a16z：「Qualidade da cadeia forte」 permite que cada staker tenha um espaço exclusivo no bloco

Da qualidade da cadeia à qualidade da cadeia forte: na era de alto throughput, como alcançar verdadeiramente «as minhas transacções, eu é que mando».

Autor: @ittaia, @PGarimidi e @jneu_net

Compilação: AididiaoJP, Foresight News

A Qualidade da Cadeia (Chain Quality, CQ) é uma propriedade central de uma blockchain. Em termos simples, significa:

Se tiveres 3% do valor apostado, então, no intervalo médio de tempo, consegues controlar 3% do espaço dos blocos.

Para as blockchains iniciais com um throughput mais baixo, a qualidade da cadeia já é suficiente. Mas as blockchains modernas têm muito mais largura de banda, sendo possível incluir um grande número de transacções num único bloco.

Isto leva-nos a um conceito mais forte e mais fino. Ele não se concentra apenas na proporção média de espaço de bloco ao longo do tempo; olha antes para a divisão do espaço de bloco dentro de cada bloco. Chamamo-lo de «Qualidade da Cadeia Forte» (Strong Chain Quality, SCQ):

Se tiveres 3% do valor apostado, então, em cada bloco, consegues controlar 3% do espaço dos blocos.

Em essência, esta propriedade permite que as partes interessadas tenham «faixas virtuais» dentro de uma blockchain de alta capacidade de processamento, assegurando que as suas transacções sejam incluídas.

A «qualidade da cadeia» numa blockchain

Uma das principais inovações do Bitcoin — hoje praticamente todas as blockchains possuem isto — é a introdução, dentro do protocolo, de um mecanismo de recompensas para proponentes de blocos: a parte que consegue anexar um bloco ao autómato de estados pode receber os tokens recentemente cunhados e as taxas de transacção. Estas recompensas são definidas pela função de transição de estados e reflectem-se, por fim, no estado do sistema.

No modelo tradicional de computação distribuída, os participantes são divididos em partes honestas e partes maliciosas. Não há necessidade de recompensar as partes honestas, porque o comportamento honesto é a suposição por defeito do modelo.

Já num modelo de economia criptográfica, os participantes são tratados como agentes racionais, e a sua função de utilidade pode ser desconhecida. O objectivo é desenhar mecanismos de incentivo para que esses participantes, ao optimizarem o seu próprio lucro, se alinhem naturalmente com o funcionamento bem-sucedido do protocolo. Com o mecanismo de recompensas interno ao protocolo, podemos obter a seguinte definição idealizada de qualidade da cadeia:

Qualidade da Cadeia (CQ): numa coligação que possui X% do valor total apostado, após o tempo de estabilidade global (GST), há uma probabilidade de X% de se tornar proponente de cada bloco que entre na cadeia.

Se uma cadeia se desviar dos requisitos de qualidade da cadeia, pode permitir que algumas coligações obtenham uma quota de recompensas superior à proporção normal, enfraquecendo a motivação para o comportamento honesto e ameaçando a segurança do protocolo.

Muitas blockchains procuram satisfazer, ou esforçam-se por satisfazer, esta propriedade através de um mecanismo de rotação aleatória de líderes «ponderada pelo peso das apostas». Os desafios típicos que enfrentamos hoje incluem: o problema de «mineração egoísta» do Bitcoin; a questão de resistência a bifurcações na cauda do Monad; e problemas no protocolo Ethereum LMD GHOST.

A origem da «Qualidade da Cadeia Forte»

Quando o espaço dos blocos é suficientemente amplo, não precisamos de atribuir todo o conteúdo do bloco a um único proponente monopolista. Pelo contrário, o espaço de um mesmo bloco pode ser dividido em conjunto por múltiplos participantes. A definição económica criptográfica de qualidade da cadeia forte expressa precisamente esta ideia:

Qualidade da Cadeia Forte (SCQ): numa coligação que possui X% do valor total apostado, após o tempo de estabilidade global (GST), consegue controlar X% do espaço dos blocos em cada bloco.

Esta propriedade idealizada introduz implicitamente o conceito abstracto de «faixas virtuais». Isto significa que, na prática, a coligação consegue controlar uma certa proporção de espaço de bloco dedicado em cada bloco.

Do ponto de vista económico, possuir uma faixa virtual equivale a deter um activo produtivo gerador de rendimento; esses rendimentos podem vir de taxas de transacção ou de MEV (valor máximo extraível). Entidades externas competem em torno das apostas para obter e manter essas faixas, o que cria uma procura contínua pelo token L1 subjacente. Quanto maior o valor económico que uma faixa consegue gerar, maior é a motivação das partes para competirem por valor apostado, e quanto maior o valor acumulado que podem obter as apostas em L1 que detêm o acesso a esse espaço de blocos, maior é essa dinâmica. Através desta abstração, podemos transformar uma capacidade mais forte de resistência à censura numa propriedade efectiva de validade da SCQ dentro do protocolo.

