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

Autor original: ittaia, PGarimidi, jneu_net, a16z

Compilação original: AididiaoJP, Foresight News

A qualidade da cadeia (Chain Quality, CQ) é uma propriedade central da blockchain. Em termos simples, seu significado é:

Se você possui 3% dos direitos de staking, então, em média, você poderá controlar 3% do espaço de bloco.

Para blockchains iniciais com baixa taxa de transferência, a qualidade da cadeia já é suficiente. Mas as blockchains modernas têm muito mais largura de banda, podendo conter muitas transações em um único bloco.

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

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

Essencialmente, essa propriedade permite que os stakeholders tenham “faixas virtuais” dentro de uma blockchain de alta taxa de transferência, garantindo que suas transações possam ser incluídas.

A “qualidade da cadeia” na blockchain

Uma das inovações chave do Bitcoin - que agora quase todas as blockchains possuem - é 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 estados pode receber tokens recém-criados e taxas de transação. Essas recompensas são determinadas pela função de transição de estado e, em última instância, refletem no estado do sistema.

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

No entanto, no modelo de economia criptográfica, os participantes são vistos como agentes racionais, cuja função de utilidade pode ser desconhecida. O objetivo é projetar incentivos que façam com que esses participantes, ao buscar a maximização de seu próprio lucro, estejam naturalmente alinhados com o funcionamento bem-sucedido do protocolo. Combinando isso com o mecanismo de recompensa interno do protocolo, podemos chegar à seguinte definição idealizada da qualidade da cadeia:

Qualidade da cadeia (CQ): uma aliança que possui X% do total de direitos de staking, após o tempo de estabilidade global (GST), tem uma probabilidade de X% de se tornar o proponente de cada bloco que entra na cadeia.

Se uma cadeia desviar dos requisitos da qualidade da cadeia, pode permitir que algumas alianças obtenham uma parte da recompensa acima da proporção normal, enfraquecendo assim o incentivo para comportamentos honestos e ameaçando a segurança do protocolo.

Muitas blockchains atendem ou se esforçam para atender a essa propriedade por meio de um “mecanismo de rotação de líderes baseado em peso de staking”.

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

A origem da “qualidade da cadeia forte”

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

Qualidade da cadeia forte (SCQ): uma aliança que possui X% do total de direitos de staking, após o tempo de estabilidade global (GST), pode controlar X% do espaço de bloco em cada bloco.

Essa propriedade idealizada leva implicitamente ao conceito abstrato de “faixas virtuais”. Ou seja, a aliança, na verdade, consegue controlar uma proporção específica de espaço de bloco dedicado em cada bloco.

Do ponto de vista econômico, possuir uma faixa virtual é equivalente a possuir um ativo produtivo que gera receita, que pode vir de taxas de transação ou de MEV (valor máximo extraível). Entidades externas competem para obter e manter essas faixas, o que cria uma demanda contínua para o token L1 subjacente. Quanto maior o valor econômico que uma faixa pode gerar, mais forte será o incentivo para competir pelos direitos de staking, e maior será o valor que os direitos de staking do L1, que controlam o acesso a esse espaço de bloco, poderão acumular. Por meio dessa abstração, podemos transformar uma capacidade de resistência à censura mais forte na propriedade de eficácia da SCQ do protocolo.

Qualidade da cadeia forte e resistência à censura

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

Em cenários práticos, se o volume de transações a serem incluídas exceder o espaço de bloco disponível, nenhum protocolo poderá garantir resistência à censura em um sentido ideal. A SCQ aborda essa limitação com uma abordagem mais pragmática: não exige que todas as transações honestas sejam sempre incluídas, mas atribui a cada nó de staking um “orçamento”, garantindo que, dentro desse orçamento, suas transações possam ser incluídas.

O protocolo MCP foi proposto como um componente acima dos protocolos de consenso prático de tolerância a falhas bizantinas (PBFT) existentes, com o objetivo de dotar esses protocolos de capacidade de resistência à censura. Este protocolo também atende aos requisitos da SCQ - ele aloca espaço de bloco correspondente para o proponente com base na proporção de direitos de staking. Os protocolos BFT existentes baseados em grafos acíclicos direcionais (DAG) oferecem uma maneira de implementar um pool de memória com múltiplos escritores e também possuem um certo grau de resistência à censura.

As implementações padrão desses protocolos frequentemente falham em atender estritamente à SCQ, pois permitem que o líder atrase 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”, para reduzir comportamentos de censura.

O MCP também demonstra como implementar uma propriedade oculta mais forte. Com essa propriedade, os stakeholders podem criar faixas privadas virtuais, cujos conteúdos só serão revelados quando o bloco inteiro for tornado público. Abordaremos isso mais detalhadamente em artigos futuros.

Como alcançar a qualidade da cadeia forte

Para obter a qualidade da cadeia forte após o tempo de estabilidade global (GST), o essencial é garantir que os proponentes não possam censurar arbitrariamente as entradas dos stakeholders. Isso pode ser alcançado por meio de um protocolo de duas rodadas. Com base em quase todos os protocolos BFT baseados em visão, basta fazer duas pequenas alterações:

Primeira rodada: cada participante envia sua entrada autenticada a todos os outros participantes.

Segunda rodada: cada participante que recebeu uma entrada autenticada do participante i adicionará i à sua lista de inclusão. Em seguida, esse participante enviará sua lista de inclusão ao líder. Essa operação equivale a um compromisso: ele 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: somente quando um bloco inclui todas as entradas da lista de inclusão do próprio participante é que esse participante votará a favor.

É fácil ver que, de acordo com este esboço de protocolo, pode-se construir um protocolo completo. Este protocolo pode satisfazer a qualidade da cadeia forte após o tempo de estabilidade global (GST), fornecer resistência à censura e manter a atividade quando o líder for uma parte honesta. Para implementar a SCQ antes do GST, será necessário aguardar um número suficiente (quorum) de valores ou listas em cada rodada. Abordaremos este 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 (como mostrado no esboço do protocolo acima) além das rodadas de votação de protocolos BFT convencionais. Também discutiremos esse resultado em detalhes em artigos futuros.

Embora a qualidade da cadeia forte (SCQ) determine a proporção do espaço de bloco que a aliança pode controlar, ela não limita completamente a forma como as transações são ordenadas dentro do bloco. A SCQ pode ser entendida como: reservando espaço para cada nó de staking, mas não garantindo qualquer ordem para as transações nesse espaço.

Isso abre um rico espaço de pesquisa para o design de mecanismos de ordenação de transações. Um bom mecanismo de ordenação pode potencialmente aumentar ainda mais a equidade e a eficiência no ecossistema da blockchain. Uma direção que vale a pena explorar é a ordenação de transações com base nas taxas prioritárias.

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