a16z: O verdadeiro significado da qualidade forte da cadeia, o espaço do bloco não deve ser monopolizado

Título original: Além de uma propriedade central da blockchain: "Qualidade forte da cadeia"

Autores originais: ittaia, PGarimidi, jneu_net, a16z

Compilação original: AididiaoJP, Foresight News

A Qualidade da Cadeia (CQ) é uma propriedade fundamental da blockchain. Em termos simples, isso significa:

Se você possui 3% da participação acionária, então, em média, você pode controlar 3% do espaço do bloco.

Para blockchains iniciais com menor capacidade de processamento, a qualidade da cadeia já é suficientemente aplicável. No entanto, blockchains modernos têm uma largura de banda muito maior, permitindo que um único bloco contenha um grande número de transações.

Isso leva a um conceito mais forte e refinado. Ele não se concentra apenas na proporção média do espaço do bloco ao longo do tempo, mas também analisa a alocação do espaço do bloco dentro de cada bloco. Chamamos isso de "Qualidade da Cadeia Forte" (QCF):

Se você detém 3% da equidade apostada, então, em cada bloco, você pode controlar 3% do espaço do bloco.

Essencialmente, essa propriedade permite que as partes interessadas tenham "vias virtuais" dentro de uma blockchain de alto rendimento, garantindo que suas transações possam ser incluídas.

"Qualidade da Cadeia" em Blockchain

Uma das principais inovações do Bitcoin — agora presente em quase todas as blockchains — é a introdução de um mecanismo de recompensa para os propostas de bloco dentro do protocolo: a parte que anexa com sucesso um bloco à máquina de estado pode receber tokens recém-criados e taxas de transação. Essas recompensas são especificadas pela função de transição de estado e, em última análise, refletidas no estado do sistema.

Em modelos tradicionais de computação distribuída, os participantes são divididos em partes honestas e maliciosas. Não há necessidade de recompensar as partes honestas aqui, pois o comportamento honesto é a suposição padrão no modelo.

Em modelos criptoeconômicos, os participantes são vistos como atores racionais cujas funções de utilidade podem ser desconhecidas. O objetivo é projetar incentivos que alinhem a busca por maximização de lucro desses participantes com a operação bem-sucedida do protocolo. Combinando os mecanismos de recompensa internos do protocolo, podemos derivar a seguinte definição idealizada da qualidade da cadeia:

Qualidade da Cadeia (CQ): Uma aliança que detém X% do total de capital apostado tem uma probabilidade de X% de se tornar a proponente de cada bloco que entra na cadeia após o Tempo de Estabilidade Global (GST).

Se uma cadeia se desviar dos requisitos de qualidade da cadeia, isso pode permitir que certas alianças obtenham uma parcela de recompensa superior à proporção normal, enfraquecendo assim a motivação para um comportamento honesto e ameaçando a segurança do protocolo.

Muitas blockchains atendem ou se esforçam para atender a essa propriedade por meio de um "mecanismo de rotação aleatória de líderes ponderada por apostas".

Desafios típicos enfrentados atualmente incluem: O problema da "mineração egoísta" do Bitcoin; o problema de resistência ao fork de cauda do Monad; e problemas no protocolo LMD GHOST do Ethereum.

A Origem da "Qualidade Forte da Cadeia"

Quando o espaço do bloco é suficientemente abundante, não precisamos permitir que um único proponente monopolize todo o conteúdo de um bloco. Em vez disso, o espaço do bloco do mesmo bloco pode ser alocado conjuntamente por vários participantes. A definição criptoeconômica de qualidade forte da cadeia expressa essa ideia:

Qualidade Forte da Cadeia (QFC): Uma aliança que detém X% do total de capital apostado pode controlar X% do espaço do bloco em cada bloco após o Tempo de Estabilidade Global (GST).

Essa propriedade idealizada introduz implicitamente o conceito abstrato de "vias virtuais". Em outras palavras, as alianças podem realmente controlar uma certa proporção de espaço de bloco dedicado em cada bloco.

Do ponto de vista econômico, ter um corredor virtual é equivalente a possuir um ativo produtivo que pode gerar receita, que pode vir de taxas de transação ou MEV (Valor Extraível Máximo). Entidades externas competirão em torno da participação acionária para adquirir e manter esses corredores, criando uma demanda sustentada pelos tokens L1 subjacentes. Quanto maior o valor econômico que um corredor pode gerar, maior a motivação para as partes competirem pela participação acionária, e maior o valor que a participação acionária L1 pode acumular ao controlar o acesso a esse espaço de bloco. Por meio dessa abstração, podemos traduzir uma maior resistência à censura na propriedade efetiva de SCQ dentro do protocolo.

