作者：Pranav Garimidi、Joachim Neu、Max Resnick，a16z crypto研究员；来源：a16z crypto；编译：Shaw 金色财经

Hoy en día, la blockchain puede afirmar con confianza que posee la capacidad de procesamiento necesaria para competir con la infraestructura financiera existente. Los sistemas de producción actuales pueden manejar decenas de miles de transacciones por segundo, y el rendimiento futuro experimentará mejoras en órdenes de magnitud.

Sin embargo, más allá del simple rendimiento, las aplicaciones financieras también requieren previsibilidad. Cuando se inicia una transacción —ya sea una transacción, una oferta, o una opción de ejercicio— poder garantizar de manera confiable el tiempo de confirmación en la cadena es crucial para el funcionamiento normal del sistema financiero. Si las transacciones enfrentan retrasos impredecibles (ya sea por interferencias maliciosas o situaciones fortuitas), muchas aplicaciones no podrán funcionar correctamente. Para que las aplicaciones financieras en la cadena sean competitivas, la blockchain debe ofrecer garantías de transacciones en la cadena a corto plazo: siempre que una transacción válida se envíe a la red, se debe garantizar que se empaquetará en la cadena lo más rápido posible.

Tomemos como ejemplo un libro de órdenes en la cadena. Un libro de órdenes eficiente requiere que los creadores de mercado proporcionen liquidez mediante la colocación continua de órdenes para comprar y vender activos. El problema central que enfrentan los creadores de mercado es: al mismo tiempo que buscan reducir al mínimo el diferencial de precios (la diferencia entre el precio de compra y el precio de venta), deben evitar el riesgo de selección adversa que puede surgir debido a la desconexión entre sus cotizaciones y el mercado. Para ello, los creadores de mercado deben actualizar constantemente sus órdenes para reflejar las condiciones del mercado más recientes. Por ejemplo, cuando la Reserva Federal emite un anuncio que provoca grandes fluctuaciones en los precios de los activos, los creadores de mercado deben actualizar sus órdenes inmediatamente al nuevo precio. En este caso, si la transacción utilizada por el creador de mercado para actualizar la orden no puede ser confirmada en la cadena de inmediato, los arbitrajistas ejecutarán transacciones a precios obsoletos, lo que les ocasionará pérdidas. Los creadores de mercado se verán obligados a ampliar el diferencial de precios para reducir este tipo de riesgo, lo que a su vez disminuirá la competitividad de la plataforma de transacciones en la cadena.

Un mecanismo de transacciones en la cadena predecible puede proporcionar garantías confiables a los creadores de mercado, permitiéndoles responder rápidamente a eventos externos y mantener el funcionamiento eficiente del mercado en la cadena.

La brecha entre el estado actual y la demanda

En la actualidad, las blockchains públicas existentes solo pueden proporcionar garantías relativamente confiables de confirmación en la cadena en el orden de varios segundos. Esta garantía es suficiente para aplicaciones de pago, pero es muy insuficiente para muchas aplicaciones financieras que requieren que los participantes del mercado respondan a la información en tiempo real. En el ejemplo del libro de órdenes mencionado anteriormente: para los creadores de mercado, si las transacciones de los arbitrajistas pueden ser empaquetadas en bloques anteriores, entonces la garantía de “confirmación en la cadena en segundos” es totalmente irrelevante. Sin garantías sólidas de confirmación en la cadena, los creadores de mercado solo pueden cubrir el mayor riesgo de selección adversa ampliando el diferencial de precios y ofreciendo cotizaciones menos favorables a los usuarios. Esto hará que las transacciones en la cadena pierdan atractivo en comparación con otros lugares de transacción que ofrezcan garantías más sólidas.

Si la blockchain realmente quiere cumplir con la visión de convertirse en la infraestructura moderna del mercado de capitales, los desarrolladores deben abordar estos problemas para que aplicaciones de alto valor como los libros de órdenes prosperen en la cadena.

¿Dónde radica realmente la dificultad de la previsibilidad?

Fortalecer las garantías de confirmación en la cadena en las blockchains públicas existentes para respaldar este tipo de escenarios financieros es extremadamente difícil. Actualmente, algunos protocolos dependen de un solo nodo (es decir, el “nodo de bloque”), que decide dentro de un tiempo determinado qué transacciones pueden ser empaquetadas. Este diseño, aunque reduce la dificultad de ingeniería para construir blockchains públicas de alto rendimiento, también crea un punto potencial de monopolio económico: el nodo de bloque puede aprovecharse de esta manera. En términos generales, durante el período en el que un nodo es seleccionado como nodo de bloque, tiene control absoluto sobre qué transacciones se incluirán en el bloque.

