Последние исследования a16z Crypto: в чем заключается ключ к масштабному применению DeFi?

Автор: PGarimidi, jneu_net, @MaxResnic

Перевод: Хуайвань, ChainCatcher

Сегодня блокчейн можно на практике утверждать как обладающий достаточными возможностями, чтобы конкурировать с существующей финансовой инфраструктурой. Производственные системы на данный момент способны обрабатывать десятки тысяч транзакций в секунду, и в ближайшее время ожидается повышение на порядок. Однако помимо первичной пропускной способности финансовым приложениям требуется предсказуемость. Будь то покупка или продажа, ставка на аукционе или исполнение опциона — нормальная работа финансовой системы требует одного однозначного ответа: когда именно будет выполнена эта транзакция? Если транзакция сталкивается с непредсказуемыми задержками (будь то злонамеренными или случайными), многие приложения становятся непригодными для использования.

Чтобы обеспечить конкурентоспособность ончейн-финансовых приложений, блокчейн должен предоставлять гарантии краткосрочной упаковки, то есть гарантировать, что если в сеть отправлена валидная транзакция, она будет упакована как можно скорее. Например, рассмотрим ончейн-ордербук. Эффективный ордербук поддерживает ликвидность за счет того, что маркет-мейкеры постоянно выставляют заявки на покупку и продажу активов в книге.

Ключевая сложность для маркет-мейкеров состоит в том, чтобы одновременно: максимально сузить спред bid-ask и избежать риска «неблагоприятного отбора» из‑за того, что их котировки отклоняются от рыночных. Для этого маркет-мейкеры должны постоянно обновлять свои заявки, отражая состояние реального мира. Например, если объявление ФРС приводит к резкому скачку цены актива, маркет-мейкеру нужно немедленно отреагировать и обновить свои заявки на новую цену. В таком случае, если транзакция с обновлением заявки не попадет в блок сразу, маркет-мейкер понесет потери, поскольку арбитражники исполнят их заявки по устаревшим ценам. Затем маркет-мейкеру нужно будет устанавливать больший спред, чтобы снизить риск exposure в подобных событиях, что, в свою очередь, снижает конкурентоспособность ончейн-торговых площадок.

Предсказуемая упаковка транзакций дает маркет-мейкерам сильные гарантии: они могут быстро реагировать на события офчейн и поддерживать эффективность ончейн-рынка.

Что у нас есть и чего нам не хватает

Сегодня существующие блокчейны обеспечивают надежные гарантии финальности упаковки, обычно работающие в пределах нескольких секунд. Хотя такие гарантии уже достаточно для приложений вроде платежей, они слишком слабы, чтобы поддерживать крупные классы финансовых приложений, где участники рынка должны в реальном времени реагировать на информацию.

Возьмем приведенный выше пример с ордербуком: для маркет-мейкера если арбитражные транзакции могут попасть в более ранний блок, то гарантия того, что они будут упакованы «в ближайшие несколько секунд», не имеет никакого смысла. Если нет надежной гарантии упаковки, маркет-мейкеру приходится бороться с возрастающим риском неблагоприятного отбора, расширяя спред и предлагая пользователям худшие цены. В результате привлекательность ончейн-торговли заметно падает по сравнению с другими торговыми площадками, которые дают более сильные гарантии.

Чтобы блокчейн действительно реализовал видение себя как современной инфраструктуры для рынка капитала, строителям нужно решить эти проблемы, чтобы такие высокоценные приложения, как ордербук, могли процветать.

Где именно сложнее всего добиться предсказуемости?

Укрепление существующих гарантий упаковки для поддержки таких сценариев — непростая задача. Некоторые протоколы могут полагаться на узел («лидера»), который в любой заданный момент решает, какие транзакции будут упакованы. Это упрощает инженерные задачи по построению высокопроизводительного блокчейна, но также вводит потенциальный экономический узкий перешеек: лидеры могут «выжимать» из этого ценность. Обычно в окно времени, когда узел выбран лидером, у него есть полная власть над тем, какие транзакции попадут в блок. Для блокчейна, обрабатывающего финансовые активности любого масштаба, лидер оказывается в привилегированном положении. Если этот единственный лидер решает не включать некоторую транзакцию, единственное средство — ждать следующего лидера, который будет готов включить эту транзакцию.