Qualidade de Cadeia Forte e Resistência à Censura

Pesquisas recentes indicam que protocolos resistentes à censura são cruciais. Esses protocolos não devem apenas garantir que as entradas das partes honestas sejam incluídas em última análise, mas também garantir que elas possam ser incluídas imediatamente. A Qualidade da Cadeia Forte (SCQ) pode ser vista como uma extensão dessa propriedade sob condições de capacidade de bloco limitada.

Em cenários práticos, se o volume de transações a serem incluídas exceder o espaço disponível no bloco, nenhum protocolo pode alcançar a resistência ideal à censura. A SCQ aborda essa limitação com uma abordagem mais pragmática: ela não exige que todas as transações honestas sejam sempre incluídas, mas sim aloca um "orçamento" para cada nó de staking, garantindo que, dentro desse orçamento, suas transações possam ser incluídas.

O protocolo MCP foi proposto como um componente adicional aos protocolos de consenso de Tolerância Prática a Falhas Bizantinas (PBFT) existentes para dotar esses protocolos de resistência à censura. Este protocolo também atende aos requisitos do SCQ — atribuindo espaço de bloco correspondente aos proponente com base na proporção da equidade apostada. Os protocolos BFT baseados em grafos acíclicos dirigidos (DAG) existentes fornecem uma maneira de alcançar um conjunto de memória de múltiplos escritores, possuindo também um certo grau de resistência à censura.

As implementações padrão desses protocolos muitas vezes falham em atender estritamente ao SCQ porque permitem que os líderes adie seletivamente certos subconjuntos de transações. No entanto, pequenas modificações nesses protocolos poderiam potencialmente restabelecer o SCQ. Uma direção relacionada é a "inclusão obrigatória de transações", visando reduzir o comportamento de censura.

O MCP também demonstra como alcançar uma propriedade de ocultação mais forte. Com essa propriedade, as partes interessadas podem criar faixas privadas virtuais, cujo conteúdo só será revelado quando o bloco inteiro for divulgado publicamente. Vamos elaborar mais sobre este ponto em artigos subsequentes.

Como alcançar uma forte qualidade da cadeia

Para alcançar uma forte qualidade de cadeia após o Tempo de Estabilidade Global (GST), a chave é garantir que os proponente não possam censurar arbitrariamente as contribuições dos interessados. Isso pode ser alcançado por meio de um protocolo de duas rodadas. Com base em quase todos os protocolos BFT baseados em visão, apenas duas pequenas modificações são necessárias:

Primeira Rodada: Cada participante envia sua contribuição autenticada para todos os outros participantes.

Segunda Rodada: Cada participante, se receber uma entrada autenticada do participante i, adiciona i à sua lista de inclusão. Subsequentemente, esse participante envia sua lista de inclusão ao líder. Esta operação é equivalente a um compromisso: eles só aceitarão blocos que incluam todas as entradas daquela lista.

Proposta BFT: Após receber essas mensagens, o líder inclui a união de todas as listas de inclusão recebidas no bloco.

Votação BFT: Um participante só votará a favor se um bloco incluir todas as entradas de sua própria lista de inclusão.

É evidente que, de acordo com esse esboço de protocolo, um protocolo completo pode ser construído. Este protocolo pode satisfazer uma forte qualidade de cadeia após o Tempo de Estabilidade Global (GST), fornecer resistência à censura e permanecer ativo quando o líder for uma parte honesta. Para alcançar a SCQ antes do GST, também é necessário aguardar um número suficiente (quórum) de valores ou listas em cada rodada. Vamos detalhar este protocolo e suas formas estendidas em artigos subsequentes.

Pesquisas recentes indicam que, para alcançar uma forte qualidade da cadeia e resistência à censura, duas rodadas adicionais precisam ser adicionadas além das rodadas de votação dos protocolos BFT convencionais (como mostrado no esboço do protocolo acima). Também vamos elaborar sobre esse resultado em artigos subsequentes.

Embora a forte qualidade da cadeia (SCQ) especifique a proporção do espaço do bloco que uma aliança pode controlar, ela não restringe totalmente a ordem das transações dentro do bloco. O SCQ pode ser entendido como reservando espaço para cada nó de apostas, mas não garante a ordem das transações dentro desse espaço.

Isso abre ricas oportunidades de pesquisa para o design de mecanismos de ordenação de transações. Espera-se que um bom mecanismo de ordenação melhore ainda mais a justiça e a eficiência dentro do ecossistema blockchain. Uma direção que vale a pena notar é ordenar as transações com base nas taxas de prioridade.