Автор: Pranav Garimidi, Joachim Neu, Max Resnick, дослідники a16z crypto; Джерело: a16z crypto; Переклад: Shaw Золотий фінанс

Сьогодні блокчейн може з упевненістю стверджувати, що він має обробну потужність, необхідну для конкуренції з існуючою фінансовою інфраструктурою. Поточні виробничі системи можуть обробляти десятки тисяч транзакцій за секунду, а в майбутньому продуктивність ще збільшиться на порядок.

Однак, окрім простого пропускної спроможності, фінансові додатки також потребують передбачуваності. Коли транзакція ініціюється — незалежно від того, чи це транзакція, торги, чи виконання опціонів — надійне забезпечення часу підтвердження транзакції в блокчейні є критично важливим для нормальної роботи фінансової системи. Якщо транзакція стикається з непередбачуваними затримками (незалежно від того, чи це зловмисне втручання чи випадкові обставини), багато додатків не можуть нормально функціонувати. Щоб забезпечити конкурентоспроможність фінансових додатків на блокчейні, блокчейн повинен надати гарантії короткострокового підтвердження транзакцій: щойно дійсна транзакція подається в мережу, вона повинна бути упакована в блок якнайшвидше.

Наприклад, на прикладі онлайнової книги замовлень. Ефективна книга замовлень вимагає від маркет-мейкерів забезпечувати ліквідність шляхом безперервного розміщення заявок на купівлю та продаж активів. Основна проблема, з якою стикаються маркет-мейкери, полягає в тому, щоб зменшити спред (різницю між ціною покупки та продажу) якомога більше, уникнувши ризику зворотного вибору через розрив між ціною заявки та ринковою ціною. Для цього маркет-мейкери повинні постійно оновлювати заявки, щоб відображати останні ринкові умови. Наприклад, коли Федеральна резервна система публікує оголошення, яке викликає різкі коливання цін активів, маркет-мейкери повинні терміново оновити свої заявки до нових цін. У такому випадку, якщо транзакції, що використовуються маркет-мейкерами для оновлення заявок, не можуть бути терміново підтверджені в блокчейні, арбітражники можуть здійснити угоди за застарілими цінами, що призведе до збитків. Маркет-мейкери змушені розширювати спред, щоб зменшити такі ризики, що, в свою чергу, знижує конкурентоспроможність платформ для торгівлі на блокчейні.

Передбачуваний механізм підтвердження транзакцій може надати надійні гарантії для маркет-мейкерів, дозволяючи їм швидко реагувати на події поза блокчейном та підтримувати ефективну роботу ринку на блокчейні.

Розрив між поточним станом і потребами

Наразі існуючі публічні блокчейни можуть забезпечити відносно надійне остаточне підтвердження тільки на рівні декількох секунд. Такі гарантії можуть бути достатніми для платіжних додатків, але для великої кількості фінансових додатків, які потребують від учасників ринку миттєво реагувати на інформацію, цього явно недостатньо. Знову ж таки, на прикладі книги замовлень: для маркет-мейкерів, якщо угоди арбітражників можуть бути пріоритетно упаковані в більш ранні блоки, тоді гарантія “підтвердження протягом декількох секунд” втрачає сенс. У відсутності потужних гарантій підтвердження, маркет-мейкери можуть лише розширити спред або запропонувати менш вигідні ціни для користувачів, щоб застрахуватися від підвищеного ризику зворотного вибору. Це зробить торгівлю на блокчейні менш привабливою в порівнянні з іншими місцями торгівлі, які мають сильніші гарантії.

Щоб блокчейн дійсно став сучасною інфраструктурою капітальних ринків, розробники повинні вирішити ці проблеми, щоб дозволити таким високовартісним додаткам, як книга замовлень, процвітати на блокчейні.

Де ж полягає складність передбачуваності?

Посилити гарантії підтвердження транзакцій на існуючих публічних блокчейнах для підтримки таких фінансових сценаріїв є надзвичайно складним завданням. Наразі деякі протоколи покладаються на єдиний вузол (так званий “вузол видобутку”), який у визначений час вирішує, які транзакції можуть бути упаковані. Такий дизайн, хоча і зменшує інженерні труднощі при створенні високопродуктивного публічного блокчейну, також створює потенційні економічні монополії — вузол видобутку може використовувати це для захоплення вартості. Зазвичай, протягом вікна, коли вузол обирається як вузол видобутку, він має абсолютний контроль над тим, які транзакції міститимуться в блоці.

