a16z Crypto Última pesquisa: Qual é a chave para a aplicação em larga escala de DeFi?

作者：PGarimidi、jneu_net、@MaxResnic

Compilação: Jiahuan, ChainCatcher

A blockchain agora pode afirmar com certeza que possui a capacidade necessária para competir com a infraestrutura financeira existente. Os sistemas de produção atuais podem processar dezenas de milhares de transações por segundo e estão prestes a experimentar um aumento de magnitude. No entanto, além da capacidade bruta de processamento, as aplicações financeiras também precisam de previsibilidade. Seja para uma compra e venda, um lance em um leilão ou uma execução de opção, o funcionamento normal do sistema financeiro exige uma resposta clara: quando exatamente essa transação será executada? Se a transação enfrentar atrasos imprevisíveis (sejam eles maliciosos ou acidentais), muitas aplicações se tornarão inutilizáveis.

Para tornar as aplicações financeiras em blockchain competitivas, é necessário que a blockchain ofereça garantias de empacotamento de curto prazo, ou seja, se uma transação válida for enviada à rede, ela deve ser garantida para ser empacotada o mais rápido possível. Por exemplo, considere um livro de ordens em blockchain. Um livro de ordens eficiente requer que os market makers mantenham ordens de compra e venda no livro para fornecer liquidez continuamente.

O desafio crucial que os market makers enfrentam é: minimizar o spread de compra e venda o máximo possível, enquanto evitam o risco de “seleção adversa” devido a preços desviantes do mercado. Para isso, os market makers devem atualizar constantemente suas ordens para refletir o estado do mundo real. Por exemplo, se um anúncio do Federal Reserve causar um aumento acentuado nos preços dos ativos, os market makers precisam reagir imediatamente, atualizando suas ordens para o novo preço. Nesse caso, se a transação de atualização da ordem do market maker não for imediatamente realizada, eles sofrerão perdas porque os arbitradores executarão suas ordens a preços desatualizados. Os market makers então precisarão definir spreads mais amplos para reduzir sua exposição ao risco em tais eventos, o que, por sua vez, diminui a competitividade dos locais de negociação em blockchain.

A previsibilidade do empacotamento de transações fornece aos market makers uma forte garantia, permitindo que eles respondam rapidamente a eventos fora da cadeia e mantenham a eficiência do mercado em blockchain.

O que temos e o que precisamos

Atualmente, as blockchains existentes oferecem apenas garantias robustas de empacotamento final, geralmente em um intervalo de segundos. Embora essas garantias sejam suficientes para aplicações como pagamentos, elas são muito fracas para suportar um grande número de aplicações financeiras que requerem reações em tempo real à informação.

Tomando o livro de ordens mencionado como exemplo: para os market makers, se as transações dos arbitradores puderem ser incluídas em blocos mais antigos, então garantir que suas transações sejam empacotadas “nos próximos segundos” é irrelevante. Sem garantias de empacotamento robustas, os market makers serão forçados a ampliar o spread e oferecer preços menos favoráveis aos usuários para lidar com o aumento do risco de seleção adversa. Isso, por sua vez, diminui a atratividade das transações em blockchain em comparação com outros locais de negociação que oferecem garantias mais fortes.

Para que a blockchain realmente realize a visão de infraestrutura modernizada dos mercados de capitais, os construtores precisam resolver esses problemas para que aplicações de alto valor, como livros de ordens, possam florescer.

Onde exatamente está a dificuldade em alcançar a previsibilidade?

Fortalecer as garantias de empacotamento das blockchains existentes para suportar esses casos de uso é um desafio. Alguns protocolos atuais podem depender de um nó que pode decidir o empacotamento de transações em qualquer momento dado (“líder”). Embora isso simplifique os desafios de engenharia para construir blockchains de alto desempenho, também introduz um potencial gargalo econômico, onde esses líderes podem extrair valor. Normalmente, durante a janela em que um nó é escolhido como líder, ele tem total poder sobre quais transações empacotar em um bloco. Para uma blockchain que lida com atividades financeiras de qualquer escala, os líderes estão em uma posição privilegiada. Se esse único líder decidir não empacotar uma transação, a única remediação é esperar que o próximo líder disposto a empacotar essa transação apareça.

