a16z : « La « qualité de la chaîne forte » permet à chaque staker de disposer d’un espace exclusif dans le bloc »

Rédigé par : @ittaia, @PGarimidi et @jneu_net

Compilation : AididiaoJP, Foresight News

La qualité de la chaîne (Chain Quality, CQ) est l’une des propriétés fondamentales d’une blockchain. Dit simplement, cela signifie :

Si vous détenez 3 % des droits de mise en garantie (staking), alors, dans une fourchette de temps moyenne, vous pouvez contrôler 3 % de l’espace des blocs.

Pour les blockchains de première génération dont le débit est faible, la qualité de chaîne suffit déjà. Mais les blockchains modernes ont bien plus de bande passante : un seul bloc peut contenir un grand nombre de transactions.

Cela amène à un concept plus fort, et plus fin. Il ne s’intéresse pas seulement au ratio moyen de l’espace des blocs dans le temps, mais à la façon dont l’espace des blocs est réparti à l’intérieur de chaque bloc. Nous l’appelons la « qualité de chaîne forte » (Strong Chain Quality, SCQ) :

Si vous détenez 3 % des droits de mise en garantie, alors, dans chaque bloc, vous pouvez contrôler 3 % de l’espace des blocs.

Essentiellement, cette propriété permet aux parties prenantes de disposer, au sein d’une blockchain à fort débit, de « voies virtuelles », afin de garantir que leurs transactions puissent être incluses.

« Qualité de chaîne » dans une blockchain

L’une des innovations clés de Bitcoin—que presque toutes les blockchains ont aujourd’hui—consiste à introduire, au niveau du protocole, un mécanisme de récompense destiné aux proposeurs de blocs : la partie qui ajoute avec succès un bloc à la machine à états peut recevoir des jetons nouvellement émis ainsi que les frais de transaction. Ces récompenses sont déterminées par la fonction de transition d’état et se reflètent finalement dans l’état du système.

Dans un modèle classique de calcul distribué, les participants sont répartis en parties honnêtes et parties malveillantes. Ici, il n’est pas nécessaire de récompenser les parties honnêtes, car le comportement honnête constitue l’hypothèse par défaut du modèle.

Dans un modèle d’économie cryptographique, en revanche, les participants sont considérés comme des acteurs rationnels, et leur fonction d’utilité peut être inconnue. L’objectif est de concevoir des mécanismes d’incitation pour que ces participants, en cherchant à maximiser leur propre profit, s’alignent naturellement sur le bon fonctionnement du protocole. En combinant ce mécanisme de récompense interne au protocole, on peut aboutir à la définition idéalisée suivante de la qualité de chaîne :

Qualité de chaîne (CQ) : une alliance détenant X % de l’ensemble des mises en garantie, après le temps de stabilité globale (GST), a une probabilité de X % d’être le proposeur de chaque bloc qui entre dans la chaîne.

Si une chaîne s’écarte de l’exigence de qualité de chaîne, certaines alliances peuvent alors obtenir une part de récompenses supérieure à la proportion normale, ce qui affaiblit l’incitation à se comporter honnêtement et menace la sécurité du protocole.

De nombreuses blockchains satisfont ou cherchent à satisfaire cette propriété grâce à un « mécanisme de rotation aléatoire des leaders basé sur le poids de la mise ». Les défis typiques actuellement rencontrés incluent : le problème de « selfish mining » (minage égoïste) de Bitcoin ; le problème de résistance aux fourches en queue (tail fork) de Monad ; et le problème du protocole LMD GHOST d’Ethereum.

L’origine de la « qualité de chaîne forte »

Lorsque l’espace des blocs est suffisamment abondant, nous n’avons pas besoin de confier le contenu entier d’un bloc à un seul proposeur qui le monopolise. Au contraire, l’espace des blocs du même bloc peut être partagé entre plusieurs participants. L’idée exprimée par cette définition d’économie cryptographique de la qualité de chaîne forte est précisément celle-ci :

Qualité de chaîne forte (SCQ) : une alliance détenant X % de l’ensemble des mises en garantie, après le temps de stabilité globale (GST), peut contrôler X % de l’espace des blocs dans chaque bloc.

Cette propriété idéalisée fait implicitement émerger l’abstraction de « voies virtuelles ». Autrement dit, les alliances contrôlent effectivement, dans chaque bloc, une certaine proportion d’espace de bloc dédié.

D’un point de vue économique, disposer d’une voie virtuelle revient à posséder un actif productif capable de générer des revenus, provenant potentiellement des frais de transaction ou de la MEV (valeur maximale extractible). Les entités externes doivent rivaliser autour de la mise en garantie afin d’obtenir et de maintenir ces voies, ce qui crée une demande continue pour le jeton L1 de base. Plus la valeur économique qu’une voie peut produire est élevée, plus les parties ont intérêt à rivaliser pour la mise en garantie, et plus la valeur accumulée peut être importante pour les droits de mise en L1 permettant d’accéder à ces espaces de blocs. Grâce à cette abstraction, nous pouvons convertir une capacité de résistance à la censure plus forte en une propriété d’efficacité de la SCQ au sein du protocole.