Para las blockchains públicas que albergan diversas actividades financieras, el nodo de bloque está en una posición privilegiada. Si ese nodo se niega a empaquetar una transacción en particular, la única opción para el usuario es esperar al siguiente nodo de bloque que esté dispuesto a empaquetar dicha transacción. En una red sin permisos, el nodo de bloque tiene un incentivo inherente para extraer valor, conocido como el valor extraíble por los mineros (MEV). El MEV no se limita a ejecutar ataques de sándwich en transacciones de AMM. Incluso si el nodo de bloque solo retrasa el empaquetado de las transacciones durante decenas de milisegundos, puede obtener enormes beneficios y reducir drásticamente la eficiencia operativa de las aplicaciones subyacentes. Si el libro de órdenes prioriza solo las transacciones de algunos operadores, esto es injusto para todos los demás participantes. En casos extremos, el comportamiento malicioso del nodo de bloque podría incluso llevar a los operadores a abandonar por completo la plataforma.

Por ejemplo: si la Reserva Federal anuncia un aumento de tasas, el precio de ETH cae un 5% de inmediato. Todos los creadores de mercado en el libro de órdenes se apresuran a retirar sus órdenes existentes y a reordenar a los nuevos precios. Al mismo tiempo, todos los arbitrajistas también envían transacciones, tratando de vender ETH a precios obsoletos. Si ese libro de órdenes opera bajo un protocolo de diseño de nodo de bloque único, este nodo tendrá un gran poder. Puede optar por revisar todas las transacciones de retiro de los creadores de mercado, permitiendo que los arbitrajistas obtengan grandes beneficios; o puede no revisar completamente los retiros, sino retrasar el procesamiento hasta que las transacciones de los arbitrajistas estén en la cadena y luego liberarlas; el nodo de bloque incluso puede insertar directamente su propia transacción de arbitraje, obteniendo beneficios completos del desvío de precios.

Dos demandas centrales: resistencia a la censura y privacidad de las transacciones

Frente a esta posición ventajosa, la participación activa de los creadores de mercado se volverá poco rentable: tan pronto como hay una fluctuación en los precios, pueden ser explotados. El problema radica en que el nodo de bloque tiene privilegios excesivos en dos aspectos: el nodo de bloque puede revisar las transacciones de cualquier operador; el nodo de bloque puede ver las transacciones de otros y, en base a ello, presentar sus propias transacciones de respuesta. Cualquiera de estos problemas puede tener consecuencias desastrosas.

Ejemplo ilustrativo

Podemos aclarar el problema a través de un ejemplo. Supongamos que hay dos postores en una subasta: Alice y Bob, y que Bob es el nodo de bloque del bloque donde se lleva a cabo la subasta. (El uso de solo dos postores es para facilitar la explicación; esta lógica se aplica a cualquier número de postores).

La subasta acepta ofertas durante el tiempo de generación del bloque, con un intervalo de tiempo de t=0 a t=1. Alice presenta una oferta bA en el momento tA, y Bob presenta una oferta bB en el momento tB (tB > tA). Dado que Bob es el nodo de bloque de ese bloque, siempre puede asegurarse de que su oferta sea la última. Tanto Alice como Bob pueden leer el precio real de los activos que se actualiza continuamente (por ejemplo, el precio medio de un intercambio centralizado). Supongamos que el precio en el momento t es pt, y asumimos que en cualquier momento t, ambos esperan que el precio del activo al final de la subasta (t=1) sea igual al precio actual pt. Las reglas de la subasta son simples: el que ofrezca más gana y se realiza la transacción según su oferta.

Necesidad de resistencia a la censura

Ahora veamos qué sucede si Bob utiliza su ventaja como nodo de bloque. Si Bob puede revisar la oferta de Alice, el mecanismo de subasta fallará directamente. Solo necesita ofrecer un precio muy bajo para asegurarse la victoria, ya que todas las otras ofertas están bloqueadas. Esto hará que los ingresos finales de la subasta sean prácticamente cero.

Necesidad de privacidad de las transacciones

Una situación más compleja es: Bob no puede revisar directamente la oferta de Alice, pero puede ver su oferta antes de hacer su propia. En este caso, Bob adoptará una estrategia simple: al hacer su oferta, comprobará si el precio actual ptB es mayor que bA. Si lo es, ofrecerá un precio ligeramente superior a bA; si no, abandonará la oferta.