Для публічного блокчейну, що підтримує різні фінансові активності, вузол видобутку перебуває в привілейованому становищі. Якщо цей вузол відмовляється упакувати певну транзакцію, єдиним способом для користувача є чекати на наступний вузол видобутку, який буде готовий упакувати цю транзакцію. У мережах без дозволів вузол видобутку має природний мотив для захоплення вартості, що зазвичай називається можливістю витягання вартості (MEV). MEV далеко не обмежується атаками типу “сендвіч” на транзакції AMM. Навіть якщо вузол видобутку просто затримує упакування транзакцій на кілька десятків мілісекунд, він може отримати величезний прибуток, значно знижуючи ефективність роботи базових додатків. Якщо книга замовлень обробляє лише частину транзакцій учасників, це буде несправедливо для всіх інших. У крайніх випадках, зловмисні дії вузла видобутку можуть взагалі призвести до того, що трейдери відмовляться від цієї платформи.

Наприклад: якщо Федеральна резервна система оголошує про підвищення процентної ставки, ціна ETH миттєво падає на 5%. Усі маркет-мейкери на книзі замовлень терміново скасовують свої попередні заявки та перезамовляють за новими цінами. Тим часом усі арбітражники також подають транзакції, намагаючись продати ETH за застарілими заявками. Якщо ця книга замовлень працює на протоколі з єдиним вузлом видобутку, цей вузол матиме величезну владу. Він може безпосередньо вирішити, які транзакції скасування від усіх маркет-мейкерів будуть перевірені, дозволяючи арбітражникам отримувати величезні прибутки; або ж він може частково перевірити скасування, затримуючи обробку, поки транзакції арбітражників не з’являться в блокчейні, а потім їх пропустити; вузол видобутку навіть може безпосередньо вставити свої власні арбітражні транзакції, отримуючи повний прибуток з цінового відхилення.

Два основних вимоги: стійкість до цензури та конфіденційність транзакцій

Перед обличчям такої привілейованої позиції, активна участь маркет-мейкерів стане невигідною — всякий раз, коли ціна коливається, вони можуть стати об’єктом експлуатації. Суть проблеми полягає в тому, що вузол видобутку має надмірні привілеї в двох аспектах: вузол видобутку може перевіряти транзакції будь-якого трейдера; вузол видобутку може бачити транзакції інших і подавати свої власні контр-транзакції на основі цих даних. Будь-яка з цих проблем може призвести до катастрофічних наслідків.

Приклад

Ми можемо чітко пояснити цю проблему через один приклад. Припустимо, на аукціоні є два учасники торгів: Аліса та Роберт, і Роберт є вузлом видобутку блоку, в якому проходить аукціон. (Ми обрали лише двох учасників для спрощення пояснення, ця логіка застосовується для будь-якої кількості учасників).

Аукціон приймає ставки під час генерації блоку, і часовий інтервал встановлено з t=0 до t=1. Аліса подає ставку bA в момент tA, а Роберт подає ставку bB в момент tB (tB > tA). Оскільки Роберт є вузлом видобутку цього блоку, він завжди може забезпечити, що його ставка буде останньою. Аліса та Роберт можуть читати постійно оновлену реальну ціну активів (наприклад, середню ціну на централізованій біржі). Нехай ціна в момент t дорівнює pt, і ми припускаємо, що в будь-який момент t обидва учасники очікують, що ціна активу на момент завершення аукціону (t=1) буде дорівнювати поточній pt. Правила аукціону дуже прості: виграє той, хто запропонує вищу ставку, і укладає угоду за власною ставкою.

Необхідність стійкості до цензури

Тепер подивимося, що станеться, якщо Роберт скористається перевагою вузла видобутку. Якщо Роберт може перевірити ставку Аліси, механізм аукціону перестане існувати. Він просто повинен запропонувати надзвичайно низьку ціну, і тоді він гарантовано виграє, адже всі інші ставки будуть заблоковані. Це призведе до того, що доходи від аукціону будуть майже нульовими.

Необхідність конфіденційності транзакцій

Більш складна ситуація виникає, якщо Роберт не може безпосередньо перевірити ставку Аліси, але може бачити її ставку до того, як сам подасть свою. У цьому випадку Роберт вживає просту стратегію: під час подачі ставки він перевіряє, чи є поточна ціна ptB вищою за bA. Якщо так, він подає ставку, трохи вищу за bA; якщо ні, він відмовляється від ставки.

