Título original: Beyond a core blockchain property:「Strong Chain Quality」

Autor original: ittaia, PGarimidi, jneu_net, a16z

Compilador original: AididiaoJP, Foresight News

Qualidade da cadeia (Chain Quality, CQ) é uma propriedade central da blockchain. De forma simples, isso significa:

Se você possui 3% dos direitos de participação, então, em um período de tempo médio, você poderá controlar 3% do espaço do bloco.

Para blockchains iniciais com baixa capacidade de transações, a qualidade da cadeia já é adequada. Mas as blockchains modernas têm muito mais largura de banda, e um único bloco pode conter uma grande quantidade de transações.

Isso leva a um conceito mais forte e mais refinado. Ele não se concentra apenas na proporção média do espaço do bloco ao longo do tempo, mas também observa a divisão do espaço do bloco dentro de cada bloco. Chamamos isso de “qualidade da cadeia forte” (Strong Chain Quality, SCQ):

Se você possui 3% dos direitos de participação, então, em cada bloco, você pode controlar 3% do espaço do bloco.

Essencialmente, essa propriedade permite que as partes interessadas tenham “faixas virtuais” dentro de uma blockchain de alta capacidade de transações, garantindo que suas transações possam ser incluídas.

A “qualidade da cadeia” na blockchain

Uma das inovações chave do Bitcoin — que hoje quase todas as blockchains possuem — foi a introdução de um mecanismo de recompensa para os proponentes de blocos dentro do protocolo: a parte que consegue adicionar um bloco à máquina de estado pode receber tokens recém-criados e taxas de transação. Essas recompensas são estipuladas pela função de transição de estado e, finalmente, refletem no estado do sistema.

No modelo tradicional de computação distribuída, as partes participantes são divididas em honestas e maliciosas. Não há necessidade de recompensar as partes honestas, pois o comportamento honesto é a suposição padrão no modelo.

Já no modelo de economia criptográfica, as partes participantes são vistas como agentes racionais, e sua função de utilidade pode ser desconhecida. O objetivo é projetar incentivos que façam com que esses participantes, ao buscarem maximizar seu próprio lucro, se alinhem naturalmente com o funcionamento bem-sucedido do protocolo. Combinando o mecanismo de recompensa dentro do protocolo, podemos chegar à seguinte definição idealizada de qualidade da cadeia:

Qualidade da cadeia (CQ): uma aliança que possui um total de direitos de participação de X% tem uma probabilidade de X% de se tornar o proponente de cada bloco que entra na cadeia após um período de tempo estável global (GST).

Se uma cadeia se desvia dos requisitos de qualidade da cadeia, pode permitir que algumas alianças obtenham uma parte das recompensas superior à proporção normal, enfraquecendo assim o incentivo para comportamentos honestos e ameaçando a segurança do protocolo.

Muitas blockchains buscam atender ou esforçam-se para atender a essa propriedade por meio de um “mecanismo de rotação de líderes aleatórios baseado no peso da participação”.

Os desafios típicos atualmente enfrentados incluem: o problema do “mineração egoísta” do Bitcoin; a resistência a bifurcações de cauda do Monad; e os problemas no protocolo LMD GHOST do Ethereum.

A origem da “qualidade da cadeia forte”

Quando o espaço do bloco é suficientemente abundante, não precisamos deixar todo o conteúdo do bloco nas mãos de um único proponente. Em vez disso, o espaço do bloco do mesmo bloco pode ser dividido entre várias partes participantes. A definição de economia criptográfica da qualidade da cadeia forte expressa exatamente esse pensamento:

Qualidade da cadeia forte (SCQ): uma aliança que possui um total de direitos de participação de X% pode controlar X% do espaço do bloco em cada bloco após um período de tempo estável global (GST).

Essa propriedade idealizada implicitamente introduz o conceito abstrato de “faixas virtuais”. Ou seja, a aliança realmente pode controlar uma certa proporção de espaço de bloco dedicado em cada bloco.

Do ponto de vista econômico, possuir uma faixa virtual equivale a possuir um ativo produtivo que pode gerar receitas, que podem vir de taxas de transação ou de MEV (valor máximo extraível). Entidades externas competirão em torno dos direitos de participação para obter e manter essas faixas, criando assim uma demanda contínua para o token L1 subjacente. Quanto maior o valor econômico que uma faixa pode gerar, mais forte será o incentivo das partes para competir pelos direitos de participação, e maior será o valor que os direitos de participação do L1 podem acumular em termos de acesso a esses espaços de bloco. Por meio dessa abstração, podemos transformar uma maior resistência à censura em uma propriedade de eficácia de SCQ no protocolo.

