作者：Pranav Garimidi、Joachim Neu、Max Resnick，a16z crypto研究员；来源：a16z crypto；编译：Shaw 金色财经

Aujourd’hui, la blockchain peut affirmer en toute confiance qu’elle possède la capacité de traitement nécessaire pour concurrencer les infrastructures financières existantes. Les systèmes de production actuels peuvent traiter des dizaines de milliers de transactions par seconde, et les performances futures connaîtront une augmentation d’un ordre de grandeur.

Cependant, au-delà du simple débit, les applications financières ont également besoin de prévisibilité. Lorsqu’une transaction est initiée - qu’il s’agisse d’une transaction, d’une enchère ou de l’exercice d’options - il est crucial de garantir de manière fiable le temps de confirmation de la transaction sur la chaîne pour le bon fonctionnement du système financier. Si une transaction est confrontée à des retards imprévisibles (qu’ils soient dus à une interférence malveillante ou à des circonstances fortuites), de nombreuses applications ne pourront pas fonctionner correctement. Pour que les applications financières sur la chaîne soient compétitives, la blockchain doit fournir une garantie de transaction sur la chaîne à court terme : dès qu’une transaction valide est soumise au réseau, elle doit être garantie d’être rapidement intégrée à la chaîne.

Prenons l’exemple d’un carnet d’ordres sur la chaîne. Un carnet d’ordres efficace nécessite que les teneurs de marché fournissent de la liquidité en continu par la mise en place d’ordres d’achat et de vente. Le problème central auquel sont confrontés les teneurs de marché est le suivant : tout en essayant de réduire au maximum l’écart entre le prix d’achat et le prix de vente, ils doivent éviter le risque de sélection adverse résultant d’un décalage entre les prix et le marché. Pour cela, les teneurs de marché doivent constamment mettre à jour les ordres pour refléter la situation actuelle du marché. Par exemple, lorsque la Réserve fédérale publie une annonce entraînant d’importantes fluctuations des prix des actifs, les teneurs de marché doivent immédiatement mettre à jour les ordres au nouveau prix. Dans ce cas, si les transactions utilisées par les teneurs de marché pour mettre à jour les ordres ne peuvent pas être intégrées instantanément à la chaîne, les arbitragistes réaliseront des transactions aux prix obsolètes, entraînant des pertes. Les teneurs de marché n’auront d’autre choix que d’élargir l’écart pour réduire ce type de risque, ce qui réduira la compétitivité des plateformes de transaction sur la chaîne.

Mécanisme de transaction sur la chaîne prévisible, capable de fournir aux teneurs de marché des garanties fiables, leur permettant de réagir rapidement aux événements hors chaîne et de maintenir le bon fonctionnement du marché sur la chaîne.

L’écart entre l’état actuel et les besoins

Actuellement, les blockchains publiques existantes ne peuvent fournir une garantie de finalité d’intégration sur la chaîne que dans un délai de quelques secondes. Cette garantie est suffisante pour les applications de paiement, mais elle est largement insuffisante pour de nombreuses applications financières qui nécessitent une réponse en temps réel des participants du marché. Prenons l’exemple du scénario du carnet d’ordres : pour les teneurs de marché, si les transactions des arbitragistes peuvent être intégrées prioritairement dans des blocs plus anciens, alors la garantie de “l’intégration dans quelques secondes” est sans signification. Faute d’une garantie solide d’intégration sur la chaîne, les teneurs de marché doivent élargir l’écart, offrant ainsi des prix moins avantageux aux utilisateurs pour se couvrir contre un risque de sélection adverse plus élevé. Cela peut rendre les transactions sur la chaîne moins attrayantes par rapport à d’autres lieux de transaction offrant de meilleures garanties.

Pour que la blockchain réalise véritablement la vision d’une infrastructure modernisée pour les marchés de capitaux, les développeurs doivent résoudre ces problèmes afin que des applications de haute valeur comme les carnets d’ordres prospèrent sur la chaîne.