Завдяки цій стратегії Роберт змушує Алісу постійно стикатися з ризиком зворотного вибору. Аліса може виграти лише тоді, коли після оновлення ціни її ставка перевищує очікувану вартість активу. І кожного разу, коли вона виграє аукціон, у неї виникає ризик збитків, врешті решт вона може просто відмовитися від участі в торгах. Коли всі конкуренти виходять, Роберт знову може подати надзвичайно низьку ставку, щоб виграти аукціон, зводячи до нуля доходи від аукціону.

Основний висновок цього прикладу: тривалість аукціону не має значення. Якщо Роберт може перевіряти ставку Аліси або бачити її ставку до подачі своєї, цей аукціон приречений на провал.

Ця логіка також застосовна до всіх сценаріїв високочастотної торгівлі активами, включаючи спотову торгівлю, постійні контракти, біржі деривативів тощо: якщо існує вузол видобутку, котрий має таку ж владу, як Роберт у прикладі, вся ринкова механіка повністю зруйнується. Щоб зробити продукти на блокчейні, що обслуговують такі сценарії, життєздатними, не можна надавати вузлу видобутку такі привілеї.

Яким чином ці проблеми виникають у реальному житті?

Вищезазначений опис малює невтішну картину для будь-якої торгівлі на блокчейні, що використовує протоколи з бездозвільним єдиним вузлом видобутку. Проте багато таких протоколів, що працюють у децентралізованих біржах (DEX), все ще демонструють хороші обсяги торгівлі. Яка ж причина цього?

На практиці дві сили разом компенсують вищезгадані проблеми:

• Вузли видобутку не повністю зловживають своїми економічними привілеями, оскільки вони зазвичай мають величезну зацікавленість у успіху базового публічного блокчейну;

• Різноманітні додатки вже створили альтернативні рішення, щоб зменшити свою вразливість до таких проблем.

Хоча ці дві причини досі дозволяють децентралізованим фінансам (DeFi) функціонувати, з точки зору довгострокової перспективи цього недостатньо, щоб ринкові механізми на блокчейні дійсно змогли конкурувати з традиційними ринками поза блокчейном.

На публічному блокчейні, що має значну економічну активність, щоб отримати право на видобуток, потрібно заставити велику кількість токенів. Тому вузли видобутку або повинні мати велику кількість заставних активів, або повинні мати достатню репутацію, щоб інші власники токенів могли делегувати свої права на заставу їм. У будь-якому випадку, великі оператори вузлів зазвичай є публічними суб’єктами, їхня репутація підлягає ризику. Окрім репутації, їхні заставні активи також означають, що вони мають економічний стимул просувати публічний блокчейн на краще. Саме тому наразі ми практично не спостерігаємо, щоб вузли видобутку повністю зловживали ринковою владою, як описано вище — але це не означає, що ці проблеми не існують.

З одного боку, покладатися на соціальний тиск та довгострокові інтереси для стримування добрих намірів операторів вузлів не є надійною основою для майбутньої фінансової системи. Як масштаб діяльності на блокчейні зростає, потенційний прибуток для вузлів видобутку також зростатиме. Чим більший цей потенціал, тим важче буде обмежити вузли видобутку з соціального рівня, змушуючи їх йти проти короткострокових інтересів.

З іншого боку, ступінь зловживання ринковою владою вузла видобутку є безперервним інтервалом, від помірної поведінки до повного знищення ринку. Оператори вузлів можуть поетапно експериментувати, використовуючи свою владу для отримання вищих прибутків. Коли деякі оператори постійно перетворюють межі прийнятної поведінки, інші вузли швидко наслідують. Поведінка окремого вузла може здаватися обмеженою за впливом, але коли всі починають наслідувати, наслідки будуть дуже помітними.

Найбільш яскравим прикладом цього явища, напевно, є послідовна гра: вузли видобутку намагатимуться якомога більше затримати публікацію блоків, одночасно забезпечуючи, що блоки залишаються дійсними в межах протоколу, щоб отримати вищі винагороди. Це призведе до збільшення часу видобутку, і, якщо вузол буде надто агресивним, навіть можуть виникнути ситуації, коли блоки будуть пропущені. Хоча прибутковість таких стратегій добре відома, спочатку вузли видобутку обирали не брати участь у таких іграх, щоб підтримувати образ добрих управлінців публічного блокчейну. Однак цей соціальний баланс є дуже крихким. Як тільки якийсь оператор вузла почне використовувати такі стратегії для отримання вищих прибутків і залишиться непокараним, інші вузли швидко підхоплять цю практику.