Em redes sem permissão, os líderes têm motivos para extrair valor, conhecido como MEV. O MEV vai muito além de simplesmente “sandwiching” transações de AMM. Mesmo que um líder apenas consiga atrasar uma transação em algumas dezenas de milissegundos, isso pode gerar enormes lucros e diminuir a eficiência das aplicações subjacentes. Um livro de ordens que prioriza apenas as transações de alguns traders coloca todos os outros em um ambiente de competição desleal. Na pior das hipóteses, um líder pode se tornar tão hostil que os traders abandonem completamente a plataforma.

Suponha que ocorra um aumento nas taxas de juros e o preço do ETH caia imediatamente 5%. Cada market maker no livro de ordens compete para cancelar suas ordens pendentes e emitir novas ordens a novos preços. Ao mesmo tempo, cada arbitrador envia ordens para vender ETH a preços desatualizados. Se esse livro de ordens estiver operando em um protocolo com um único líder, então esse líder terá um enorme poder. O líder pode simplesmente optar por ignorar todas as operações de cancelamento dos market makers, permitindo que os arbitradores obtenham lucros massivos. Alternativamente, o líder pode não revisar diretamente as operações de cancelamento, mas atrasar essas operações até que as transações dos arbitradores sejam executadas. O líder pode até inserir suas próprias transações de arbitragem para tirar proveito das discrepâncias de preços.

Duas demandas fundamentais

Diante dessas vantagens, a participação ativa dos market makers se torna economicamente inviável; sempre que há uma flutuação de preços, eles podem ser prejudicados. O problema se resume ao fato de que os líderes possuem privilégios excessivos em dois aspectos críticos: 1) o líder pode revisar as transações de qualquer outra pessoa e 2) o líder pode ver as transações dos outros e, em resposta, enviar suas próprias transações. Qualquer um desses problemas pode ser desastroso.

Um exemplo

Podemos identificar precisamente onde está o problema através do seguinte exemplo. Considere um leilão com dois concorrentes, Alice e Bob, onde Bob também é o líder do bloco em que o leilão ocorre. (O cenário com apenas dois concorrentes é para ilustrar o problema; a mesma lógica se aplica independentemente do número de concorrentes.)

O leilão aceita lances durante o intervalo de tempo necessário para a geração do bloco, digamos, do tempo t=0 ao t=1. Alice submete seu lance bA no tempo tA, e Bob submete seu lance bB no tempo tB > tA. Como Bob é o líder desse bloco, ele sempre pode garantir que age por último. Alice e Bob também têm uma fonte de verdade sobre o preço do ativo que está em constante atualização (por exemplo, o preço médio de uma exchange centralizada). No tempo t, suponha que esse preço seja pt. Suponha que, em qualquer momento t, a expectativa do mercado sobre o preço do ativo no final do leilão (t=1) seja sempre igual ao preço em tempo real atual pt. As regras do leilão são simples: o concorrente que fizer o maior lance entre Alice e Bob ganha o leilão e paga o valor do seu lance.

A necessidade de resistência à censura

Agora vamos considerar o que acontece quando Bob pode tirar proveito de sua posição como líder do leilão. Se Bob puder revisar o lance de Alice, o leilão certamente falhará. Sem outros concorrentes, Bob apenas precisa fazer um lance de um valor arbitrariamente pequeno para garantir a vitória no leilão. Isso resulta em um rendimento efetivamente igual a 0 no encerramento do leilão.

A demanda oculta

A situação se complica se Bob não puder revisar diretamente o lance de Alice, mas ainda puder ver o lance de Alice antes de fazer o seu próprio. Nesse caso, Bob tem uma estratégia simples. Quando ele faz seu lance, ele apenas precisa verificar se ptB > bA é verdadeiro. Se for, então o lance de Bob será apenas ligeiramente superior a bA; se não, Bob não faz nenhum lance.