Où se trouvent les difficultés de prévisibilité ?

Renforcer les garanties d’intégration des transactions sur la chaîne pour soutenir ces types de scénarios financiers sur les blockchains publiques existantes est extrêmement difficile. Actuellement, certains protocoles dépendent d’un seul nœud (le “nœud de production de blocs”), qui décide dans un délai imparti quelles transactions peuvent être intégrées. Bien que cette conception réduise la complexité de la construction de blockchains publiques à haute performance, elle crée également des points de monopole économique potentiels - le nœud de production de blocs peut en tirer de la valeur. En général, pendant la période de sélection d’un nœud comme nœud de production de blocs, il a un contrôle absolu sur les transactions à inclure dans le bloc.

Pour les blockchains publiques hébergeant diverses activités financières, le nœud de production de blocs se trouve dans une position privilégiée. Si ce nœud refuse d’intégrer une transaction, la seule option pour l’utilisateur est d’attendre le prochain nœud prêt à intégrer cette transaction. Dans un réseau sans autorisation, le nœud de production de blocs a naturellement une incitation à extraire de la valeur, ce qui est souvent désigné sous le terme de valeur que les mineurs peuvent extraire (MEV). Le MEV n’est pas seulement une attaque sandwich sur les transactions AMM. Même si le nœud de production de blocs ne retarde l’intégration des transactions que de quelques dizaines de millisecondes, il peut réaliser d’énormes bénéfices et réduire considérablement l’efficacité des applications sous-jacentes. Si le carnet d’ordres ne traite prioritairement que les transactions de certains acteurs, cela est injuste pour tous les autres participants. Dans les cas extrêmes, le comportement malveillant du nœud de production de blocs peut même amener les traders à abandonner complètement cette plateforme.

Prenons un exemple : la Réserve fédérale annonce une augmentation des taux d’intérêt, et le prix de l’ETH chute instantanément de 5 %. Tous les teneurs de marché sur le carnet d’ordres s’empressent d’annuler leurs ordres et de soumettre de nouveaux ordres à un prix révisé. En même temps, tous les arbitragistes soumettent des transactions, essayant de vendre de l’ETH aux prix obsolètes affichés. Si ce carnet d’ordres fonctionne sur un protocole utilisant un seul nœud de production de blocs, ce nœud exercera un pouvoir considérable. Il peut choisir de censurer toutes les transactions d’annulation des teneurs de marché, permettant ainsi aux arbitragistes de réaliser d’énormes profits ; ou il peut ne pas censurer complètement les annulations, mais retarder leur traitement, permettant ainsi aux transactions des arbitragistes d’être intégrées avant de libérer les annulations ; le nœud de production de blocs peut même insérer directement ses propres transactions d’arbitrage et réaliser un profit total sur l’écart de prix.

Deux exigences clés : résistance à la censure et confidentialité des transactions

Face à cette position dominante, la participation active des teneurs de marché deviendra non rentable - dès qu’il y a une fluctuation des prix, ils peuvent être exploités. Le problème réside essentiellement dans le fait que le nœud de production de blocs détient des privilèges excessifs sur deux aspects : le nœud de production de blocs peut censurer les transactions de n’importe quel trader ; le nœud de production de blocs peut voir les transactions des autres et soumettre ses propres transactions en réponse. Chacun de ces problèmes peut avoir des conséquences catastrophiques.

Exemple explicatif

Nous pouvons clarifier le problème à travers un exemple. Supposons qu’il y a deux enchérisseurs dans une enchère : Alice et Bob, et que Bob est précisément le nœud de production de blocs de l’enchère. (Le fait d’avoir seulement deux enchérisseurs est pour simplifier l’explication, cette logique s’applique à n’importe quel nombre d’enchérisseurs.)