Qualidade da Cadeia Forte e resistência à censura

Pesquisas recentes indicam que a resistência à censura é muito importante. Este tipo de protocolo não só deve garantir que as entradas das partes honestas acabem por ser incluídas, como também deve assegurar que elas possam ser incluídas imediatamente. A Qualidade da Cadeia Forte (SCQ) pode ser vista como uma extensão desta propriedade no contexto de uma blockchain com capacidade de bloco limitada.

Num cenário real, se a quantidade de transacções a incluir exceder o espaço de bloco disponível, nenhum protocolo consegue cumprir o significado ideal de resistência à censura. A SCQ lida com esta limitação de uma forma mais pragmática: não exige que todas as transacções honestas sejam sempre incluídas; em vez disso, atribui a cada nó com aposta um «orçamento», garantindo que, dentro desse orçamento, as suas transacções possam ser incluídas.

O protocolo MCP é proposto como um componente construído por cima de protocolos de consenso do tipo PBFT (tolerância a falhas bizantinas práticas) já existentes, com o objectivo de dotá-los de resistência à censura. Este protocolo satisfaz simultaneamente os requisitos da SCQ — ele atribui ao proponente um espaço de bloco correspondente à proporção do valor apostado. Já os protocolos BFT baseados em grafos acíclicos dirigidos (DAG) fornecem uma forma de realizar um mempool multi-escritor e também possuem algum grau de resistência à censura.

Implementações padrão destes protocolos normalmente falham em satisfazer estritamente a SCQ, porque permitem que os líderes atrasem selectivamente subconjuntos de transacções. Contudo, com pequenas modificações, é possível restaurar a SCQ. Uma direcção relacionada é o «forçar a inclusão de transacções», para reduzir comportamentos de censura.

O MCP também demonstra como implementar uma propriedade de ocultação ainda mais forte. Com base nesta propriedade, as partes interessadas podem criar faixas privadas virtuais; o conteúdo dessas faixas só é revelado quando o bloco inteiro é publicado publicamente para o exterior. Vamos desenvolver este ponto com mais detalhe em artigos subsequentes.

Como implementar a Qualidade da Cadeia Forte

Para obter Qualidade da Cadeia Forte após o Tempo de Estabilidade Global (GST), o ponto-chave é garantir que o proponente não pode censurar livremente as entradas das partes interessadas. Isto pode ser feito com um protocolo de duas rondas. Em praticamente todos os protocolos BFT baseados em visões, basta fazer duas pequenas alterações:

• Primeira ronda: cada participante envia as suas entradas autenticadas para todos os outros participantes.
• Segunda ronda: cada participante, se tiver recebido entradas autenticadas do participante i, adiciona i à sua lista de inclusão. Em seguida, esse participante envia a sua lista de inclusão ao líder. Esta operação equivale a um compromisso: só aceitará blocos que incluam todas as entradas presentes em toda a lista.
• Proposta BFT: depois de o líder receber estas mensagens, inclui no bloco a união de todas as listas de inclusão recebidas.
• Votação BFT: um participante só emite voto a favor quando um bloco inclui todas as entradas contidas na lista de inclusão do próprio participante.

Como se vê, seguindo este esboço do protocolo, é possível construir um protocolo completo. Este protocolo consegue satisfazer a Qualidade da Cadeia Forte após o Tempo de Estabilidade Global (GST), fornecer resistência à censura e manter-se activo quando os líderes são honestos. Se também for necessário alcançar SCQ antes do GST, será preciso esperar, em cada ronda, por um número suficiente de valores (ou listas) (quórum legal). Vamos detalhar este protocolo e as suas formas de extensão em artigos subsequentes.

Pesquisas recentes sugerem que, para implementar Qualidade da Cadeia Forte e resistência à censura, é necessário adicionar duas rondas adicionais (como no esboço do protocolo acima) para além das rondas de votação de um protocolo BFT convencional. Também iremos detalhar esta conclusão em artigos subsequentes.

Embora a Qualidade da Cadeia Forte (SCQ) determine a proporção do espaço de blocos que uma coligação consegue controlar, ela não restringe completamente a ordenação das transacções dentro do bloco. A SCQ pode ser entendida como: reserva espaço para cada nó com aposta, mas não garante a ordem das transacções dentro desses espaços.

Isto abre um rico espaço de investigação para o desenho de mecanismos de ordenação de transacções. Um bom mecanismo de ordenação tem potencial para melhorar ainda mais a justiça e a eficiência no ecossistema de blockchains. Uma direcção a acompanhar é ordenar transacções com base nas taxas prioritárias.