Ao seguir essa estratégia, Bob coloca Alice em uma posição de seleção adversa. A única maneira de Alice ganhar é se a atualização de preço fizer com que seu lance seja maior que o valor esperado do ativo. Sempre que Alice vencer o leilão, ela espera perder dinheiro, preferindo não participar do leilão. Com todos os concorrentes desaparecendo, Bob pode novamente simplesmente fazer um lance de um valor arbitrariamente pequeno e vencer, enquanto o leilão efetivamente resulta em 0.

O ponto chave aqui é que a duração deste leilão não importa. Desde que Bob possa revisar o lance de Alice ou ver o lance de Alice antes de fazer o seu, o leilão está fadado ao fracasso.

O mesmo princípio neste exemplo se aplica a qualquer ambiente de ativos de alta frequência, seja negociação à vista, contratos perpétuos ou exchanges de derivativos: se houver um líder com o poder de Bob neste exemplo, esse líder pode causar o colapso total do mercado. Para que produtos em blockchain que atendem a esses casos de uso sejam viáveis, eles nunca devem conceder a esses líderes esse poder.

Como esses problemas surgem na prática hoje?

A história acima pinta um quadro sombrio das transações em blockchain em qualquer protocolo sem permissão com um único líder. No entanto, o volume de transações em exchanges descentralizadas (DEX) que operam em muitos protocolos de único líder continua saudável, por que isso? Na prática, a combinação de duas forças compensou os problemas mencionados:

• Os líderes não exploram plenamente seu poder econômico, pois geralmente investem fortemente no sucesso da blockchain subjacente;
• As aplicações já construíram soluções alternativas para não serem tão vulneráveis a esses problemas.

Embora esses dois fatores tenham mantido a operação das finanças descentralizadas (DeFi) até agora, a longo prazo, eles não são suficientes para fazer o mercado em blockchain competir realmente com o mercado fora da cadeia.

Para obter a qualificação de líder em uma blockchain com atividade econômica substancial, é necessário um grande montante de staking. Portanto, ou o líder possui uma quantidade significativa de staking, ou possui reputação suficiente para que outros detentores de tokens deleguem seu staking a ele. Em qualquer um dos casos, grandes operadores de nós geralmente são entidades conhecidas que têm sua reputação em risco. Não apenas a reputação, esse staking significa que esses operadores também têm incentivos financeiros para que sua blockchain funcione bem. Por isso, em grande medida, ainda não vimos líderes explorando plenamente seu poder de mercado como mencionado anteriormente - mas isso não significa que esses problemas não existam.

Primeiro, depender da boa vontade dos operadores de nós através da pressão social e apelar para seus incentivos de longo prazo não é uma base sólida para o futuro das finanças. À medida que a escala das atividades financeiras em blockchain aumenta, o potencial de lucro para os líderes também aumenta. Quanto mais esse potencial cresce, mais difícil se torna para a sociedade garantir que as ações dos líderes não contrariem seus interesses diretos imediatos.

Em segundo lugar, a extensão em que os líderes podem explorar seu poder de mercado é um espectro que vai de benéfico a um colapso total do mercado. Operadores de nós podem unilateralmente promover o uso de seu poder para obter lucros mais altos. Quando alguns operadores desafiam as linhas de base reconhecidas, outros rapidamente seguem o exemplo. O comportamento de um único nó pode parecer insignificante, mas quando todos mudam, o impacto é evidente.

Talvez o melhor exemplo desse fenômeno sejam os jogos de timing: os líderes tentam anunciar a geração de blocos o mais tarde possível, enquanto o protocolo ainda é válido, para ganhar recompensas mais altas. Quando os líderes são excessivamente agressivos, isso leva a tempos de geração de blocos mais longos e saltos de blocos. Embora a rentabilidade dessas estratégias seja amplamente conhecida, a razão pela qual os líderes escolhem não jogar esses jogos é principalmente para agir como bons administradores da blockchain. No entanto, esse é um equilíbrio social frágil. Uma vez que um único operador de nó comece a jogar essas estratégias para obter recompensas mais altas sem consequências, outros operadores rapidamente se juntarão.