L’enchère accepte les offres pendant la durée de génération du bloc, de t=0 à t=1. Alice soumet une offre bA à l’instant tA, et Bob soumet une offre bB à l’instant tB (tB > tA). Puisque Bob est le nœud de production de blocs de ce bloc, il peut toujours s’assurer qu’il sera le dernier à enchérir. Alice et Bob peuvent tous deux lire le prix réel des actifs, qui est mis à jour en continu (par exemple, le prix médian d’une bourse centralisée). Supposons que le prix à l’instant t soit pt, nous partons du principe qu’à tout moment t, les deux parties s’attendent à ce que le prix des actifs à la fin de l’enchère (t=1) soit égal au prix actuel pt. La règle de l’enchère est simple : celui qui offre le prix le plus élevé remporte et réalise la transaction au prix qu’il a proposé.

Nécessité de la résistance à la censure

Voyons maintenant ce qui se passe lorsque Bob utilise son avantage en tant que nœud de production de blocs. Si Bob peut censurer l’offre d’Alice, le mécanisme de l’enchère échouera immédiatement. Il lui suffit de soumettre une offre extrêmement basse pour s’assurer de gagner, car toutes les autres offres seront cachées. Cela réduirait le revenu final de l’enchère à presque zéro.

Nécessité de la confidentialité des transactions

Une situation plus complexe se présente lorsque Bob ne peut pas censurer directement l’offre d’Alice, mais peut voir son offre avant de soumettre la sienne. Dans ce cas, Bob adoptera une stratégie simple : il évaluera si le prix actuel ptB est supérieur à bA lorsque vient le moment de soumettre son offre. Si oui, il soumettra une offre légèrement supérieure à bA ; sinon, il renoncera à enchérir.

Grâce à cette stratégie, Bob soumettra Alice à une sélection adverse continue. Alice ne pourra gagner que si, après une mise à jour des prix, son offre est supérieure à la valeur anticipée de l’actif. Et chaque fois qu’elle gagne l’enchère, elle s’attendra à perdre, finissant par ne plus participer. Une fois que tous les concurrents se retirent, Bob peut alors soumettre une offre très basse pour gagner l’enchère, réduisant ainsi les bénéfices de l’enchère à néant.

La conclusion clé de ce cas est que : la durée de l’enchère n’a pas d’importance. Tant que Bob peut censurer l’offre d’Alice ou voir son offre avant de soumettre la sienne, l’enchère est vouée à l’échec.

Cette logique s’applique également à tous les scénarios de transactions d’actifs à haute fréquence, y compris le trading au comptant, les contrats à terme et les bourses de dérivés : si un nœud de production de blocs détient un pouvoir similaire à celui de Bob dans le cas, le mécanisme du marché s’effondrera complètement. Pour que les produits sur la chaîne qui servent ces types de scénarios soient viables, il est impératif de ne pas accorder de tels privilèges aux nœuds de production de blocs.

Comment ces problèmes se manifestent-ils dans la pratique actuelle ?

La description ci-dessus donne une image peu réjouissante de toute transaction sur la chaîne utilisant un protocole à nœud de production de blocs unique sans autorisation. Cependant, de nombreux échanges décentralisés (DEX) sur de tels protocoles continuent de montrer de bons volumes de transactions. Quelle en est la raison ?

Il existe en réalité deux forces qui compensent ces problèmes :

• Les nœuds de production de blocs n’ont pas complètement abusé de leurs privilèges économiques, car ils ont généralement un intérêt financier énorme dans le succès de la blockchain sous-jacente ;

• Diverses applications ont développé des solutions de contournement pour réduire leur vulnérabilité à ces problèmes.

Bien que ces deux facteurs aient jusqu’à présent permis le fonctionnement de la finance décentralisée (DeFi), à long terme, ils ne suffisent pas à permettre au marché sur la chaîne de rivaliser véritablement avec le marché traditionnel hors chaîne.