A través de esta estrategia, Bob mantendrá a Alice en un estado de selección adversa constante. Alice solo podrá ganar si su oferta es superior al valor esperado del activo después de que se actualice el precio. Cada vez que gane la subasta, sus expectativas se verán mermadas, y eventualmente dejará de participar en las pujas. Una vez que todos los competidores se hayan retirado, Bob puede ofrecer un precio muy bajo y ganar la subasta, haciendo que los ingresos de la subasta sean cero.

La conclusión central de este caso es: la duración de la subasta no importa. Siempre que Bob pueda revisar la oferta de Alice, o ver su oferta antes de hacer la suya, la subasta está destinada al fracaso.

Esta lógica se aplica igualmente a todos los escenarios de comercio de activos de alta frecuencia, incluidos el comercio al contado, contratos perpetuos, intercambios de derivados, etc.: si hay un nodo de bloque con el mismo poder que Bob en el caso anterior, todo el mecanismo del mercado colapsará. Para que los productos en la cadena que sirven a estos escenarios sean viables, no se les debe otorgar tales privilegios a los nodos de bloque.

¿Cómo surgen estos problemas en la práctica actual?

La descripción anterior pinta un panorama poco optimista para cualquier transacción en la cadena que utilice un protocolo de nodo de bloque único sin permisos. Sin embargo, muchos de estos protocolos aún muestran un buen rendimiento en el volumen de transacciones de los intercambios descentralizados (DEX). ¿Cuál es la razón detrás de esto?

En la práctica, hay dos fuerzas que contrarrestan los problemas mencionados:

• Los nodos de bloque no han abusado completamente de sus privilegios económicos, ya que suelen tener un gran interés en el éxito de la blockchain subyacente;

• Diversas aplicaciones han construido soluciones alternativas para reducir su vulnerabilidad a estos problemas.

Aunque estos dos factores han permitido que las finanzas descentralizadas (DeFi) funcionen hasta ahora, a largo plazo, no son suficientes para que el mercado en la cadena compita realmente con el mercado tradicional fuera de la cadena.

En una blockchain pública con actividad económica significativa, obtener el derecho a ser nodo de bloque requiere apostar una gran cantidad de tokens. Por lo tanto, los nodos de bloque deben poseer una gran cantidad de colaterales, o tener suficiente reputación para que otros tenedores de tokens deleguen sus derechos de apuesta a ellos. En cualquier caso, los operadores de nodos grandes suelen ser entidades públicas, y su reputación está en riesgo. Además de la reputación, el colateral que poseen también significa que tienen un incentivo económico para impulsar el desarrollo positivo de la blockchain. Por esta razón, actualmente no vemos nodos de bloque abusando completamente del poder del mercado como se describió anteriormente, pero esto no significa que estos problemas no existan.

Por un lado, basar la restricción de la buena voluntad de los operadores de nodos en la presión social y los intereses a largo plazo no es una base confiable para el sistema financiero futuro. A medida que la escala de las actividades financieras en la cadena crece, el espacio de ganancias potenciales para los nodos de bloque también aumentará. Cuanto mayor sea este potencial, más difícil será restringir a los nodos de bloque socialmente y hacer que actúen en contra de sus intereses a corto plazo.

Por otro lado, el grado de abuso del poder del mercado por parte de los nodos de bloque es un intervalo continuo, que va desde un comportamiento moderado hasta la destrucción total del mercado. Los operadores de nodos pueden explorar progresivamente su poder para obtener mayores beneficios. Cuando algunos operadores superan continuamente los límites de comportamiento aceptables, otros nodos seguirán rápidamente su ejemplo. El comportamiento de un solo nodo puede parecer tener un impacto limitado, pero cuando todos comienzan a imitarlo, el impacto será muy evidente.

El ejemplo que mejor ilustra este fenómeno podría ser el juego de temporización: los nodos de bloque intentarán retrasar la publicación de bloques tanto como sea posible, mientras aseguran que los bloques sigan siendo válidos dentro del protocolo, para obtener recompensas más altas. Esto puede llevar a un aumento en el tiempo de bloque, y si el nodo es demasiado agresivo, incluso puede haber casos en los que se salten bloques. Aunque la rentabilidad de estas estrategias es bien conocida, los nodos de bloque inicialmente eligen no participar en este tipo de juego principalmente para mantener una buena imagen como administradores de la blockchain. Sin embargo, este equilibrio social es muy frágil. Una vez que un operador de nodo comienza a adoptar estas estrategias para obtener mayores beneficios sin ser castigado, otros nodos rápidamente seguirán su ejemplo.