Os jogos de timing são apenas um exemplo de como os líderes podem aumentar seu lucro sem explorar plenamente seu poder de mercado. Os líderes também podem tomar muitas outras medidas para aumentar suas recompensas à custa das aplicações. Isoladamente, essas medidas podem ser viáveis para as aplicações, mas eventualmente a balança se inclinará para um ponto em que o custo de estar na blockchain superará os benefícios.

Outro fator que mantém a DeFi em funcionamento é que as aplicações transferem lógica importante para fora da cadeia, publicando apenas os resultados na blockchain. Por exemplo, qualquer protocolo que precise realizar leilões rapidamente faz isso fora da cadeia. Essas aplicações geralmente executam seus mecanismos necessários em um conjunto de nós autorizados para evitar os problemas com líderes maliciosos. Por exemplo, a UniswapX executa seus leilões holandeses fora da mainnet Ethereum para concluir transações, da mesma forma, a CowSwap opera seus leilões em lote fora da cadeia.

Embora isso funcione para as aplicações, coloca a proposta de valor da camada base e da construção em blockchain em uma posição precária. No mundo onde a lógica de execução das aplicações está fora da cadeia, a camada base se transforma puramente em uma camada de liquidação. Um dos maiores atrativos da DeFi é a composibilidade. Em um mundo onde toda a execução acontece fora da cadeia, essas aplicações essencialmente vivem em ambientes isolados. Confiar na execução fora da cadeia também introduz novas suposições no modelo de confiança dessas aplicações. O funcionamento das aplicações não depende mais apenas da atividade da cadeia subjacente, essa infraestrutura fora da cadeia também deve funcionar corretamente.

Como obter previsibilidade

Para resolver esses problemas, precisamos que os protocolos satisfaçam duas propriedades: regras de empacotamento e ordenação de transações consistentes, bem como privacidade de transações antes da confirmação (para definições rigorosas e discussões extensivas sobre essas propriedades, consulte este artigo).

Demanda básica 1: resistência à censura

Conceituamos a primeira propriedade como resistência à censura de curto prazo. Se qualquer transação que chegue a um nó honesto for garantida para ser incluída no próximo bloco possível, então o protocolo é considerado resistente à censura de curto prazo:

Resistência à censura de curto prazo: Qualquer transação válida que chegue pontualmente a qualquer nó honesto será necessariamente empacotada no próximo bloco possível.

Mais especificamente, assumimos que o protocolo opera em um relógio fixo, onde cada bloco é gerado em um tempo definido, por exemplo, a cada 100 milissegundos. Portanto, precisamos garantir que se uma transação chegar a um nó honesto em t=250ms, ela será incluída no bloco gerado em t=300ms. Os adversários não devem ter o direito de selecionar aleatoriamente algumas transações que ouviram para empacotá-las e ignorar outras.

O espírito dessa definição é que os usuários e as aplicações devem ter uma maneira extremamente confiável de ver suas transações realizadas em qualquer ponto no tempo. Não deve haver casos em que um único nó, por acaso, perca pacotes (seja por malícia ou simples falha de funcionamento) e a transação não seja realizada. Embora essa definição exija garantias de empacotamento para transações que cheguem a qualquer nó honesto, na prática, o custo de implementar isso pode ser muito alto. A característica importante é que o protocolo deve ser robusto, de modo que o comportamento dos pontos de entrada em blockchain seja altamente previsível e fácil de inferir.

Protocolos de único líder sem permissão falham claramente em atender a essa propriedade, pois se, a qualquer momento, o único líder for um nó bizantino, não há como garantir o empacotamento da transação. No entanto, mesmo um conjunto de quatro nós capazes de garantir o empacotamento de transações em cada intervalo de tempo melhora significativamente o número de opções dos usuários e aplicações para realizar suas transações. Trocar um certo montante de desempenho por um protocolo que possa permitir o florescimento confiável de aplicações é valioso. Há mais trabalho a ser feito para encontrar o equilíbrio certo entre robustez e desempenho, mas as garantias oferecidas pelos protocolos existentes são insuficientes.