В permissionless-сетях лидер имеет мотивацию выжимать ценность, что обычно называют MEV. MEV далеко выходит за рамки, например, «защемления» AMM-транзакций. Даже если лидер может лишь задерживать упаковку транзакций на десятки миллисекунд, это все равно может принести им огромную прибыль и снизить эффективность базовых приложений. Ордербук, который отдает приоритет только части трейдеров, ставит всех остальных в несправедливую конкурентную среду. В худшем случае лидер может стать настолько враждебным, что трейдеры полностью покинут эту платформу.

Предположим, произошло повышение ставки — цена ETH сразу падает на 5%. Каждый маркет-мейкер в ордербуке поспешно отменяет свои заявки и размещает новые по новой цене. Одновременно каждый арбитражник подает ордера на продажу ETH по устаревшим ценам заявок. Если ордербук работает в протоколе с единственным лидером, то у этого лидера оказывается колоссальная власть. Лидер может просто провести цензуру всех отмен маркет-мейкеров, позволив арбитражникам получить огромную прибыль. Либо лидер может не подвергать цензуре отмены напрямую, а отложить отмены до момента, когда арбитражные транзакции уже лягут в блок. Лидер даже может напрямую вставить свои арбитражные сделки, чтобы полностью использовать разницу цен.

Два базовых требования

С учетом этих преимуществ активное участие маркет-мейкеров становится экономически невыгодным: как только цена начинает колебаться, их могут обыграть. Проблема сводится к тому, что у лидера слишком много привилегий в двух ключевых аспектах: 1) лидер может цензурировать транзакции любого другого участника и 2) лидер видит транзакции других и на основании этого подает собственные транзакции в ответ. Любая из этих двух проблем может оказаться катастрофической.

Пример

Мы можем точно зафиксировать, где именно кроется проблема, с помощью следующего примера. Рассмотрим аукцион с двумя участниками торгов — Alice и Bob, при этом Bob также является лидером блока, в котором проходит аукцион. (Настройка с только двумя участниками нужна лишь для пояснения; при любом числе участников рассуждение то же самое.)

Аукцион принимает ставки в течение периода времени, необходимого для генерации блока. Предположим, что это интервал от времени t=0 до t=1. Alice подает ставку bA в момент tA, а Bob — ставку bB в момент tB > tA. Поскольку Bob является лидером этого блока, он всегда может гарантировать, что сделает последний ход. Alice и Bob также имеют постоянно обновляемый «источник истины» об актуальной стоимости актива, который можно читать (например, среднюю цену на централизованной бирже). В момент t пусть эта цена равна pt. Мы предполагаем, что в любой момент t рыночные ожидания о цене актива при завершении аукциона (t=1) всегда равны текущей реальной цене pt. Правила аукциона просты: побеждает тот из Alice или Bob, кто предложит более высокую ставку, и платит сумму своей ставки.

Потребность в устойчивости к цензуре

Теперь рассмотрим, что произойдет, если Bob сможет воспользоваться преимуществом, связанным с тем, что он является лидером в этом аукционе. Если Bob может цензурировать ставку Alice, то аукцион, очевидно, рухнет. Поскольку других участников нет, Bobу достаточно сделать ставку на любую сколь угодно малую сумму, чтобы гарантировать победу. В результате при подведении итогов аукцион фактически приносит 0 прибыли.

Скрытое требование

Более сложный случай: если Bob не может прямо цензурировать ставки Alice, но при этом все еще может видеть ставки Alice до того, как сделает собственную ставку, что тогда произойдет? В этой ситуации у Bob есть простая стратегия. Когда он делает ставку, ему нужно лишь проверить, выполняется ли ptB > bA. Если да, то ставка Bob будет лишь немного выше bA; если нет — Bob вообще не делает ставки.