Послідовна гра — це лише один з прикладів того, як вузли видобутку підвищують свої прибутки, не зловживаючи владою повністю. Вони можуть застосовувати безліч інших способів, щоб підвищити свої прибутки за рахунок додатків. Окремо взяті ці методи можуть ще бути в межах допустимого для додатків, але врешті-решт вони досягнуть критичної точки, коли витрати на функціонування на блокчейні перевищать прибутки.

Ще однією причиною, чому DeFi продовжує працювати, є те, що додатки перемістили свою основну логіку поза блокчейн, і лише результати з’являються на ньому. Наприклад, усі протоколи, які потребують швидкого виконання аукціонів, обирають виконувати ці процеси поза блокчейном. Такі додатки зазвичай працюють на групі дозволених вузлів, щоб уникнути проблем, викликаних зловмисними вузлами видобутку. Наприклад, UniswapX виконує голландські аукціони для зведення угод поза блокчейном на основі Ethereum, так само як Cowswap також проводить групові аукціони поза блокчейном.

Цей підхід, хоч і забезпечує нормальне функціонування додатків, ставить під загрозу основну цінність публічного блокчейну та його конструкцій на блокчейні. Якщо логіка виконання додатків знаходиться поза блокчейном, публічний блокчейн стає лише простим рівнем розрахунків. Однією з основних переваг DeFi є його комбінованість, а в світі, де все виконання відбувається поза блокчейном, ці додатки природно опиняються в розірваному середовищі. Залежність від виконання поза блокчейном також створює нові передумови для моделей довіри цих додатків: додатки повинні не лише покладатися на нормальне функціонування публічного блокчейну, а й залежати від доступності інфраструктури поза блокчейном, щоб нормально працювати.

Як досягти передбачуваності

Для вирішення цих проблем протоколам потрібно відповідати двом основним вимогам: стабільним механізмам підтвердження транзакцій і сортировки, а також конфіденційності до підтвердження транзакцій.

Основна вимога перша: стійкість до цензури

Ми узагальнюємо першу характеристику як короткострокову стійкість до цензури. Якщо протокол має короткострокову стійкість до цензури, тоді будь-яка транзакція, що доходить до чесного вузла, гарантовано буде упакована в наступний доступний блок.

Короткострокова стійкість до цензури: будь-яка дійсна транзакція, що своєчасно надходить до будь-якого чесного вузла, обов’язково буде включена в наступний блок.

Точніше кажучи, ми припускаємо, що протокол працює на основі фіксованого годинника, блоки генеруються через фіксовані проміжки часу, наприклад, кожні 100 мілісекунд. Тоді нам потрібна така гарантія: якщо транзакція надходить до чесного вузла на 250 мілісекунд, вона обов’язково буде упакована в блок, згенерований на 300 мілісекунд. Зловмисники не повинні мати права вибірково фільтрувати транзакції, вибирати, які з них упакувати або виключати деякі з них. Основна ідея цього визначення полягає в тому, що користувачі та додатки повинні мати надзвичайно надійний спосіб, щоб забезпечити успішне підтвердження транзакцій у будь-який момент часу. Не повинно бути такого, що однаковий вузол втрачає пакети — незалежно від того, чи це зловмисність, чи технічний збій — через що транзакція не може бути підтверджена.

Хоча це визначення вимагає надання гарантій підтвердження для всіх транзакцій, що доходять до будь-якого чесного вузла, у практиці реалізація цього може бути занадто дорогою. Основна мета полягає в тому, щоб протокол мав достатню стабільність, щоб входи для підтвердження транзакцій демонстрували надзвичайну передбачуваність і простоту логіки. Бездозвольний протокол з єдиним вузлом видобутку явно не відповідає цій вимозі, оскільки, якщо єдиний вузол у певний момент часу зловмисний, транзакція не матиме інших шляхів для підтвердження. Проте навіть якщо існує всього чотири спільні вузли, які можуть забезпечити упакування транзакцій у кожному часовому інтервалі, це значно збільшує можливості користувачів та додатків для підтвердження транзакцій. Щоб дозволити додаткам стабільно процвітати, варто жертвувати частиною продуктивності на користь надійності. Знайти відповідний баланс між надійністю та продуктивністю залишається подальшою науковою задачею, але гарантії, які надають існуючі протоколи, явно недостатні.