El juego de temporización es solo un ejemplo de cómo los nodos de bloque pueden aumentar sus beneficios sin abusar completamente de su poder. También pueden adoptar muchas otras formas de mejorar su retorno a expensas de las aplicaciones. Vistos de manera aislada, estos métodos pueden estar dentro de lo soportable para las aplicaciones, pero eventualmente alcanzarán un punto crítico donde los costos de operación en la cadena superan los beneficios.

Otro factor que mantiene en funcionamiento a DeFi es que: las aplicaciones trasladan la lógica central fuera de la cadena, solo llevando los resultados a la cadena. Por ejemplo, todos los protocolos que necesitan ejecutar subastas rápidamente eligen hacerlo fuera de la cadena. Estas aplicaciones suelen funcionar en un conjunto de nodos autorizados para evitar problemas causados por nodos de bloque maliciosos. Por ejemplo, UniswapX ejecuta subastas holandesas en la cadena principal de Ethereum para emparejar transacciones, mientras que Cowswap también ejecuta subastas en lotes fuera de la cadena.

Este enfoque, aunque garantiza el funcionamiento de la aplicación, pone en peligro el valor fundamental de la blockchain subyacente y de lo que se construye en la cadena. Si la lógica de ejecución de la aplicación se realiza fuera de la cadena, la blockchain subyacente se convertirá simplemente en una capa de liquidación. Una de las ventajas más fundamentales de DeFi es la composibilidad, y en un mundo donde toda la ejecución ocurre fuera de la cadena, estas aplicaciones están naturalmente en un entorno desconectado entre sí. Depender de la ejecución fuera de la cadena también agrega nuevas premisas al modelo de confianza de estas aplicaciones: las aplicaciones no solo necesitan que la blockchain subyacente funcione correctamente, sino que también deben depender de la disponibilidad de la infraestructura fuera de la cadena para operar correctamente.

Cómo lograr la previsibilidad

Para abordar estos problemas, los protocolos deben cumplir con dos características clave: garantías estables de confirmación en la cadena y reglas de ordenación, así como protección de privacidad antes de la confirmación de la transacción.

Requisito central uno: resistencia a la censura

Resumimos la primera característica como resistencia a la censura a corto plazo. Si un protocolo tiene resistencia a la censura a corto plazo, entonces cualquier transacción que llegue a un nodo honesto debe garantizarse que será empaquetada en el siguiente bloque disponible.

Resistencia a la censura a corto plazo: cualquier transacción válida que llegue a un nodo honesto a tiempo deberá ser incluida en el siguiente bloque.

Más precisamente, supongamos que el protocolo funciona basado en un reloj fijo, y los bloques se generan en un tiempo fijo, por ejemplo, uno cada 100 milisegundos. Entonces necesitamos la siguiente garantía: si una transacción llega a un nodo honesto en 250 milisegundos, debe ser empaquetada en el bloque generado a los 300 milisegundos. Los atacantes no deben tener el poder de seleccionar arbitrariamente transacciones, empaquetarlas selectivamente o eliminar ciertas transacciones. La idea central de esta definición es que los usuarios y las aplicaciones deben tener una forma altamente confiable de garantizar que las transacciones se incluyan en la cadena en cualquier momento. No debería ser posible que un solo nodo pierda paquetes —ya sea por malicia o por fallas operativas— causando que una transacción no se confirme en la cadena.

Aunque esta definición requiere que se proporcione una garantía de confirmación en la cadena para cualquier transacción que llegue a un nodo honesto, en la práctica, el costo de implementar esto puede ser demasiado alto. Su significado central es: el protocolo debe tener suficiente estabilidad para que el punto de entrada de la confirmación en la cadena de las transacciones muestre una gran previsibilidad y una lógica simple y comprensible. Los protocolos de nodo de bloque único sin permisos claramente no cumplen con esta característica, porque si el único nodo de bloque en un momento dado actúa de manera maliciosa, no hay otras formas de confirmar la transacción en la cadena. Sin embargo, incluso si solo un grupo de cuatro nodos puede garantizar el empaquetado de las transacciones en cada período de tiempo, eso aumentará significativamente las opciones de los usuarios y las aplicaciones para confirmar transacciones en la cadena. Para permitir que las aplicaciones prosperen de manera estable, vale la pena sacrificar algo de rendimiento a cambio de confiabilidad. Encontrar un equilibrio adecuado entre robustez y rendimiento aún requiere más investigación, pero las garantías proporcionadas por los protocolos existentes son muy insuficientes.

