a16z：「Качество сильной цепи」 позволяет каждому залогодержателю иметь собственное пространство в блоке

От качества цепочки к качеству сильной цепочки: в эпоху высокой пропускной способности — как действительно реализовать «мои транзакции, я сам решаю».

Автор: @ittaia, @PGarimidi и@jneu_net

Перевод: AididiaoJP, Foresight News

Качество цепочки (Chain Quality, CQ) — это одно из ключевых свойств блокчейна. Говоря простыми словами, его смысл в том, что:

если вы владеете 3% доли в стейкинге, то в среднем в пределах временного интервала вы сможете контролировать 3% пространства блоков.

Для ранних блокчейнов с невысокой пропускной способностью качества цепочки уже достаточно. Но у современных блокчейнов пропускная способность намного выше, и в одном блоке можно разместить огромное количество транзакций.

Отсюда возникает более сильное и более детализированное понятие. Оно не только рассматривает долю пространства блоков, усреднённую по времени, но и фокусируется на разбиении пространства блоков внутри каждого отдельного блока. Мы называем это «качеством сильной цепочки» (Strong Chain Quality, SCQ):

если вы владеете 3% доли в стейкинге, то в каждом блоке вы сможете контролировать 3% пространства блоков.

По сути, это свойство позволяет заинтересованным сторонам иметь в высокопропускном блокчейне «виртуальные полосы» — тем самым гарантируя, что их транзакции будут включены.

«Качество цепочки» в блокчейне

Одна из ключевых инноваций Биткоина — и теперь ею обладают почти все блокчейны — это введение в протокол механизма вознаграждений для предлагающих блоки: сторона, успешно добавившая блок к машине состояний, получает вновь чеканенные токены и комиссии за транзакции. Эти вознаграждения определяются функцией переходов состояний и в итоге отражаются в состоянии системы.

В традиционной распределённой вычислительной модели участников делят на честных и злонамеренных. Здесь нет необходимости вознаграждать честных, потому что честное поведение само по себе является допущением модели по умолчанию.

А в криптоэкономической модели участников рассматривают как рациональных действующих лиц, чьи функции полезности могут быть неизвестны. Цель — спроектировать стимулы так, чтобы эти участники в погоне за максимизацией собственной прибыли естественным образом согласовывали свои действия с успешной работой протокола. В сочетании с внутренним механизмом вознаграждений протокола можно получить следующую идеализированную формулировку качества цепочки:

Качество цепочки (CQ): альянс, владеющий X% от общего количества стейка, после периода глобальной стабильности (GST) с вероятностью X% становится предлагающим для каждого блока, входящего в цепочку.

Если цепочка отклоняется от требований качества цепочки, то она может дать некоторым альянсам долю вознаграждений сверх нормальной, ослабив мотивы честного поведения и поставив под угрозу безопасность протокола.

Многие блокчейны достигают этого или стремятся к этому через «рандомизированную ротацию лидеров на основе веса стейка». Типичные текущие вызовы включают: проблему «самосущего майнинга» (selfish mining) у Биткоина; проблему устойчивости к разветвлениям на хвосте у Monad; а также проблемы в протоколе LMD GHOST в Ethereum.

Происхождение «качества сильной цепочки»

Когда пространства блоков достаточно, нам не нужно отдавать весь содержимый блок в монополию одному предлагающему. Вместо этого пространство одного блока может быть разделено между несколькими участниками. Криптоэкономическое определение качества сильной цепочки выражает именно эту идею:

Качество сильной цепочки (SCQ): альянс, владеющий X% от общего количества стейка, после периода глобальной стабильности (GST) может контролировать X% пространства блоков в каждом блоке.

Этот идеализированный атрибут неявно вводит абстрактное понятие «виртуальных полос». То есть альянсы фактически могут контролировать определённую долю выделенного пространства блоков в каждом блоке.

С экономической точки зрения, наличие виртуальной полосы равносильно владению производительным активом, который может приносить доход: этот доход может поступать либо из комиссий за транзакции, либо из MEV (максимально извлекаемой ценности). Внешние субъекты конкурируют за то, чтобы получить и поддерживать эти полосы, а значит возникает постоянный спрос на токены L1 «внизу». Чем больше экономической ценности может принести одна полоса, тем сильнее мотивация конкурировать за долю стейка, а также тем выше накопленная ценность у L1-стейка, который получает право доступа к этому пространству блоков. Через такую абстракцию мы можем преобразовать более сильную устойчивость к цензуре в свойство эффективной реализуемости SCQ в протоколе.

