Attaques par ordonnancement et leurs remèdes

Curiosité

1. Pourquoi le fait de voir une transaction avant son règlement crée-t-il une incitation économique à réordonner le bloc ?
2. Comment un mécanisme de marché peut-il être techniquement solide tout en extrayant de la valeur de ses propres utilisateurs par le séquencement ?
3. Quelle est la différence précise entre une limite de slippage qui plafonne la perte et une limite qui empêche entièrement l’attaque ?

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Partie IAttaques d’ordonnancement : front-running, sandwichs et MEV

1. Sur Ethereum, les transactions en attente patientent dans un mempool public visible par tous les nœuds ; Solana n’a pas de mempool public, mais quiconque relaie ou produit un bloc voit tout de même les transactions en attente. Quiconque contrôle la construction des blocs peut examiner cette file avant la finalisation. Cette visibilité crée une situation de concurrence où la vitesse et l’asymétrie d’information déterminent les résultats économiques. L’ordre d’exécution n’est pas neutre ; c’est la principale variable que les searchers optimisent. Une transaction incluse en premier capte la liquidité qui serait sinon disponible pour les participants suivants.
2. Le front-running consiste à observer une transaction en attente et à soumettre sa propre transaction, identique ou complémentaire, avec des frais de priorité plus élevés, afin d’être inclus avant l’originale. Si la transaction observée fait évoluer le prix en faveur du front-runner, celui-ci empoche l’écart. Le back-running est l’inverse : il s’agit d’exécuter une transaction après un changement d’état connu, comme une mise à jour d’oracle ou le déclenchement d’une liquidation, afin de capter une valeur qui n’existe que dans le nouvel état.
3. Le sandwich exploite la tolérance au slippage. Un searcher achète un actif juste avant le gros swap d’une victime, ce qui fait monter son prix. La victime exécute alors sa transaction à ce prix gonflé. Immédiatement après, le searcher revend au prix plus élevé créé par l’achat de la victime. La victime reçoit moins de jetons que prévu ; le searcher empoche la différence. Il s’agit d’un arbitrage contre les propres paramètres de tolérance de l’utilisateur.
4. P. Daian et al. ont formalisé ces dynamiques dans « Flash Boys 2.0 » (arXiv 2019), en forgeant le terme miner extractable value (MEV, valeur extractible par les mineurs), rebaptisé plus tard maximal extractable value (valeur extractible maximale). Ils ont montré que la MEV n’est pas une anomalie, mais une caractéristique structurelle de l’exécution séquentielle sans permission. Une grande partie de la MEV relève de l’arbitrage et de la liquidation ; une partie, comme le sandwich, est payée directement par les traders ordinaires.
5. Flashbots (fondé en 2020) a introduit un relais privé de bundles (2021) puis, après le Merge, les enchères de builders MEV-Boost (2022) sur Ethereum. L’extraction de MEV est ainsi passée du mempool public à une enchère concurrentielle, devenant ordonnée sans pour autant disparaître. Sur Solana, les bundles Jito (à partir de 2022) ont créé un marché similaire où les validateurs donnent la priorité aux transactions groupées assorties de tips. L’infrastructure a changé ; l’incitation fondamentale aux attaques d’ordonnancement a persisté.
6. Les limites de slippage plafonnent la perte maximale par transaction, mais n’empêchent pas les sandwichs. Si un utilisateur fixe son slippage à 1 %, un searcher peut quand même le prendre en sandwich en poussant son prix jusqu’à cette limite. La cause profonde est l’exécution séquentielle, dépendante de l’ordre, face à une file visible. Pour la supprimer, il faut soit masquer les ordres jusqu’à ce que leur ordre soit fixé, soit rendre l’ordre au sein d’un bloc sans importance, deux approches traitées dans des leçons ultérieures.