Qualité de chaîne forte et résistance à la censure

Des recherches récentes indiquent qu’une résistance à la censure est extrêmement importante. Ces protocoles doivent non seulement garantir que les entrées des parties honnêtes finissent par être incluses, mais aussi qu’elles puissent l’être immédiatement. La qualité de chaîne forte (SCQ) peut être comprise comme une extension de cette propriété lorsque la capacité du bloc est limitée.

Dans un contexte réel, si la quantité de transactions à inclure dépasse l’espace de blocs disponible, aucun protocole ne peut satisfaire l’idéal de la résistance à la censure. La SCQ répond à cette contrainte avec une approche plus pragmatique : elle ne force pas le fait que toutes les transactions honnêtes soient toujours incluses ; au lieu de cela, elle assigne à chaque nœud ayant mis des fonds un « budget », garantissant que, dans la limite de ce budget, ses transactions puissent être incluses.

Le protocole MCP a été proposé comme un composant construit au-dessus de protocoles de consensus de type PBFT (tolérance aux fautes byzantines) existants et pratiques, dans le but de rendre ces protocoles résistants à la censure. Ce protocole satisfait également les exigences de SCQ : il attribue aux proposeurs un espace de bloc correspondant à la proportion de mises en garantie. Les protocoles BFT existants basés sur un graphe acyclique dirigé (DAG) proposent aussi une manière de réaliser une mémoire-tampon pour plusieurs écrivains (multi-writers), et possèdent dans une certaine mesure une résistance à la censure.

La mise en œuvre standard de ces protocoles échoue généralement à satisfaire strictement la SCQ, car elle permet aux leaders de retarder de manière sélective certains sous-ensembles de transactions. Cependant, avec de simples modifications, il est possible de réinstaurer la SCQ. Une direction liée à cela est la « contrainte d’inclusion des transactions », visant à réduire les comportements de censure.

MCP montre aussi comment réaliser une propriété de plus grande dissimulation. Grâce à cette propriété, les parties prenantes peuvent créer des voies privées virtuelles, dont le contenu ne sera révélé qu’au moment où l’ensemble du bloc sera rendu public. Nous développerons cela plus en détail dans de prochains articles.

Comment implémenter la qualité de chaîne forte

Pour obtenir la qualité de chaîne forte après le temps de stabilité globale (GST), l’élément clé est de garantir que les proposeurs ne peuvent pas censurer arbitrairement les entrées des parties prenantes. Cela peut être réalisé via un protocole en deux tours. Sur la base de presque tous les protocoles BFT fondés sur la vue (view), il suffit d’apporter deux petites modifications :

Premier tour : chaque participant envoie ses entrées certifiées à tous les autres participants.

Deuxième tour : chaque participant, s’il a reçu des entrées certifiées provenant du participant i, ajoute i à sa propre liste d’inclusion. Ensuite, ce participant envoie sa liste d’inclusion au leader. Cette opération revient à s’engager : on n’acceptera que des blocs qui incluent toutes les entrées contenues dans cette liste.

Proposition BFT : une fois ces messages reçus, le leader inclut dans le bloc l’union de toutes les listes d’inclusion reçues.

Vote BFT : un participant ne vote « pour » que lorsqu’un bloc contient toutes les entrées de sa propre liste d’inclusion.

Il n’est pas difficile de voir qu’à partir de ce schéma de protocole, on peut construire un protocole complet. Ce protocole est capable de satisfaire la qualité de chaîne forte après le temps de stabilité globale (GST), de fournir une résistance à la censure, et de rester actif lorsque le leader se comporte honnêtement. Si l’on veut aussi réaliser SCQ avant le GST, il faut en plus attendre, à chaque tour, une quantité suffisante (quorum) de valeurs ou de listes. Nous détaillerons ce protocole et ses formes étendues dans de prochains articles.

Des recherches récentes indiquent qu’afin de réaliser la qualité de chaîne forte et la résistance à la censure, il faut ajouter deux tours supplémentaires, en plus des tours de vote d’un protocole BFT ordinaire (comme dans le schéma de protocole ci-dessus). Nous détaillerons aussi ce résultat dans de prochains articles.

Bien que la qualité de chaîne forte (SCQ) spécifie le ratio d’espace de blocs que les alliances peuvent contrôler, elle ne fixe pas entièrement l’ordre des transactions à l’intérieur des blocs. On peut comprendre la SCQ comme suit : de l’espace est réservé pour chaque nœud ayant misé des fonds, mais aucun engagement n’est pris sur l’ordre des transactions dans cet espace.

Cela ouvre un large espace de recherche pour la conception de mécanismes d’ordonnancement des transactions. Un bon mécanisme d’ordonnancement devrait permettre d’améliorer davantage l’équité et l’efficacité dans l’écosystème blockchain. Une direction intéressante à suivre consiste à ordonner les transactions en fonction des frais de priorité.