essa transação honesta seja finalizada.
2. Modelo Teórico de Jogos: Assume partes racionais que maximizam a utilidade (recompensas de bloco, taxas e MEV). A análise utiliza o equilíbrio $\epsilon$-Nash e conformidade (onde as partes não se desviam para realizar infrações específicas como censura).

Principais Contribuições e Resultados

1. Causalidade de Entrada de Blockchain (Teorema 1)

O artigo prova que, se o parâmetro de atraso da VDF $\tau$ for maior que o parâmetro de vivacidade $u$ do livro contábil (o tempo que leva para uma transação honesta ser finalizada), o protocolo transformado garante a causalidade de entrada.

• Lógica: Uma transação honesta transmitida no round $r$ é finalizada no round $r+u$. Um adversário tentando realizar o front-running desta transação deve primeiro observá-la, computar a VDF (levando $\tau$ rounds) e então publicá-la. Como $\tau > u$, a transação do adversário não pode ser válida antes que a transação honesta já esteja finalizada.
• Resultado: A transformação preserva as garantias originais de segurança e vivacidade do protocolo enquanto elimina a capacidade de front-running.

2. Preservação do Equilíbrio (Teorema 2)

Os autores demonstram que, se o protocolo original $\Pi$ é um equilíbrio $\epsilon$-Nash na ausência de MEV ($E_{-MEV}$), o protocolo transformado $\tilde{\Pi}$ permanece um equilíbrio $\epsilon'$-Nash mesmo quando as oportunidades de MEV existem ($E_{+MEV}$).

• Significância: Isso fornece um método construtivo para projetistas de protocolos protegerem livros contábeis racionais contra MEV sem quebrar as propriedades de equilíbrio do sistema subjacente.

3. Conformidade Contra Censura (Teorema 4)

O artigo mostra que, se o protocolo original é complacente em relação à censura (partes não censuram transações para ganhar utilidade) em um mundo sem MEV, o protocolo transformado é complacente em relação à causalidade de entrada de blockchain em um mundo com MEV.

• Lógica: Para reivindicar MEV, uma parte deve censurar uma transação por $\tau$ rounds. Como $\tau > u$, censurar por esta duração viola a garantia de vivacidade do protocolo subjacente. Como o adversário não pode unilateralmente quebrar a vivacidade, ele não pode censurar com sucesso por tempo suficiente para reivindicar o MEV, tornando o desvio não lucrativo.

4. Resultado Negativo (Teorema 3)

O artigo também identifica um "equilíbrio negativo" onde todas as partes coludem para censurar uma transação por $\tau$ rounds para reivindicar seu MEV. Neste cenário específico, nenhuma parte individual tem incentivo para se desviar e publicar a transação, pois seria censurada pelo restante da rede. Isso destaca uma limitação: o mecanismo previne o front-running individual, mas não pode prevenir ataques de censura coletiva se o consenso da rede mudar para explorar o MEV.

Análise de Implementação e Prática

Candidatos a VDF

Os autores avaliam dois principais candidatos a VDF:

• VDF de Wesolowski: Mostra alta eficiência para o caso de uso proposto. O tempo de verificação permanece baixo (~700ms) mesmo para tempos de computação variando de 15 a 60 minutos. Os tamanhos das provas são gerenciáveis (<516 bytes).
• VDF de Pietrzak: O tempo de verificação é logarítmico em relação ao tempo de computação, tornando-o menos adequado para esta aplicação específica onde a verificação rápida é necessária para todos os nós.

Dados Históricos de MEV

A análise de dados históricos de protocolos de Camada-2 (Polygon, Arbitrum, Optimism) e conjuntos de dados de Flashbots revela:

• Embora os lucros máximos de MEV possam atingir milhões de dólares, a vasta maioria das oportunidades é pequena (frequentemente < \100 e, frequentemente, < \1).
• Reivindicar essas oportunidades muitas vezes requer transações complexas de múltiplas etapas (ex: 4-6 transferências para arbitragem).
• Conclusão: Um atraso de 15 a 30 minutos (viável com as VDFs atuais) neutralizaria efetivamente a maioria das ameaças de MEV existentes, especificamente as não previsíveis, já que o custo e a complexidade do atraso superam os pequenos lucros da maioria das oportunidades.

Considerações de Usabilidade

O artigo reconhece que a introdução de atrasos impacta a usabilidade.

• Aplicações Adequadas: Cenários que não exigem resposta imediata ao mercado, como cunhagem (minting) de NFTs ou registros.
• Aplicações Inadequadas: O mecanismo não é adequado para defender contra ataques de MEV que dependem exclusivamente de back-running, já que seu foco é em ataques de front-running. Além disso, pode não ser adequado para corretoras descentralizadas (DEXs) e aplicações sensíveis a movimentos de preço onde os usuários precisam responder rapidamente às condições de mercado.
• Flexibilidade de Implantação: O mecanismo pode ser implementado no nível de smart contract em vez de no nível do protocolo do livro contábil, permitendo que seja aplicado seletivamente a aplicações DeFi específicas.

Significância e Alegações

O artigo afirma oferecer um mecanismo de defesa sem confiança (trustless) contra MEV que depende exclusivamente da segurança do livro contábil e de primitivas criptográficas, evitando a necessidade de terceiros confiáveis ou protocolos de ordenação complexos.

• Contribuição Teórica: Estabelece um vínculo formal entre atrasos de VDF e a prevenção de violações de causalidade de entrada, provando que as propriedades de segurança padrão (segurança, vivacidade, equilíbrio) podem ser preservadas ou aprimoradas na presença de MEV.
• Contribuição Prática: Ao analisar dados históricos, os autores argumentam que o mecanismo é realisticamente implementável e suficiente para prevenir a maioria dos casos de MEV não previsíveis, já que a abordagem "lento e constante" efetivamente filtra ataques de baixo valor e alta frequência.
• Limitações: Os autores notam modestamente que o mecanismo depende de estimativas de segurança prática de VDFs (visto que limites teóricos rigorosos inferiores para avaliação eficiente ainda são escassos) e não é uma panaceia para todas as aplicações DeFi, particularmente aquelas que exigem negociação de alta frequência ou que são vulneráveis apenas a back-running.

Em resumo, o trabalho propõe que, ao atrasar intencionalmente a finalização de transações via atrasos verificáveis, os livros contábeis distribuídos podem se tornar mais robustos contra ataques de valor extraível, trocando um grau de imediatismo por maior segurança e justiça.