TEE 기반 이더리움 MEV 추출 모델 설계 및 실증 연구를 통한 생태계 개선 효과 분석
An Analysis of Ecosystem Improvement Effects through the Design and Empirical Study of a TEE-based Ethereum MEV Extraction Model
- 주제어 (키워드) 이더리움 , 최대 추출 가능 가치 , 신뢰 실행 환경 , 블록 하단 , 플래시봇 , 프라이버시 , Ethereum , Maximal Extractable Value , Trusted Execution Environment , Bottom-of-Block , Flashbots , Privacy
- 발행기관 서강대학교 AI.SW대학원
- 지도교수 박수용
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 AI.SW대학원 블록체인
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082169
- UCI I804:11029-000000082169
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
이 논문은 이더리움 블록체인에서 발생하는 MEV(Maximal Extractable Value) 추출 과정의 중앙화와 사용자 피해 문제를 해결하기 위해, 신뢰 실행 환경(Trusted Execution Environment) 기반의 블록 하단(Bottom-of-Block) MEV 추출 모델을 설계하고 메인넷 실증을 통해 그 효과를 검증한다. MEV는 블록 생성 과정에서 거래 순서 조작이나 선택적 포함을 통해 추가로 획득할 수 있는 잠재적 가치로, 현재 블록체인 생태계의 공정성을 저해하고 사용자에게 경제적 손실을 초래하고 있다. 기존의 PBS(Proposer-Builder Separation) 구조는 MEV 추출을 전문화했으나, 빌더 중앙화와 서처-빌더 간 신뢰 문제라는 새로운 한계를 드러냈다. 특히 소수의 대형 빌더가 시장을 독점하면서 독점적 주문 흐름을 확보하고, 이로 인해 신규 참여자의 진입이 어려워지는 악순환이 고착화되고 있다. 이에 본 연구는 순수 암호학적 해법이 실용화되기 전까지 적용 가능한 과도기적 솔루션으로서 Intel TDX 기반 TEE 시스템을 제안한다. 제안 모델은 블록 빌더와 서처 간 상호 프라이버시를 보장하면서도 검증 가능한 협력적 MEV 추출을 실현함으로써, 기존 신뢰 의존적 구조의 근본적 한계를 기술적으로 극복한다. 실험에서는 Intel TDX 기반 환경에서 MEV 서처 봇을 16일간 운영하여 408,413개의 MEV 번들을 제출하고, 이 중 1,414개가 실제 블록에 포함되어 총 2.87 ETH의 수익을 창출했다. 본 연구 결과는 TEE 기반 아키텍처가 악의적 MEV 공격을 차단하는 동시에 MEV 공급망의 신뢰 문제를 기술적으로 해결하고 경제적 유인을 제공할 수 있음을 보여주며, 블록체인 생태계의 탈중앙화와 공정성 향상을 위한 실용적 접근법으로서 의미를 가진다. 주제어: 이더리움, 최대 추출 가능 가치, 신뢰 실행 환경, 블록 하단, 플래시봇, 프라이버시
more초록 (요약문)
This paper designs a Trusted Execution Environment (TEE)-based Bottom-of-Block (BoB) MEV extraction model on the Ethereum blockchain and analyzes its effects on user protection and ecosystem improvement through mainnet empirical validation to address the centralization of MEV (Maximal Extractable Value) extraction processes and user harm issues. MEV refers to the potential value that can be additionally captured through transaction reordering or selective inclusion during block production, which currently undermines fairness in the blockchain ecosystem and causes economic losses to users. While the existing PBS (Proposer-Builder Separation) structure has specialized MEV extraction, it has revealed new limitations including builder centralization and trust issues between searchers and builders. In particular, a vicious cycle has become entrenched where a few large builders monopolize the market by securing exclusive order flow, making it difficult for new participants to enter. This study proposes an Intel TDX-based TEE system as a transitional solution applicable until purely cryptographic solutions become practical. The proposed model technically overcomes the fundamental limitations of existing trust-dependent structures by ensuring mutual privacy between block builders and searchers while enabling verifiable collaborative MEV extraction. In the experiments, we operated an MEV searcher bot in an Intel TDX-based environment for 16 days, submitting 408,413 MEV bundles, of which 1,414 were included in actual blocks, generating a total revenue of 2.87 ETH. The research results demonstrate that TEE-based architecture can block malicious MEV attacks while technically solving trust issues in the MEV supply chain and providing economic incentives, serving as a practical approach for improving decentralization and fairness in the blockchain ecosystem. Keywords: Ethereum, Maximal Extractable Value, Trusted Execution Environment, Bottom-of-Block, Flashbots, Privacy
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 및 동기 1
1.2 연구 목표 및 기여 2
제 2 장 이론적 배경 및 관련 연구 3
2.1 MEV 개념과 생태계 구조 3
2.2 Flashbots 와 MEV-Boost 의 도입 6
2.3 MEV-Share 와 그 한계 7
2.4 신뢰 실행 환경(TEE)과 Intel TDX 9
2.5 TEE 를 활용한 MEV 추출 관련 연구 11
2.6 TEE 방식과 MEV-Share 의 차이점 12
제 3 장 시스템 설계 14
3.1 시스템 개요 14
3.2 아키텍처 구성요소 15
3.2.1 서처용 TDX 인스턴스 16
3.2.2 블록 빌더 20
3.2.3 TEE 인프라 운영자 21
3.3 주요 기능 및 흐름 22
3.3.1 초기 설정 및 원격 증명 23
3.3.2 서처 코드 업로드 및 준비 23
3.3.3 프로덕션(production) 모드 전환 24
3.3.4 블록 빌더의 상태 변화 스트리밍 25
3.3.5 서처의 상태 변화 스트림 구독 27
3.3.6 서처의 차익거래 탐색 및 번들 제출 28
3.3.7 외부 DEX 시장 데이터 연동 및 읽기 전용 DB 레플리카 세트 구성 34
3.3.8 블록 완성과 결과 36
3.3.9 유지보수 및 종료 37
3.4 보안 및 프라이버시 고려사항 38
제 4 장 실험 및 결과 분석 39
4.1 실험 환경 및 구성 39
4.2 실험 절차 및 데이터 수집 41
4.3 실험 결과 및 분석 42
4.3.1 MEV 번들 활동 및 전반적 수익성 분석 42
4.3.2 MEV 탐색 시간과 성능 분석 44
4.3.3 주요 번들 사례 분석 51
4.3.4 일일 MEV 거래 비용 구조 및 수익 변동성 분석 56
4.3.5 블록당 추가 수익 창출 분석 58
4.4 논의 59
4.4.1 경제적 유효성 검증 59
4.4.2 운영 효율성과 성능 60
4.4.3 사용자 보호 메커니즘의 다층적 효과 61
4.4.4 MEV 공급망의 구조적 개선 방향 63
제 5 장 결론 및 향후 연구 64
5.1 결론 64
5.2 연구의 한계 65
5.3 향후 연구 방향 66
참고 문헌 68