Partie IIEnchères par lots et compensation à prix uniforme

7. Sur les marchés à négociation continue, la vitesse d’exécution détermine le résultat. Un trader qui voit un prix évoluer et soumet un ordre avant les autres capte une valeur qui, sinon, serait partagée ou perdue au profit des market makers. Cette dynamique récompense l’infrastructure plutôt que l’analyse : les câbles en fibre optique installés près des serveurs des bourses, le matériel en colocation et les réseaux à faible latence deviennent les principaux avantages concurrentiels. Il en résulte un marché où d’infimes écarts de vitesse se traduisent par des gains économiques importants, ce qui alimente une course aux armements technologique dont ne profitent que ceux qui disposent des capitaux nécessaires à de tels investissements.
8. Budish, Cramton et Shim ont proposé une alternative dans leur article publié en 2015 dans le Quarterly Journal of Economics : l’enchère par lots fréquente. Au lieu d’apparier les ordres en continu au fur et à mesure de leur arrivée, le système collecte tous les ordres d’achat et de vente sur un court intervalle (ils suggéraient une fraction de seconde, par exemple 100 millisecondes) et les compense simultanément à un prix unique et uniforme. Cette conception supprime la priorité au sein du bloc, car chaque ordre soumis dans cette fenêtre est exécuté au même prix de compensation. La première milliseconde de l’intervalle n’offre aucun avantage sur la dernière ; la vitesse ne joue plus aucun rôle dans l’exécution, et la concurrence se reporte sur l’information et l’évaluation.
9. Appliqué aux marchés de tokens sur les réseaux blockchain, ce principe neutralise deux exploits courants : le sniping et le sandwiching. Dans un mempool standard, un bot peut surveiller les transactions en attente, repérer un swap important et insérer ses propres transactions avant et après celui-ci pour manipuler le prix. Avec la compensation par lots, l’ensemble du flux d’ordres du bloc est traité comme un seul ensemble de contraintes. Le protocole calcule un prix unique qui maximise le volume ou l’utilité pour tous les ordres simultanément. Une attaque sandwich échoue, car l’attaquant ne peut pas être exécuté séparément de la victime ; tous deux font partie de la même solution de compensation.
10. CoW Protocol, lancé en 2021 sur Ethereum, met ce principe en œuvre au moyen d’enchères par lots. Les utilisateurs soumettent des intentions d’ordre signées à un réseau de solveurs plutôt que directement à une plateforme d’échange. Les solveurs se font concurrence pour exécuter ces ordres au sein d’un bloc, et le protocole exige que les transactions portant sur la même paire et dans le même sens au sein d’une solution gagnante soient réglées à un seul prix. Penumbra, dont le mainnet a été lancé en 2024 (sa plateforme d’échange a été activée lors de phases ultérieures), regroupe les swaps par bloc. Tous deux montrent que la compensation par lots fonctionne en production, même s’ils diffèrent par l’architecture de leurs solveurs et leurs garanties de confidentialité.
11. Le principal coût de cette conception est la latence. Les prix ne sont mis à jour que lorsqu’un nouveau lot est compensé, et non en continu. Si les conditions du marché changent brutalement au milieu d’un intervalle, le prix de compensation peut accuser un retard par rapport aux prix spot en temps réel, ce qui crée des inefficacités temporaires. En outre, si la priorité au sein du bloc disparaît, la priorité entre blocs subsiste : arriver dans un bloc antérieur peut encore conférer un avantage si la liquidité évolue d’un bloc à l’autre. Il s’agit d’une forme résiduelle de concurrence sur la vitesse, mais elle opère à une échelle de temps plus lente (l’intervalle entre blocs plutôt que la milliseconde), ce qui atténue la course aux armements en matière d’infrastructure et rend la participation plus accessible aux traders non institutionnels.
12. Vérifiez-le en trouvant une transaction de règlement de CoW Protocol sur Etherscan ou dans CoW Explorer : une seule transaction règle les échanges de plusieurs utilisateurs, et les échanges portant sur la même paire et dans le même sens au sein d’une solution s’exécutent au même prix effectif. L’uniformité des prix entre des ordres disparates d’un même lot est la signature visible de l’algorithme de compensation à l’œuvre.

