Se aplicó protección MEV mediante el cifrado umbral de Shutter

Comprendiendo el MEV y su impacto en los usuarios de blockchain

La transparencia es una de las características fundamentales de las blockchains, pero ha permitido la extracción de valor mediante el control del orden y la inclusión de transacciones dentro de un bloque, conocido como MEV, o valor máximo extraíble.

Este problema es común en la mayoría de las blockchains y tiene su origen en la naturaleza pública de los mempools, un registro que almacena los datos de las transacciones pendientes. Esta información permitía a los productores de bloques y a otros actores beneficiarse adelantándose a las transacciones.

El MEV es especialmente notorio en Ethereum, donde sigue extrayéndose a un ritmo equivalente al 11% de las recompensas de bloque. Los datos muestran que se perdieron casi 300.000 dólares en ataques sándwich en septiembre. Esto revela que el MEV es una tarifa oculta recurrente, no una pequeña ineficiencia, que afecta especialmente a las grandes operaciones en mercados volátiles.

El cifrado umbral de Shutter como solución al MEV

Entre las diversas medidas para mitigar el MEV, se han propuesto varias soluciones criptográficas, incluyendo el cifrado umbral y el cifrado homomórfico. Estas técnicas cifran el contenido de las transacciones antes de que entren en el mempool y lo mantienen oculto hasta que se finaliza el orden de las transacciones. Esto impide que los productores de bloques extraigan MEV manipulando la secuencia de las transacciones. Sin embargo, la mayoría de las arquitecturas de mempool cifrado aún están en fase de investigación.

Shutter fue el primer protocolo de cifrado umbral diseñado específicamente para abordar el MEV. Actualmente, destaca como el único enfoque basado en umbral con una implementación real, activo en la red principal de Gnosis Chain.

El cifrado umbral es una técnica criptográfica que divide la clave de descifrado entre un comité de poseedores de claves, de modo que ninguna parte puede descifrar una transacción por sí sola. En la mayoría de los mempools cifrados por umbral, el comité primero ejecuta un proceso de Generación Distribuida de Claves (DKG) para producir una clave pública y partes de la clave privada para cada miembro. Los usuarios pueden entonces cifrar sus transacciones con esta clave pública y enviar los textos cifrados a la red.

Los proponentes de bloques ordenan estos textos cifrados en un bloque y, una vez que el bloque se finaliza o se cumple una condición de revelado, cada miembro del comité publica una parte de descifrado. El número requerido de partes válidas del comité se combina entonces para recuperar la transacción en texto plano. Como en una configuración multisig, una mayoría cualificada de los participantes del comité es suficiente para ello. Tras secuenciar y descifrar las transacciones, estas son ejecutadas por la máquina virtual de la red.

El comité umbral actúa como un servicio offchain que opera junto a la blockchain. Este diseño lo hace independiente del consenso, lo que significa que puede utilizarse en la mayoría de las blockchains sin necesidad de cambiar las reglas de consenso. Aun así, es importante tener en cuenta que, a diferencia del conjunto de validadores, el comité suele ser una estructura estrictamente permisada que necesita ser confiable. En Shutter, los miembros del comité, llamados Keypers, son seleccionados por la gobernanza del protocolo.

El diseño inicial de Shutter usaba cifrado por época, donde los usuarios cifraban las transacciones bajo la época actual de la cadena subyacente. Esto pretendía mejorar la eficiencia y reducir la latencia al amortizar el descifrado computacionalmente intensivo entre muchas transacciones. Sin embargo, este diseño creó una falla crítica. Cuando se reconstruía la clave de la época, todas las transacciones de esa época se volvían públicas, incluso las que aún no se habían incluido en bloques. Esto podría exponer a algunos usuarios de la red al MEV.

Este problema se solucionó en la implementación actual en Gnosis Chain, donde Shutter emplea cifrado por transacción. La Shutterized Beacon Chain en Gnosis Chain opera actualmente como un endpoint RPC alternativo, que cifra las transacciones y transmite los textos cifrados al contrato de secuenciación. Siguiendo el flujo regular de cifrado umbral, una vez que las transacciones se incluyen en un bloque y se validan, se descifran y ejecutan.

El cifrado por transacción sacrifica eficiencia a cambio de simplicidad, ya que la carga de trabajo del comité crece linealmente con el rendimiento de transacciones en lugar de permanecer aproximadamente constante como en el diseño por época. Los futuros desarrollos del cifrado umbral en el mempool podrían mejorar este equilibrio.

El equipo de Shutter prevé que el cifrado umbral por lotes (BTE) es una posible forma de abordar las desventajas de los esquemas por época y por transacción. El BTE mantiene la carga del comité casi constante mientras preserva la privacidad de las transacciones que no se incluyen en un bloque.

Además de la Shutterized Gnosis Chain, el equipo de Shutter está trabajando en el módulo de mempool cifrado para el OP Stack, que está activo en una testnet de Optimism. Este módulo admite cifrado por época y elimina el problema del diseño inicial de Shutter, ya que las transacciones están vinculadas a un bloque específico. Una transacción lleva la información del bloque objetivo y el contrato comprueba el bloque actual durante la ejecución, por lo que solo tiene éxito si llega a ese bloque. Si no alcanza el bloque objetivo, la comprobación falla y la transacción se revierte, tras lo cual puede ser reenviada para un nuevo bloque.

A pesar de su potencial para mitigar el MEV, Shutter no es totalmente trustless hoy en día, ya que los usuarios dependen de un conjunto de keypers permisados. Otra limitación es la alta latencia en la implementación actual en Gnosis, lo que significa que Shutter, en su forma actual, tiene un potencial limitado. Aunque los bloques de Gnosis se producen cada cinco segundos, las transacciones de Shutter actualmente tardan una media de unos tres minutos en incluirse, debido al número limitado de validadores y Keypers de Shutter. El equipo de Shutter está planificando una hoja de ruta práctica y fuera de protocolo hacia un mempool totalmente cifrado y más minimizado en confianza en Ethereum. Este paso, sin embargo, requerirá un trabajo escalonado entre monederos, RPCs, relays, builders e incentivos para validadores, seguido de soporte dentro del protocolo, tras lo cual los mismos módulos pueden extenderse a otras cadenas EVM.

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