Shutterのしきい値暗号化によるMEV保護を適用

2025-12-09 11:03:02

MEVの理解とブロックチェーン利用者への影響

透明性はブロックチェーンの基本的な特徴の1つですが、これはMEV（最大抽出可能価値）として知られる、ブロック内のトランザクションの順序やインクルージョンを制御することによる価値の抽出を可能にしました。

この問題はほとんどのブロックチェーンで一般的であり、未処理トランザクションデータを保存する台帳であるメンプールの公開性に根ざしています。この情報により、ブロックプロデューサーやその他の関係者がフロントランニング取引から利益を得ることができました。

MEVは特にイーサリアムで悪名高く、現在もブロック報酬の11%に相当するペースで抽出されています。データによると、9月にはサンドイッチ攻撃で約30万ドルが失われました。これは、MEVが繰り返し発生する隠れた手数料であり、わずかな非効率性ではなく、特に変動の激しい市場で大口取引に大きな打撃を与えていることを示しています。

MEVへの解決策としてのShutterのしきい値暗号化

さまざまなMEV軽減策の中で、しきい値暗号化や準同型暗号化など、複数の暗号技術的解決策が提案されています。これらの技術は、トランザクション内容をメンプールに入る前に暗号化し、トランザクションの順序が確定するまで内容を秘匿します。これにより、ブロックプロデューサーがトランザクションの並び替えでMEVを抽出することを防ぎます。しかし、ほとんどの暗号化されたメンプール構造は研究段階にあります。

Shutterは、MEVに特化して設計された最初のしきい値暗号化プロトコルでした。現在、実際に稼働している唯一のしきい値ベースのアプローチとして、Gnosis Chainメインネット上で稼働しています。

しきい値暗号化は、復号鍵を複数のキーホルダーの委員会に分割する暗号技術であり、単独の参加者がトランザクションを解読できないようにします。ほとんどのしきい値暗号化メンプールでは、委員会はまず分散型鍵生成 (DKG) プロセスを実行し、公開鍵と各メンバーの秘密鍵シェアを生成します。ユーザーはこの公開鍵でトランザクションを暗号化し、暗号文をネットワークに送信できます。

ブロック提案者はこれらの暗号文をブロックに並べ、ブロックが確定するか公開条件が満たされた後、各委員会メンバーが復号シェアを公開します。必要な数の有効なシェアを組み合わせてプレーンテキストのトランザクションを復元します。マルチシグ構成と同様に、委員会参加者の過半数で十分です。トランザクションが順序付けされ復号された後、ネットワークの仮想マシンによって実行されます。

しきい値委員会はブロックチェーンと並行して動作するオフチェーンサービスとして機能します。この設計によりコンセンサス非依存となり、ほとんどのブロックチェーンでコンセンサスルールを変更せずに利用できます。ただし、バリデータセットとは異なり、委員会は通常厳格な許可制の構造であり信頼が必要である点に注意が必要です。Shutterでは、委員会メンバー（Keyper）はプロトコルのガバナンスによって選出されます。

初期のShutter設計では、ユーザーが基盤チェーンの現在のエポックの下でトランザクションを暗号化するエポック単位の暗号化を採用していました。これは、計算集約的な復号処理を多くのトランザクションに分散して効率化とレイテンシの低減を図るものでした。しかし、この設計には重大な欠陥がありました。エポックキーが復元されると、そのエポックの全トランザクションが、まだブロックに含まれていないものも含めて公開されてしまい、一部のネットワーク利用者がMEVにさらされる恐れがありました。

この問題は、Gnosis Chainでの実際の稼働時に、Shutterがトランザクション単位の暗号化を採用することで修正されました。Gnosis Chain上のShutterized Beacon Chainは、現在、暗号化トランザクションをシーケンシングコントラクトに送信する代替RPCエンドポイントとして動作しています。通常のしきい値暗号化の流れに従い、トランザクションがブロックに含まれ、検証されると、復号・実行されます。

トランザクション単位の暗号化は、効率性よりもシンプルさを重視しています。委員会の負荷はトランザクションスループットに比例して増加し、エポック単位設計のようにほぼ一定にはなりません。今後のメンプールしきい値暗号化の発展によって、このトレードオフが改善される可能性があります。

Shutterチームは、バッチしきい値暗号化 (BTE) が、エポック単位とトランザクション単位の両方式の欠点を解決する有望な手段であると見込んでいます。BTEは、委員会の負荷をほぼ一定に保ちながら、ブロックに含まれなかったトランザクションのプライバシーを維持します。

Shutterized Gnosis Chainに加え、ShutterチームはOP Stack向けの暗号化メンプールモジュールにも取り組んでおり、Optimismテストネットで稼働中です。このモジュールはエポック単位の暗号化をサポートし、トランザクションが特定のブロックに紐付けられるため、初期Shutter設計の問題を解消しています。トランザクションはターゲットブロック情報を持ち、実行時にコントラクトが現在のブロックをチェックし、そのブロックに着地した場合のみ成功します。ターゲットブロックを逃すとチェックが失敗し、トランザクションはリバートし、新たなブロック向けに再送信できます。

MEV軽減策として有望であるものの、現時点でShutterは完全なトラストレスではありません。ユーザーは許可制のKeyperセットに依存しています。もう一つの制約は、Gnosisでの現行デプロイメントにおける高レイテンシです。Shutterは現状、潜在能力に制限があります。Gnosisブロックの生成は5秒ごとですが、Shutterトランザクションの平均インクルージョンは約3分と遅く、これはShutterizedバリデータおよびKeyperの数が限られているためです。Shutterチームは、Ethereum上で完全に暗号化され、より信頼最小化されたメンプールに向けた現実的な道筋とプロトコル外のロードマップを計画中です。このステップには、ウォレット・RPC・リレー・ビルダー・バリデータインセンティブ全体にわたる段階的な作業と、その後のプロトコル内サポートが必要であり、同じモジュールが他のEVMチェーンにも拡張可能となります。

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