Qualidade da cadeia forte e resistência à censura

Pesquisas recentes indicam que protocolos de resistência à censura são extremamente importantes. Esses protocolos não apenas precisam garantir que as entradas das partes honestas sejam finalmente incluídas, mas também precisam garantir que elas possam ser incluídas imediatamente. A qualidade da cadeia forte (SCQ) pode ser vista como uma extensão dessa propriedade em situações de capacidade de bloco limitada.

Em cenários práticos, se o volume de transações a serem incluídas exceder o espaço de bloco disponível, então nenhum protocolo pode atender à resistência à censura em um sentido ideal. A SCQ aborda essa limitação de uma maneira mais pragmática: não exige que todas as transações honestas sejam sempre incluídas, mas sim que cada nó de participação receba um “orçamento”, assegurando que, dentro desse orçamento, suas transações possam ser incluídas.

O protocolo MCP foi proposto como um componente sobre os protocolos de consenso prático de Tolerância a Falhas Bizantinas (PBFT) existentes, com o objetivo de conferir a esses protocolos resistência à censura. Esse protocolo também atende aos requisitos de SCQ — ele aloca espaço de bloco correspondente aos proponentes com base na proporção dos direitos de participação. Protocolos BFT existentes baseados em grafos acíclicos direcionados (DAG) oferecem uma maneira de implementar um pool de memória de múltiplos escritores, possuindo também um certo grau de resistência à censura.

As implementações padrão desses protocolos geralmente falham em atender estritamente à SCQ, porque permitem que os líderes atrasem seletivamente certos subconjuntos de transações. No entanto, pequenas modificações nesses protocolos podem possibilitar a reimplementação da SCQ. Uma direção relacionada é a “inclusão forçada de transações”, que visa reduzir o comportamento de censura.

O MCP também demonstra como implementar uma propriedade oculta mais forte. Com essa propriedade, as partes interessadas podem criar faixas privadas virtuais, cujo conteúdo só será revelado quando o bloco inteiro for divulgado. Abordaremos mais sobre isso em artigos futuros.

Como alcançar a qualidade da cadeia forte

Para obter a qualidade da cadeia forte após o período de tempo estável global (GST), é crucial garantir que os proponentes não possam censurar arbitrariamente as entradas das partes interessadas. Isso pode ser alcançado por meio de um protocolo de duas rodadas. Em quase todos os protocolos BFT baseados em visualizações, apenas duas pequenas alterações são necessárias:

Primeira rodada: cada parte participante envia suas entradas autenticadas a todas as outras partes participantes.

Segunda rodada: cada parte participante, se receber entradas autenticadas da parte participante i, adicionará i à sua lista de inclusão. Em seguida, essa parte enviará sua lista de inclusão ao líder. Essa operação equivale a um compromisso: ela só aceitará blocos que incluam todas as entradas dessa lista.

Proposta BFT: o líder, ao receber essas mensagens, incluirá no bloco a união de todas as listas de inclusão recebidas.

Votação BFT: uma parte participante votará a favor apenas se um bloco incluir todas as entradas em sua própria lista de inclusão.

Não é difícil perceber que, de acordo com esse esboço de protocolo, pode-se construir um protocolo completo. Esse protocolo poderá atender à qualidade da cadeia forte após o período de tempo estável global (GST), oferecer resistência à censura e manter a atividade quando o líder for uma parte honesta. Se for necessário implementar a SCQ antes do GST, será necessário aguardar um número suficiente (quorum) de valores ou listas em cada rodada. Abordaremos esse protocolo e suas formas expandidas em artigos futuros.

Pesquisas recentes indicam que, para alcançar a qualidade da cadeia forte e resistência à censura, é necessário adicionar mais duas rodadas de votação sobre os protocolos BFT convencionais (como mostrado no esboço de protocolo acima). Também abordaremos mais sobre esse resultado em artigos futuros.

Embora a qualidade da cadeia forte (SCQ) determine a proporção do espaço do bloco que a aliança pode controlar, ela não restringe completamente a ordem das transações dentro do bloco. A SCQ pode ser entendida como: reserva espaço para cada nó de participação, mas não garante a ordem das transações dentro desse espaço.

Isso abre um rico espaço de pesquisa para o design de mecanismos de ordenação de transações. Um bom mecanismo de ordenação tem o potencial de aumentar ainda mais a equidade e eficiência no ecossistema da blockchain. Uma direção que merece atenção é a ordenação de transações com base em taxas prioritárias.

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