Sur une blockchain publique dotée d’une activité économique significative, obtenir la qualification de production de blocs nécessite de miser de nombreux jetons. Ainsi, le nœud de production de blocs doit soit détenir lui-même une quantité importante de garanties, soit avoir suffisamment de réputation pour permettre à d’autres détenteurs de jetons de lui déléguer leurs droits de mise. Dans tous les cas, les grands opérateurs de nœuds sont généralement des entités publiques, ce qui met en péril leur réputation. En dehors de la réputation, les garanties qu’ils détiennent signifient également qu’ils ont un incitatif économique à promouvoir le bon développement de la blockchain. Pour cette raison, nous n’avons pratiquement pas vu de nœuds de production de blocs abuser complètement de leur pouvoir sur le marché comme décrit ci-dessus - mais cela ne signifie pas que ces problèmes n’existent pas.

D’une part, s’appuyer sur la pression sociale et les incitations à long terme pour contraindre la bonne volonté des opérateurs de nœuds n’est pas une base fiable pour le système financier futur. À mesure que l’ampleur des activités financières sur la chaîne s’élargit, l’espace de profit potentiel pour les nœuds de production de blocs augmentera également. Plus ce potentiel est élevé, plus il sera difficile de contraindre les nœuds de production de blocs à agir contre leurs intérêts à court terme.

D’autre part, le degré d’abus de pouvoir par les nœuds de production de blocs est un continuum, allant de comportements modérés à la destruction totale du marché. Les opérateurs de nœuds peuvent tester progressivement leurs limites en utilisant leur pouvoir pour obtenir des bénéfices plus élevés. Lorsque certains opérateurs dépassent constamment les limites de comportement acceptable, d’autres nœuds suivront rapidement leur exemple. Le comportement d’un seul nœud peut sembler avoir un impact limité, mais lorsque tout le monde commence à imiter, l’impact sera très évident.

L’exemple le plus représentatif de ce phénomène pourrait être le jeu de timing : les nœuds de production de blocs retarderont autant que possible la publication des blocs, tout en garantissant que les blocs restent valides selon le protocole, afin d’obtenir des récompenses plus élevées. Cela peut entraîner une prolongation du temps de production des blocs, et si le nœud devient trop agressif, il peut même arriver que des blocs soient sautés. Bien que la rentabilité de ces stratégies soit bien connue, les nœuds de production de blocs choisissent initialement de ne pas participer à de tels jeux pour maintenir l’image de bons gestionnaires de la blockchain. Cependant, cet équilibre social est très fragile. Une fois qu’un opérateur de nœud commence à adopter de telles stratégies pour obtenir des bénéfices plus élevés sans être puni, d’autres nœuds suivront rapidement.

Le jeu de timing n’est qu’un exemple parmi tant d’autres de la manière dont les nœuds de production de blocs peuvent augmenter leurs bénéfices sans abuser complètement de leur pouvoir. Ils peuvent également adopter de nombreuses autres méthodes pour améliorer leurs retours au détriment des applications. Considérées isolément, ces méthodes peuvent être encore dans les limites acceptables des applications, mais elles finiront par atteindre un point critique où les coûts d’exploitation sur la chaîne dépasseront les bénéfices.

Un autre facteur qui permet à la DeFi de fonctionner normalement est que les applications déplacent leur logique centrale hors de la chaîne, ne mettant que les résultats sur la chaîne. Par exemple, tous les protocoles nécessitant des enchères exécutées rapidement choisissent de les réaliser hors de la chaîne. Ces applications fonctionnent généralement sur un ensemble de nœuds autorisés pour éviter les problèmes causés par les nœuds de production de blocs malveillants. Par exemple, UniswapX exécute des enchères hollandaises pour le jumelage des transactions hors de la chaîne sur la blockchain Ethereum, tout comme Cowswap exécute des enchères en lot hors de la chaîne.