Dado que o protocolo pode garantir o empacotamento, a ordenação é, de certa forma, uma consequência natural. O protocolo pode usar qualquer regra de ordenação determinística que desejar para garantir uma ordenação consistente. A solução mais simples é ordenar por taxas prioritárias, ou talvez permitir que as aplicações ordenem transações que interagem com seu estado de forma flexível. A melhor maneira de ordenar transações ainda é um campo de pesquisa ativo, mas, de qualquer forma, as regras de ordenação só fazem sentido na base de transações que precisam ser realizadas.

Demanda básica 2: ocultação

Após a resistência à censura de curto prazo, a próxima propriedade mais importante é que o protocolo ofereça uma forma de privacidade que chamamos de “ocultação”.

Ocultação: Antes que o protocolo finalize o empacotamento de uma transação, nenhuma parte, exceto o nó que recebeu a transação submetida, pode obter qualquer informação sobre essa transação.

Protocolos que possuem a propriedade de “ocultação” podem permitir que os nós vejam todas as transações submetidas a eles em texto claro, mas exigem que o restante do protocolo mantenha um estado cego até que um consenso seja alcançado e a ordem das transações seja determinada no log final. Por exemplo, o protocolo pode usar criptografia com bloqueio de tempo para ocultar todo o conteúdo do bloco até um determinado prazo; ou o protocolo pode usar criptografia de limiar para que o bloco seja imediatamente descriptografado assim que um comitê concordar que ele foi confirmado de forma irreversível.

Isso significa que os nós podem abusar das informações obtidas de qualquer transação submetida a eles, mas o restante do protocolo só saberá do conteúdo com o qual chegaram a um consenso depois que o fato já ocorreu. Quando a informação da transação é divulgada ao restante da rede, a transação já foi ordenada e confirmada, portanto, nenhuma outra parte pode “correr” para ela. Para que essa definição seja útil, isso realmente significa que múltiplos nós podem fazer as transações serem realizadas em qualquer dado período de tempo.

Desistimos de usar um conceito mais forte, onde os usuários só conhecem qualquer informação sobre suas transações antes da confirmação (por exemplo, em um pool de memórias criptografadas), pois o protocolo precisa tomar algumas medidas como um filtro de transações lixo. Se o conteúdo da transação estiver completamente oculto para toda a rede, então a rede não pode filtrar transações lixo de transações significativas. A única maneira de resolver esse problema é vazar alguns metadados não ocultos como parte da transação, como o endereço do pagador da taxa, que será cobrado independentemente de a transação ser válida ou não.

No entanto, esses metadados podem vazar informações suficientes para que adversários possam explorá-las. Portanto, preferimos que um único nó tenha total visibilidade sobre a transação, enquanto os outros nós na rede não tenham visibilidade alguma sobre ela. Mas isso também significa que, para que essa propriedade seja útil, os usuários precisam ter pelo menos um nó honesto como ponto de entrada em blockchain para realizar transações em cada período de tempo.

Um protocolo que possui tanto resistência à censura de curto prazo quanto ocultação fornece uma base ideal para construir aplicações financeiras. Voltando ao exemplo de tentarmos executar leilões em blockchain, essas duas propriedades abordam diretamente as maneiras pelas quais Bob poderia causar o colapso do mercado. Bob não pode revisar o lance de Alice, nem pode usar o lance de Alice para informar seu próprio lance, o que resolve com precisão os problemas do exemplo anterior.

Com resistência à censura de curto prazo, qualquer pessoa que submeta uma transação (seja uma transação ou um lance em um leilão) pode garantir que será imediatamente empacotada. Os market makers podem alterar suas ordens; os licitantes podem fazer lances rapidamente; as liquidações podem ser realizadas de forma eficiente. Os usuários podem ter a certeza de que qualquer ação que tomem será executada imediatamente. Isso, por sua vez, permitirá que a próxima geração de aplicações financeiras do mundo real de baixa latência seja totalmente construída em blockchain.

Para que a blockchain realmente compita com a infraestrutura financeira existente, e até a supere, precisamos resolver problemas que não se resumem apenas à capacidade de processamento.