Реализуя эту стратегию, Bob ставит Alice в ситуацию неблагоприятного отбора. Единственный случай, когда Alice выигрывает — когда обновление цены приводит к тому, что ее ставка в итоге оказывается выше ожидаемой стоимости актива. Каждый раз, когда Alice выигрывает аукцион, она ожидает убыток, так что ей было бы лучше вообще не участвовать. По мере исчезновения всех конкурентов Bob снова может просто сделать ставку на любую сколь угодно малую сумму и выиграть, а аукцион в действительности получает 0 прибыли.

Ключевой момент в том, что длительность этой сделки в аукционе не важна. Пока Bob может цензурировать ставки Alice или видит ставки Alice до того, как сделает свою ставку, этот аукцион обречен на провал.

Те же принципы из этого примера применимы к средам с любыми высокочастотными торговыми активами — будь то спотовая торговля, торговля бессрочными контрактами или биржи деривативов: если в системе есть лидер, обладающий властью Bob в этом примере, то этот лидер может привести к полному краху рынка. Чтобы ончейн-продукты, обслуживающие эти кейсы, были действительно жизнеспособны, они ни в коем случае не должны предоставлять лидерам такие полномочия.

Как эти проблемы возникают на практике уже сейчас?

История выше рисует мрачную картину для ончейн-транзакций в протоколах с permissionless-единоличным лидером. Однако почему объемы DEX-транзакций в протоколах с единственным лидером все еще продолжают оставаться здоровыми? На практике срабатывает комбинация двух факторов, которая компенсирует вышеописанные проблемы:

• лидеры не используют в полной мере свои экономические полномочия, потому что они сами обычно сильно инвестируют в успех базового блокчейна;
• приложения уже построили обходные пути, чтобы не быть столь уязвимыми перед этими проблемами.

Хотя оба этих фактора пока поддерживают работоспособность децентрализованных финансов (DeFi), в долгосрочной перспективе их недостаточно, чтобы ончейн-рынки действительно конкурировали с офчейн-рынками.

Чтобы получать роль лидера в блокчейне с существенной экономической активностью, требуется значительный объем стейкинга. Поэтому либо лидеры сами имеют большой объем стейкинга, либо у них достаточно репутации, чтобы другие держатели токенов делегировали им стейкинг. В любом случае крупные операторы узлов обычно являются хорошо известными субъектами, у которых под угрозой находится репутация. Помимо репутации, этот стейкинг означает, что у этих операторов также есть финансовая мотивация, чтобы их блокчейн работал хорошо. Именно поэтому мы в значительной степени еще не видим того, чтобы лидеры, как описано выше, в полной мере использовали свою рыночную власть — но это не означает, что таких проблем не существует.

Во-первых, опора на добрую волю операторов узлов через социальное давление и апелляцию к их долгосрочным мотивам — это ненадежная основа для финансового будущего. По мере роста масштаба ончейн-финансовой активности растет и потенциальная прибыль лидеров. Чем больше растет эта потенциальная прибыль, тем труднее на социальном уровне добиться того, чтобы поведение лидеров пошло вразрез с их непосредственной выгодой здесь и сейчас.

Во-вторых, степень того, насколько лидер может использовать свою рыночную власть, — это спектр от «благоприятно» до ситуации, когда рынок полностью разрушается. Операторы узлов могут в одностороннем порядке подталкивать использование власти ради более высокой прибыли. Когда некоторые операторы бросают вызов общепринятым «красным линиям», другие операторы быстро повторяют их. Поведение одного узла может казаться несущественным, но когда все меняются, влияние становится очевидным.

Возможно, самым лучшим примером такого явления являются игры со временем (Timing Games): лидеры пытаются объявлять о блоке как можно позже, пока протокол все еще работает, чтобы заработать более высокие награды. Когда лидеры становятся слишком агрессивными, это приводит к удлинению времени формирования блока и к пропускам (skip). Хотя прибыльность этих стратегий широко известна, лидеры обычно выбирают не играть в эти игры главным образом потому, что они хотят быть хорошими управляющими для блокчейна. Но это — хрупкий социальный баланс. Как только отдельные операторы узлов начнут играть в эти стратегии ради более высоких наград и без последствий, остальные быстро присоединятся.