Качество сильной цепочки и устойчивость к цензуре

Недавние исследования показывают, что протоколы устойчивости к цензуре чрезвычайно важны. Такие протоколы должны не только гарантировать, что входы честных сторон в итоге будут включены, но и обеспечить их немедленное включение. Качество сильной цепочки (SCQ) можно рассматривать как расширение этого свойства в условиях, когда ёмкость блоков ограничена.

В реальных сценариях, если объём транзакций, подлежащих включению, превышает доступное пространство блоков, то ни один протокол не сможет удовлетворить идеализированному смыслу устойчивости к цензуре. SCQ отвечает на это ограничение более прагматичным образом: он не требует, чтобы все честные транзакции непременно были включены; вместо этого он выделяет каждому валидатору «бюджет», гарантируя, что в пределах этого бюджета его транзакции смогут быть включены.

Протокол MCP был предложен как компонент поверх существующих практичных протоколов консенсуса в стиле полезной византийской отказоустойчивости (PBFT), чтобы сделать эти протоколы устойчивыми к цензуре. Этот протокол одновременно выполняет требования SCQ: он распределяет предлагающим соответствующее пространство блоков пропорционально доле в стейке. Существующие BFT-протоколы на основе направленных ациклических графов (DAG) также предоставляют способ реализации многописательного mempool и обладают определённой степенью устойчивости к цензуре.

Стандартные реализации этих протоколов обычно не удовлетворяют SCQ строго из‑за того, что они позволяют лидеру избирательно задерживать некоторые подмножества транзакций. Однако небольшие модификации этих протоколов могут привести к повторной реализации SCQ. Один связанный с этим подход — «принудительное включение транзакций», предназначенное для снижения цензурирования.

MCP также демонстрирует, как реализовать более сильное скрытое свойство. Благодаря этому свойству заинтересованные стороны могут создавать виртуальные приватные полосы, содержимое которых будет раскрываться лишь тогда, когда целый блок станет публичным. Мы подробнее разберём это в последующих статьях.

Как реализовать качество сильной цепочки

Чтобы получить качество сильной цепочки после периода глобальной стабильности (GST), ключевой момент состоит в том, чтобы гарантировать, что предлагающий не сможет произвольно цензурировать ввод заинтересованных сторон. Это можно реализовать через двухраундовый протокол. На базе почти всех протоколов BFT с опорой на «вид» (view) достаточно сделать две небольшие правки:

• Первый раунд: каждый участник отправляет свой заверенный ввод всем остальным участникам.
• Второй раунд: каждый участник, если он получил от участника i заверенный ввод, добавляет i в свой список включения. Затем этот участник отправляет свой список включения лидеру. Эта операция эквивалентна обещанию: он будет принимать только те блоки, которые включают все вводы, перечисленные во всех списках включения.
• BFT-предложение: лидер, получив эти сообщения, включает в блок объединение всех полученных списков включения.
• BFT-голосование: участник голосует «за» только тогда, когда некоторый блок включает все вводы из его собственного списка включения.

Нетрудно увидеть, что следуя этому наброску протокола, можно построить полноценный протокол. Этот протокол способен после GST удовлетворять качеству сильной цепочки, обеспечивать устойчивость к цензуре и оставаться активным, когда лидер является честной стороной. Если же нужно также реализовать SCQ до GST, потребуется ожидать в каждом раунде достаточно большое количество (кворум) значений или списков. Мы подробно изложим этот протокол и его расширенные формы в последующих статьях.

Недавние исследования показывают, что для достижения качества сильной цепочки и устойчивости к цензуре нужно, помимо обычных раундов голосования в BFT, добавить ещё два раунда (как в наброске протокола выше). Мы также подробно опишем этот результат в последующих статьях.

Хотя качество сильной цепочки (SCQ) задаёт долю пространства блоков, которую может контролировать альянс, оно не полностью определяет порядок транзакций внутри блока. SCQ можно понимать так: под каждый валидатор заранее резервируется пространство, но не даётся никаких гарантий относительно порядка транзакций внутри этого пространства.

Это открывает богатое пространство для исследований по проектированию механизмов упорядочивания транзакций. Хороший механизм упорядочивания потенциально может повысить справедливость и эффективность в экосистеме блокчейна. Один заслуживающий внимания подход — упорядочивать транзакции в соответствии с приоритетной комиссией.