Bien que cette approche puisse garantir le fonctionnement des applications, elle met en péril la proposition de valeur fondamentale de la blockchain sous-jacente et de ses constructions sur la chaîne. Si la logique d’exécution des applications se trouve entièrement hors de la chaîne, la blockchain sous-jacente ne sera réduite qu’à un simple niveau de règlement. L’un des principaux avantages de la DeFi est sa capacité de combinaison, et dans un monde où toutes les exécutions se déroulent hors de la chaîne, ces applications se retrouvent naturellement dans un environnement isolé. La dépendance à l’exécution hors de la chaîne introduira également de nouvelles conditions préalables dans le modèle de confiance de ces applications : celles-ci doivent non seulement dépendre du bon fonctionnement de la blockchain sous-jacente, mais également de l’infrastructure hors de la chaîne pour fonctionner correctement.

Comment réaliser la prévisibilité

Pour résoudre ces problèmes, le protocole doit satisfaire à deux caractéristiques clés : la stabilité de l’intégration des transactions sur la chaîne et des règles de tri, ainsi que la protection de la confidentialité avant la confirmation des transactions.

Exigence clé 1 : Résistance à la censure

Nous résumons la première caractéristique par la résistance à la censure à court terme. Si un protocole possède une résistance à la censure à court terme, alors toute transaction atteignant un nœud honnête doit être garantie d’être intégrée dans le prochain bloc disponible.

Résistance à la censure à court terme : Toute transaction valide, livrée à temps à n’importe quel nœud honnête, sera nécessairement incluse dans le prochain bloc.

Plus précisément, nous supposons que le protocole fonctionne sur la base d’une horloge fixe, et que les blocs sont générés à des intervalles de temps fixes, par exemple un bloc toutes les 100 millisecondes. Alors, nous avons besoin de cette garantie : si une transaction est livrée à un nœud honnête à 250 millisecondes, elle sera nécessairement intégrée dans le bloc généré à 300 millisecondes. Les attaquants ne devraient pas avoir le pouvoir de filtrer les transactions à leur guise, de choisir de les intégrer ou d’en exclure certaines. L’idée centrale de cette définition est que les utilisateurs et les applications devraient avoir un moyen hautement fiable de garantir que les transactions réussissent à être intégrées à tout moment. Une transaction ne devrait pas être bloquée en raison d’une perte de paquet par un seul nœud - que ce soit à cause de malveillance ou d’un défaut d’exploitation.

Bien que cette définition exige que toutes les transactions livrées à n’importe quel nœud honnête soient garanties d’être intégrées, en pratique, le coût d’atteindre cet objectif peut être trop élevé. Son sens central est que le protocole doit avoir suffisamment de stabilité pour que l’entrée d’intégration des transactions montre une prévisibilité très forte et que la logique soit simple et compréhensible. Les protocoles de nœuds de production de blocs uniques sans autorisation ne répondent manifestement pas à cette caractéristique, car si le seul nœud de production de blocs à un moment donné agit de manière malveillante, il n’y a pas d’autre voie d’intégration pour les transactions. Cependant, même un ensemble de quatre nœuds garantissant d’intégrer des transactions à chaque période de temps augmenterait considérablement les choix d’intégration des transactions pour les utilisateurs et les applications. Pour permettre aux applications de se développer de manière stable, il vaut la peine de sacrifier une partie de la performance pour obtenir de la fiabilité. Trouver un équilibre approprié entre robustesse et performance nécessite encore des recherches supplémentaires, mais les garanties actuellement fournies par les protocoles sont largement insuffisantes.

Une fois que le protocole peut garantir l’intégration des transactions, le problème du tri sera résolu. Le protocole peut utiliser n’importe quelle règle de tri déterministe pour garantir la cohérence des résultats de tri. La solution la plus simple consiste à trier par frais prioritaires ou à permettre aux applications de trier les transactions interagissant avec leur état de manière flexible. La meilleure façon de trier les transactions reste un domaine de recherche actif, mais de toute façon, les règles de tri n’ont de sens que lorsque les transactions peuvent être intégrées avec succès.