Partie IIIMempools chiffrés et commit-reveal

13. Dans un mempool public, chaque transaction en attente est immédiatement visible par tous les nœuds. Un searcher peut en lire le contenu, simuler le résultat et soumettre sa propre transaction concurrente avec des frais de gas plus élevés pour passer devant. Ce front-running extrait de la valeur des autres utilisateurs sans leur consentement. La visibilité des ordres non confirmés crée une situation de concurrence (race condition) inhérente, où l’avantage de vitesse se traduit directement en gain financier.
14. Les schémas commit-reveal répondent à ce problème en divisant la soumission en deux phases. D’abord, l’utilisateur diffuse un hash cryptographique de la transaction qu’il compte effectuer. Ensuite, il révèle la transaction réelle. Personne ne peut voir ce qui a été engagé avant la phase de révélation. À condition que l’ordre d’exécution soit fixé au moment de l’engagement, cela empêche le front-running, car personne ne peut connaître le contenu de l’ordre pendant qu’il est en attente. Le coût est une seconde étape : les utilisateurs doivent revenir pour révéler leur transaction, et le protocole doit décider du sort des engagements qui ne sont jamais révélés.
15. Les mempools à chiffrement à seuil adoptent une approche différente. Les transactions sont chiffrées avec une clé publique dont la clé de déchiffrement est répartie entre les membres d’un comité (Shutter appelle ses membres les « Keypers »). Aucun membre ne détient la clé de déchiffrement complète ; la transaction ne peut être déchiffrée que lorsqu’un nombre seuil de nœuds coopèrent. L’ordre est fixé avant qu’une quelconque partie n’en voie le contenu, ce qui supprime la fenêtre de manipulation. La confiance se reporte sur ce comité : si suffisamment de membres s’entendent, ils peuvent déchiffrer prématurément.
16. Shutter Network a mis cela en œuvre sur Gnosis Chain à partir de 2024. Il utilise un comité pour gérer les parts de clé, ce qui permet aux utilisateurs de soumettre des transactions chiffrées qui ne sont déchiffrées qu’une fois leur position dans le bloc déterminée. De même, Flashbots Protect propose des canaux de flux d’ordres privés dans lesquels les transactions contournent entièrement le mempool public et sont envoyées en privé aux constructeurs de blocs. Les deux méthodes cachent les données des transactions aux searchers, mais introduisent de nouvelles dépendances.
17. Les canaux privés déplacent la confiance du consensus décentralisé vers les constructeurs de blocs ou les comités. Si un constructeur devient malveillant ou est compromis, il peut examiner les ordres avant leur inclusion. Les schémas à seuil réduisent ce risque en exigeant la collusion de plusieurs parties indépendantes, mais la gouvernance du comité et la gestion des clés deviennent des points de défaillance critiques. Les utilisateurs doivent vérifier qu’aucune entité ne contrôle à elle seule suffisamment de parts de clé pour déchiffrer unilatéralement les transactions.
18. Les compromis sont clairs : les mempools chiffrés ajoutent de la latence en raison du surcoût de chiffrement et de déchiffrement, et exigent de faire confiance à des comités ou à des constructeurs de blocs. Les mempools publics restent transparents mais vulnérables à l’extraction de MEV. Pour un marché de tokens, adopter ces mécanismes signifie accepter une découverte des prix plus lente et une infrastructure complexe en échange d’une protection contre les stratégies de trading prédatrices. Le choix dépend de la question de savoir si l’équité d’exécution l’emporte sur le coût de la complexité supplémentaire.

Faits clés

Exercice neuf, six, trois, un

Vérification des faits

Les dates, les chiffres et les affirmations ont été vérifiés à l’aide des sources publiées listées ci-dessous.

• P. Daian et al., 'Flash Boys 2.0' (IEEE S&P 2020, arXiv 2019)
• Flashbots documentation on private transaction relays
• Jito documentation on bundles and tips
• E. Budish, P. Cramton & J. Shim, 'The High-Frequency Trading Arms Race: Frequent Batch Auctions as a Market Design Response', Quarterly Journal of Economics (2015)
• CoW Protocol Documentation, 'Batch Auctions'
• Penumbra protocol specification: DEX (batch swaps)
• Shutter Network documentation
• Flashbots Protect documentation
• S. Yang et al., 'SoK: MEV Countermeasures: Theory and Practice' (2022)