Якщо протокол може гарантувати підтвердження транзакцій, питання сортування стане простим. Протокол може використовувати будь-який детермінований алгоритм сортировки, щоб забезпечити узгоджені результати. Найпростіший варіант — це сортування за платою за пріоритетом або дозволити додаткам гнучко сортувати транзакції, які взаємодіють зі станом. Оптимальний спосіб сортування транзакцій залишається активним напрямком досліджень, але в будь-якому випадку, лише коли транзакції можуть бути успішно підтверджені, правила сортування матимуть сенс.

Основна вимога друга: інформаційна конфіденційність

Після досягнення короткострокової стійкості до цензури, іншою ключовою характеристикою, яку повинен мати протокол, є те, що ми називаємо конфіденційністю.

Конфіденційність: до остаточного підтвердження транзакції протоколом, жодна інша сторона, окрім вузла, що отримав цю транзакцію, не може отримати жодної інформації про цю транзакцію.

Протокол, що відповідає вимогам конфіденційності, може дозволити вузлу-отримувачу переглядати всі транзакції у відкритому вигляді, але вимагає, щоб інша частина протоколу не знала про зміст транзакції до завершення консенсусу і встановлення порядку в остаточному журналі. Наприклад, протокол може використовувати шифрування з часовими замками, щоб вся інформація блоку була невидимою до певного терміну; або використовувати шифрування з порогом, яке розкриває блок лише після підтвердження комітету, що блок незворотний.

Це означає, що вузли можуть зловживати інформацією про транзакції, що подані їм, але інші вузли в мережі не можуть дізнатися про вміст, що чекає на підтвердження, до завершення консенсусу. Коли інформація про транзакцію стає доступною для інших вузлів у мережі, ця транзакція вже буде відсортована та підтверджена, тому інші учасники не можуть здійснити передчасні угоди. Щоб ця визначення була практичним, потрібно, щоб у будь-який момент часу декілька вузлів могли виконувати підтвердження транзакцій.

Ми не обрали більш жорстке визначення конфіденційності — тобто, що лише користувач знає зміст транзакції до підтвердження (наприклад, рішення зі зашифрованими пулом транзакцій) — оскільки протокол потребує певного етапу як фільтр для сміттєвих транзакцій. Якщо зміст транзакції повністю прихований від усієї мережі, мережа не зможе відрізнити сміттєві транзакції від дійсних. Єдиний спосіб вирішити цю проблему — зберегти частину не конфіденційних метаданих у транзакції, наприклад, адреси платежу, які стягують комісію, незалежно від того, чи є транзакція дійсною. Однак такі метадані все ще можуть розкрити достатню інформацію, що дозволить зловмисникам отримати перевагу. Тому ми більше схиляємося до дизайну, де окремий вузол може бачити повну транзакцію, тоді як інші вузли в мережі не можуть. Однак це також означає, що для того, щоб ця характеристика була ефективною, користувач повинен мати принаймні один чесний вузол як вхід для підтвердження транзакцій у будь-який момент часу.

Висновок

Протоколи, які одночасно володіють короткостроковою стійкістю до цензури та інформаційною конфіденційністю, є ідеальною основою для створення фінансових додатків. Повертаючись до нашого прикладу з аукціоном на блокчейні, ці дві характеристики безпосередньо вирішують проблеми, які можуть привести до краху ринку з боку Роберта. Роберт не може перевірити ставку Аліси і не може використовувати її ставку, щоб підказати свою, що точно вирішує попередні проблеми 1) та 2).

Завдяки гарантії короткострокової стійкості до цензури, будь-який користувач, що подає транзакцію — незалежно від того, чи це торгівля, чи ставка на аукціон — може бути впевненим, що його транзакція буде негайно упакована в блок. Маркет-мейкери можуть оновлювати заявки, учасники аукціонів можуть швидко ставити ставки, а операції з розрахунку можуть виконуватися ефективно. Користувачі можуть бути впевненими, що будь-яка їхня дія буде негайно виконана. Це дозволить новому поколінню фінансових додатків з низькою затримкою повністю розвиватися на блокчейні. Якщо блокчейн справді хоче конкурувати з існуючою фінансовою інфраструктурою, а навіть перевершити її продуктивність, ми повинні вирішити набагато більше, ніж просто питання пропускної спроможності.