Игры со временем — всего лишь один пример того, как лидер может увеличивать прибыль, не используя свою рыночную власть в полной мере. Лидер может предпринять и множество других действий, жертвуя при этом приложениями ради увеличения своих наград. Если рассматривать изолированно, такие меры могут быть жизнеспособны для приложений, но в итоге чаши весов перетянет на такой уровень, при котором стоимость ончейн выходит за пределы выгоды.

Еще одним фактором, поддерживающим работу DeFi, является то, что приложения переносят важную логику в офчейн и публикуют на ончейне лишь результаты. Например, любой протокол, которому нужно проводить быструю аукционную процедуру, выполняет ее в офчейне. Эти приложения обычно запускают нужные механизмы в наборе разрешенных узлов, чтобы избежать проблем со злонамеренными лидерами. Например, UniswapX проводит свою голландскую аукционную процедуру вне Ethereum mainnet, чтобы завершить сделку; аналогично, CowSwap проводит пакетные аукционы в офчейне.

Хотя это работает для приложений, оно ставит в уязвимое положение ценностное предложение, построенное на базовом слое и ончейн-разработке. В мире, где логика приложения выполняется офчейн, базовый слой становится чисто слоем расчетов. Одна из сильнейших сторон DeFi — композиционность. В ситуации, когда все выполнение происходит в офчейн-мире, эти приложения по сути живут в изолированной среде. Опора на офчейн-выполнение добавляет новые допущения к модели доверия этих приложений. Работа приложений больше не зависит только от активности базовой сети — также должна исправно работать эта офчейн-инфраструктура.

Как добиться предсказуемости

Чтобы решить эти проблемы, протокол должен обладать двумя свойствами: согласованной упаковкой и правилами упорядочивания, а также конфиденциальностью транзакций до их подтверждения (строгие определения этих свойств и расширенное обсуждение см. в этой статье).

Базовое требование 1: устойчивость к цензуре

Мы кратко описываем первое свойство как краткосрочную устойчивость к цензуре. Если любая транзакция, достигающая честного узла, гарантированно включается в следующий возможный блок, то протокол является краткосрочно устойчивым к цензуре:

Краткосрочная устойчивость к цензуре: Любая валидная транзакция, прибывшая вовремя на любой честный узел, обязательно будет включена в следующий возможный блок.

Более точно, мы предполагаем, что протокол работает по фиксированному тактовому расписанию, и каждый блок генерируется в заданное время, например каждые 100 миллисекунд. Тогда нам нужно обеспечить следующее: если транзакция прибывает на честный узел в t=250ms, она будет включена в блок, сгенерированный в t=300ms. Злоумышленник не должен иметь права по своему усмотрению выборочно включать те транзакции, которые он услышал, и пропускать другие.

Смысл этого определения в том, что у пользователей и приложений должна быть чрезвычайно надежный способ фиксировать (вкладывать) транзакции в любой момент времени. Не должно возникать ситуации, когда транзакции не могут быть зафиксированы из‑за случайной потери пакетов одним узлом (будь то из-за злонамеренности или простой отказоустойчивости при работе). Хотя это определение требует гарантий включения для транзакций, достигающих любого честного узла, на практике обеспечивать это может быть слишком дорого. Важная характеристика: протокол должен быть достаточно устойчивым, чтобы поведение точки входа ончейн было высоко предсказуемым и легко поддающимся рассуждению.

Permissionless-протокол с единственным лидером очевидно не удовлетворяет этому свойству: если в любой момент лидер является византийским узлом, то не существует других способов заставить транзакции быть зафиксированными. Однако даже если есть набор из четырех узлов, способных гарантировать включение транзакций в каждый интервал, это существенно расширяет количество вариантов, которыми пользователи и приложения могут фиксировать транзакции. Стоит пожертвовать некоторым количеством производительности ради протокола, который надежно позволяет приложениям процветать. Нужно еще больше работы, чтобы найти правильную точку баланса между устойчивостью и производительностью, но текущих гарантий недостаточно.

