Flash Freezing Flash Boys: el cifrado por transacción que promete eliminar el MEV malicioso en Ethereum

Un nuevo diseño de cifrado umbral reduce a milisegundos la latencia adicional y minimiza el espacio de almacenamiento, aunque su implementación en Ethereum requeriría un hard fork mayor que cualquier actualización desde The Merge.

El extractable value máximo (MEV) malicioso continúa siendo una de las amenazas más persistentes para los usuarios de Ethereum. Cada día, casi 2.000 ataques sándwich extraen más de 2 millones de dólares mensuales de la red, afectando principalmente a traders de WETH, WBTC y stablecoins, que pierden porciones significativas de sus operaciones. Frente a este problema, un equipo de investigadores propuso en 2022 un diseño de cifrado umbral por transacción llamado Flash Freezing Flash Boys (F3B), que promete mitigar estos ataques con dos implementaciones criptográficas: TDH2, más eficiente, y PVSS, más flexible.

El problema del MEV y la transparencia de las blockchains

La raíz del MEV malicioso reside en la naturaleza transparente de las blockchains públicas. Los mempools, espacios donde las transacciones esperan ser incluidas en un bloque, permiten que cualquier persona —incluidos validadores y bots— pueda ver las operaciones antes de su ejecución. Esto posibilita prácticas como el front-running, el back-running y los ataques sándwich, que afectan especialmente a activos como WETH, WBTC y stablecoins.

Según datos recopilados por los investigadores, los ataques sándwich en Ethereum alcanzan una media de 2.000 incidentes diarios, generando una extracción mensual superior a los 2 millones de dólares. El cifrado del mempool se ha identificado como una de las vías más prometedoras para mitigar este problema.

Antecedentes: cifrado umbral por época

Antes de F3B, existían proyectos como Shutter y FairBlock que implementaban cifrado umbral por época, utilizando una clave única para un período completo, como 32 bloques en Ethereum. Sin embargo, este enfoque presentaba una vulnerabilidad significativa: las transacciones no incluidas en los bloques especificados quedaban expuestas, permitiendo el front-running por parte de validadores.

Esta limitación motivó el desarrollo de un sistema más granular, donde cada transacción pudiera protegerse de manera individual, dando origen a Flash Freezing Flash Boys.

¿Cómo funciona Flash Freezing Flash Boys?

Cifrado por transacción

F3B introduce un Comité de Gestión de Secretos (SMC), por sus siglas en inglés, que gestiona las claves de descifrado para cada transacción de forma individual. El protocolo opera en cuatro pasos:

1. El usuario cifra su transacción junto con una clave de cifrado y envía el par al grupo de consenso.
2. El SMC prepara fragmentos de descifrado, pero los retiene hasta que la transacción alcance la finalidad.
3. Una vez finalizada la transacción, el SMC libera los fragmentos válidos.
4. El grupo de consenso descifra y ejecuta la transacción.

Optimización del rendimiento

Una de las innovaciones clave de F3B es que solo se cifra asimétricamente una clave simétrica ligera, no la transacción completa. Esta optimización logra una reducción del 10x en los datos cifrados asimétricamente para transacciones simples de swap, minimizando la carga computacional y el espacio de almacenamiento.

Comparativa de implementaciones criptográficas

TDH2 (Threshold Diffie-Hellman 2)

Esta implementación utiliza un comité fijo con generación distribuida de claves (DKG). El sistema genera una clave pública colectiva e incorpora pruebas NIZK (Non-Interactive Zero-Knowledge) para prevenir ataques de texto cifrado elegido. Una de sus ventajas principales es que los datos de cifrado umbral tienen un tamaño constante de 80 bytes por transacción.

PVSS (Publicly Verifiable Secret Sharing)

PVSS emplea claves a largo plazo para cada miembro del comité, permitiendo que los usuarios seleccionen los trustees para su transacción. Aunque ofrece mayor flexibilidad, supone una carga computacional más alta y genera textos cifrados más grandes, con un overhead lineal que depende del número de trustees.

Resultados de rendimiento

En pruebas con un comité de 128 trustees, F3B demostró una latencia mínima tras la finalidad de 197 milisegundos para TDH2 y 205 milisegundos para PVSS. Estas cifras representan apenas el 0,026% y 0,027% del tiempo de finalidad de Ethereum, que actualmente es de 768 segundos. En términos de almacenamiento, TDH2 requiere solo 80 bytes por transacción, mientras que PVSS presenta un overhead lineal.

Incentivos y sanciones en F3B

Mecanismo de staking y slashing

Los trustees del SMC deben depositar garantías bloqueadas como medida de seguridad. Un contrato inteligente de slashing penaliza el descifrado prematuro, y las pruebas de violación pueden verificarse públicamente: en TDH2 mediante un fragmento de descifrado, y en PVSS mediante un fragmento acompañado de una prueba NIZK.

Limitaciones del modelo de confianza

El sistema no puede prevenir la colusión fuera de cadena entre trustees, y su seguridad depende de que la mayoría del comité sea honesta. Además, se requieren depósitos de almacenamiento para prevenir el spam de transacciones no ejecutables.

Desafíos para su implementación en Ethereum

A pesar de su viabilidad técnica, F3B enfrenta obstáculos significativos para su implementación en Ethereum. El diseño requiere modificaciones en la capa de ejecución que implicarían un hard fork más amplio que cualquier actualización realizada desde The Merge. La compatibilidad con contratos inteligentes existentes también supone un desafío, aunque el sistema no modifica el mecanismo de consenso subyacente.

Aplicaciones más allá de Ethereum

Blockchains de tiempo de bloqueo rápido

F3B podría implementarse en blockchains con tiempos de bloqueo sub-segundo, donde la eliminación del front-running basado en mempool tendría un impacto inmediato en la equidad del mercado.

Subastas de ofertas selladas

Un caso de uso concreto son los contratos inteligentes de subasta donde las ofertas permanecen ocultas hasta el cierre. Con F3B, la revelación y ejecución de las ofertas solo ocurriría después de finalizada la subasta, previniendo la manipulación de ofertas, el front-running y la filtración de información.

Conclusión

Flash Freezing Flash Boys representa un hito de investigación valioso en la lucha contra el MEV malicioso. El diseño demuestra que el cifrado por transacción es viable técnicamente, con latencias mínimas que apenas afectan el rendimiento de la red. Sin embargo, su implementación en Ethereum es improbable a corto plazo debido a la complejidad de integración requerida. El potencial de F3B reside en redes emergentes y aplicaciones descentralizadas que puedan incorporar estas protecciones desde su diseño inicial, ofreciendo un entorno más justo para los usuarios frente a los 2.000 ataques sándwich que ocurren a diario en Ethereum.