Una vez que el protocolo pueda garantizar la confirmación en la cadena de las transacciones, el problema de ordenación se resolverá fácilmente. El protocolo puede emplear cualquier regla de ordenación determinista para garantizar resultados de ordenación coherentes. La solución más simple es ordenar por tarifas prioritarias, o permitir que las aplicaciones ordenen de manera flexible las transacciones que interactúan con su estado. La mejor manera de ordenar las transacciones sigue siendo un área de investigación activa, pero de cualquier manera, solo cuando las transacciones pueden confirmarse con éxito en la cadena, las reglas de ordenación tendrán sentido.

Requisito central dos: privacidad de la información

Después de implementar la resistencia a la censura a corto plazo, una segunda característica clave que debe cumplir el protocolo es una capacidad de protección de privacidad que llamamos ocultación.

Ocultación: antes de que la transacción sea confirmada y registrada de forma definitiva en la cadena, ninguna otra parte participante puede obtener información sobre esa transacción, excepto el nodo que recibe la transacción.

Los protocolos que cumplen con la ocultación permiten que el nodo receptor vea en texto claro todas las transacciones que se envían a él, pero requieren que el resto del protocolo no sepa nada sobre el contenido de la transacción hasta que se complete el consenso y se determine el orden de la transacción en el registro final. Por ejemplo, el protocolo puede utilizar cifrado con bloqueo de tiempo, haciendo que todo el contenido del bloque sea invisible hasta una fecha límite; o puede utilizar cifrado umbral, de modo que el bloque solo se descifre una vez que un comité confirme que el bloque es irreversible.

Esto significa que los nodos pueden abusar de la información de transacciones que se les envían, pero los otros nodos en la red no pueden conocer el contenido a confirmar hasta que se complete el consenso. Cuando la información de la transacción se haga pública a los otros nodos de la red, la transacción ya habrá sido ordenada y confirmada, por lo que no podrá haber transacciones de anticipación. Para que esta definición sea práctica, se requiere que múltiples nodos puedan completar la confirmación de transacciones en cualquier período de tiempo.

No hemos adoptado una definición de privacidad más fuerte —es decir, que solo el usuario sepa el contenido de la transacción antes de la confirmación (por ejemplo, en esquemas de pila de transacciones cifradas)— porque el protocolo necesita algún mecanismo como filtro de transacciones basura. Si el contenido de la transacción está completamente oculto a toda la red, esta no podrá distinguir entre transacciones basura y transacciones válidas. La única solución sería retener algunos metadatos no ocultos en las transacciones, como las direcciones de pago, que se cobrarían independientemente de si las transacciones son válidas. Sin embargo, estos metadatos aún pueden filtrar suficiente información para que los atacantes tengan oportunidades. Por lo tanto, preferimos diseñar un sistema en el que un solo nodo pueda ver la transacción completa, mientras que otros nodos de la red no pueden verla. Sin embargo, esto también significa que, para que esta característica sea efectiva, el usuario debe tener al menos un nodo honesto disponible como punto de entrada para confirmar transacciones en cada período de tiempo.

Conclusión

Un protocolo que combine resistencia a la censura a corto plazo y privacidad de información es la base ideal para construir aplicaciones financieras. Volviendo al ejemplo de ejecutar subastas en la cadena, estas dos características abordan directamente los problemas que Bob podría causar en el colapso del mercado. Bob no podrá revisar la oferta de Alice ni utilizar la oferta de Alice para guiar su propia oferta, resolviendo precisamente los problemas 1) y 2) del ejemplo anterior.

Con la garantía de resistencia a la censura a corto plazo, cualquier usuario que presente una transacción —ya sea una transacción o una oferta de subasta— puede asegurarse de que su transacción sea empaquetada de inmediato en la cadena. Los creadores de mercado pueden actualizar sus órdenes, los postores pueden ofrecer rápidamente, y las operaciones de liquidación pueden realizarse de manera eficiente. Los usuarios pueden estar seguros de que cualquier operación que inicien se llevará a cabo de inmediato. Esto permitirá que la nueva generación de aplicaciones financieras del mundo real de baja latencia se construya completamente en la cadena. Para que la blockchain compita verdaderamente con la infraestructura financiera existente, e incluso supere su rendimiento, debemos abordar problemas que van más allá de la simple capacidad de procesamiento.