Раз протокол может гарантировать включение, то упорядочивание в каком-то смысле возникает само собой. Протокол может свободно использовать любые детерминированные правила упорядочивания, которые он считает подходящими, чтобы обеспечить согласованное упорядочивание. Самое простое решение — сортировать по приоритетной комиссии, либо, возможно, позволить приложениям гибко упорядочивать транзакции, которые взаимодействуют с их состоянием. Лучший способ упорядочивания транзакций по‑прежнему остается активной областью исследований, но в любом случае правила упорядочивания имеют смысл лишь тогда, когда именно на базе включения упорядочиваемых транзакций и происходит действие.

Базовое требование 2: скрытность

После краткосрочной устойчивости к цензуре следующим по важности свойством является то, что протокол предоставляет форму конфиденциальности, которую мы называем «скрытностью».

Скрытность: До окончательного подтверждения протоколом упаковки транзакции любая сторона, кроме узла, получившего эту транзакцию, не может получить никакой информации о ней.

Протоколы, обладающие свойством «скрытности», могут позволять узлам видеть в открытом виде все транзакции, отправленные им, но при этом требовать, чтобы остальная часть протокола оставалась слепой до достижения консенсуса и фиксации порядка транзакций в финальном журнале. Например, протокол может использовать шифрование с временными замками, чтобы скрыть полное содержимое блока до определенного дедлайна; либо протокол может использовать пороговое шифрование, чтобы сразу после того, как комитет согласует необратимое подтверждение, расшифровать этот блок.

Это означает, что узлы могут злоупотреблять информацией, полученной из любых транзакций, которые им были отправлены, но остальная часть протокола будет знать содержание того, что они согласовали, только постфактум. К моменту раскрытия информации о транзакциях остальной части сети транзакция уже будет упорядочена и подтверждена, так что у любой другой стороны не будет возможности «опередить» ее. Чтобы это определение было полезным, это действительно подразумевает, что несколько узлов могут фиксировать транзакции в любой заданный временной интервал.

Мы отказываемся от использования более сильной концепции, при которой пользователи узнают любую информацию лишь до подтверждения транзакции (например, в зашифрованном mempool), потому что протоколу нужно предпринимать шаги в качестве фильтра для мусорных транзакций. Если содержимое транзакции полностью скрыто от всей сети, то сеть не сможет отделить мусорные транзакции от осмысленных. Единственный способ решить это — раскрывать в составе транзакции некоторую часть неподсокрытой метаинформации, например адрес плательщика комиссии, которая взимается независимо от того, валидна ли транзакция.

Однако эта метаинформация может утечь в таком объеме, что станет достаточно для того, чтобы противники смогли воспользоваться ею. Поэтому мы предпочитаем, чтобы транзакции были полностью видимы для одного узла и при этом вообще не были видимы для остальных узлов в сети. Но это также означает, что чтобы это свойство было полезным, пользователи должны иметь по крайней мере один честный узел в каждом временном интервале в качестве точки входа ончейн, чтобы транзакции могли быть зафиксированы.

Протокол, который одновременно обладает краткосрочной устойчивостью к цензуре и свойством скрытности, является идеальной базой для построения финансовых приложений. Вернемся к примеру, где мы пытаемся запускать аукционы ончейн: эти два свойства напрямую устраняют способ, которым Bob мог бы привести рынок к краху. Bob не может ни цензурировать ставку Alice, ни использовать ставку Alice, чтобы предоставить информацию для своей собственной ставки — это точно решает проблему из предыдущего примера.

Благодаря краткосрочной устойчивости к цензуре любой, кто отправляет транзакцию (будь то сама сделка или ставка в аукционе), может быть уверен, что она будет немедленно упакована. Маркет-мейкеры могут менять свои ордера; участники торгов могут быстро повышать ставки; клиринги могут эффективно фиксироваться. Пользователи могут быть уверены, что любое их действие будет выполнено немедленно. В свою очередь, это позволит следующему поколению низколатентных финансовых приложений, существующих в реальном мире, полностью построиться ончейн.

Чтобы блокчейн действительно конкурировал с существующей финансовой инфраструктурой — и даже превзошел ее — нужно решать далеко не только проблему пропускной способности.