Exigence clé 2 : Confidentialité de l’information

Après avoir réalisé la résistance à la censure à court terme, une autre caractéristique clé que le protocole doit satisfaire est une capacité de protection de la vie privée que nous appelons confidentialité.

Confidentialité : Avant qu’une transaction ne soit définitivement confirmée sur la chaîne par le protocole, aucun autre participant, excepté le nœud recevant cette transaction, ne peut obtenir d’informations sur cette transaction.

Les protocoles satisfaisant à la confidentialité peuvent permettre au nœud recevant la transaction de voir en clair toutes les transactions qui lui sont soumises, mais exigent que le reste du protocole soit ignorant du contenu des transactions jusqu’à ce que le consensus soit atteint et que l’ordre de la transaction dans le journal final soit déterminé. Par exemple, le protocole peut utiliser un chiffrement à verrou temporel, rendant tout le contenu du bloc invisible jusqu’à une certaine date limite ; ou utiliser un chiffrement par seuil, ne déchiffrant le bloc que lorsque le comité confirme que le bloc est irréversible.

Cela signifie que les nœuds peuvent abuser des informations de transaction qui leur sont soumises, mais aucun autre nœud dans le réseau ne pourra connaître le contenu en attente de confirmation avant que le consensus ne soit atteint. Lorsque les informations de transaction sont révélées aux autres nœuds du réseau, la transaction a déjà été triée et confirmée, empêchant ainsi d’autres participants de réaliser des transactions anticipées. Pour que cette définition soit pratique, il est nécessaire que plusieurs nœuds puissent compléter l’intégration des transactions à tout moment.

Nous n’avons pas adopté une définition de confidentialité plus forte - où seule l’utilisateur lui-même connaît le contenu de la transaction avant sa confirmation (comme dans les solutions de pools de transactions chiffrées) - car le protocole nécessite un certain niveau de filtrage des transactions indésirables. Si le contenu des transactions est complètement caché de tout le réseau, le réseau ne pourra pas distinguer les transactions indésirables des transactions valides. La seule solution consiste à conserver certaines métadonnées non cachées dans les transactions, telles que les adresses de paiement, qui seront facturées que la transaction soit valable ou non. Cependant, ces métadonnées pourraient encore divulguer suffisamment d’informations pour permettre aux attaquants d’exploiter des opportunités. Par conséquent, nous préférons concevoir un système dans lequel un seul nœud peut voir la transaction complète, tandis que tous les autres nœuds du réseau ne le peuvent pas. Cela signifie également que, pour que cette caractéristique fonctionne, les utilisateurs doivent disposer d’au moins un nœud honnête comme point d’entrée pour l’intégration des transactions à chaque période.

Conclusion

Un protocole qui combine à la fois la résistance à la censure à court terme et la confidentialité des informations constitue une base idéale pour construire des applications financières. Revenons à notre exemple d’enchères sur la chaîne, ces deux caractéristiques résolvent directement le problème que Bob pourrait causer en provoquant un effondrement du marché. Bob ne peut ni censurer l’offre d’Alice, ni utiliser l’offre d’Alice pour guider sa propre enchère, résolvant ainsi précisément les problèmes 1) et 2) du précédent exemple.

Sous la garantie de la résistance à la censure à court terme, tout utilisateur soumettant une transaction - qu’il s’agisse d’une transaction ou d’une enchère - peut s’assurer que la transaction sera immédiatement intégrée à la chaîne. Les teneurs de marché peuvent mettre à jour les ordres, les enchérisseurs peuvent enchérir rapidement, et les opérations de règlement peuvent être exécutées efficacement. Les utilisateurs peuvent être certains que toute opération qu’ils initient sera exécutée immédiatement. Cela permettra à la nouvelle génération d’applications financières du monde réel à faible latence d’être entièrement construites sur la chaîne. Pour que la blockchain puisse véritablement rivaliser avec les infrastructures financières existantes, voire surpasser leurs performances, nous devons résoudre bien plus que le simple problème du débit.