作者：Pranav Garimidi, Joachim Neu, Max Resnick, investigadores da a16z crypto; fonte: a16z crypto; tradução: Shaw 金色财经

Hoje em dia, a blockchain pode afirmar com confiança que possui a capacidade de processamento necessária para competir com as infraestruturas financeiras existentes. Os sistemas de ambiente de produção atuais podem processar dezenas de milhares de transações por segundo, e o desempenho futuro terá um aumento em magnitude.

No entanto, além da simples capacidade de processamento, as aplicações financeiras também necessitam de previsibilidade. Quando uma transação é iniciada - seja uma transação, uma oferta ou o exercício de uma opção - é crucial garantir de forma fiável o tempo de confirmação da transação na blockchain para o funcionamento normal do sistema financeiro. Se uma transação enfrenta atrasos imprevisíveis (seja por interferências maliciosas ou circunstâncias acidentais), muitas aplicações não poderão funcionar corretamente. Para que as aplicações financeiras na blockchain sejam competitivas, a blockchain deve fornecer garantias de transação em curto prazo: assim que uma transação válida é submetida à rede, deve-se garantir que será rapidamente incluída na blockchain.

Tomemos como exemplo um livro de ordens na blockchain. Um livro de ordens eficiente requer que os market makers forneçam liquidez através da colocação contínua de ordens de compra e venda de ativos. O problema central que os market makers enfrentam é: como minimizar a diferença entre o preço de compra e o preço de venda, evitando ao mesmo tempo o risco de seleção adversa devido à desconexão entre a cotação e o mercado. Para isso, os market makers devem atualizar constantemente as ordens para refletir as condições mais recentes do mercado. Por exemplo, quando o Federal Reserve faz um anúncio que provoca grandes oscilações nos preços dos ativos, os market makers precisam atualizar imediatamente as ordens para os novos preços. Nessa situação, se a transação usada pelos market makers para atualizar as ordens não puder ser incluída instantaneamente na blockchain, os arbitradores poderão negociar a preços desatualizados, resultando em perdas. Os market makers apenas poderão ampliar a diferença de preços para reduzir esse tipo de risco, o que, por sua vez, levará a uma diminuição da competitividade das plataformas de negociação na blockchain.

Um mecanismo de transação previsível na blockchain pode fornecer garantias confiáveis aos market makers, permitindo-lhes responder rapidamente a eventos fora da cadeia e manter o funcionamento eficiente do mercado na blockchain.

A lacuna entre o estado atual e as necessidades

Atualmente, as blockchains públicas existentes conseguem oferecer garantias de finalização razoavelmente confiáveis apenas em escalas de tempo de alguns segundos. Essa garantia é suficiente para aplicações de pagamento, mas é muito insuficiente para muitas aplicações financeiras que exigem respostas em tempo real dos participantes do mercado. No exemplo do livro de ordens mencionado: para os market makers, se as transações dos arbitradores puderem ser priorizadas e incluídas em blocos mais antigos, então a garantia de “inclusão na blockchain em segundos” se torna irrelevante. Sem garantias robustas de inclusão na blockchain, os market makers apenas poderão minimizar o risco de seleção adversa ampliando a diferença de preços e oferecendo cotações piores aos usuários. Isso fará com que as transações na blockchain percam atratividade em comparação com outros locais de negociação que oferecem garantias mais fortes.

Para que a blockchain realmente realize a visão de se tornar a infraestrutura moderna dos mercados de capital, os desenvolvedores devem resolver esses problemas, para que aplicações de alto valor, como o livro de ordens, possam prosperar na blockchain.

Onde está a dificuldade da previsibilidade?

Fortalecer as garantias de inclusão de transações nas blockchains públicas existentes para apoiar esses cenários financeiros é extremamente difícil. Atualmente, alguns protocolos dependem de um único nó (ou seja, “nó de mineração”), que decide quais transações podem ser incluídas em um bloco dentro de um tempo determinado. Esse design, embora reduza a dificuldade de engenharia para construir uma blockchain pública de alto desempenho, também cria um potencial ponto de monopólio econômico - o nó de mineração pode extrair valor dessa maneira. De modo geral, durante o período em que um nó é selecionado como nó de mineração, ele possui controle absoluto sobre quais transações são incluídas no bloco.

Para blockchains que suportam diversas atividades financeiras, o nó de mineração está em uma posição privilegiada. Se esse nó se recusar a incluir uma transação, a única opção para o usuário é esperar pelo próximo nó de mineração que esteja disposto a incluir essa transação. Em redes sem permissão, os nós de mineração têm um incentivo inerente para extrair valor, o que é comumente referido como valor extraível por mineradores (MEV). O MEV não se limita a ataques de sanduíche em transações de AMM. Mesmo que o nó de mineração apenas atrase a inclusão de uma transação por dezenas de milissegundos, ainda pode lucrar enormemente, reduzindo drasticamente a eficiência operacional das aplicações subjacentes. Se o livro de ordens prioriza apenas as transações de alguns traders, isso é injusto para todos os outros participantes. Em casos extremos, o comportamento malicioso do nó de mineração pode até levar os traders a abandonarem completamente a plataforma.

Um exemplo: se o Federal Reserve anunciar um aumento nas taxas de juros, o preço do ETH cairá instantaneamente 5%. Todos os market makers no livro de ordens apressar-se-ão a cancelar suas ordens existentes e a submetê-las novamente a novos preços. Ao mesmo tempo, todos os arbitradores também enviam transações, tentando vender ETH a preços desatualizados. Se esse livro de ordens operar em um protocolo que utiliza um único nó de mineração, esse nó terá um grande poder. Ele pode escolher revisar todas as transações de cancelamento dos market makers, permitindo que os arbitradores lucrem enormemente; ou pode não revisar totalmente o cancelamento, mas atrasar o processamento até que as transações dos arbitradores sejam incluídas; o nó de mineração pode até inserir suas próprias transações de arbitragem, lucrando completamente com a discrepância de preços.

Dois requisitos centrais: resistência à censura e ocultação de transações

Diante dessa posição de vantagem, a participação ativa dos market makers se tornará inviável - sempre que houver oscilações de preços, eles poderão ser explorados. O problema decorre essencialmente do fato de que o nó de mineração possui privilégios excessivos em duas áreas: o nó de mineração pode revisar qualquer transação de qualquer trader; o nó de mineração pode ver as transações de outros e, com base nisso, submeter suas próprias transações de resposta. Qualquer um desses problemas pode ter consequências catastróficas.

Um exemplo para ilustrar

Podemos esclarecer o problema através de um exemplo. Suponha que em um leilão haja dois licitantes: Alice e Bob, e que Bob é o nó de mineração do bloco em que o leilão ocorre. (Apenas definir dois licitantes é para facilitar a explicação; essa lógica se aplica a qualquer número de licitantes.)

O leilão aceita lances durante o período de geração do bloco, definido entre t=0 e t=1. Alice submete um lance bA no tempo tA, e Bob submete um lance bB no tempo tB (tB > tA). Como Bob é o nó de mineração do bloco, ele sempre pode assegurar que sua oferta seja a última. Tanto Alice quanto Bob podem ler o preço real do ativo que está sendo continuamente atualizado (por exemplo, o preço médio de uma exchange centralizada). Suponha que o preço no tempo t seja pt, e assumimos que em qualquer momento t, ambos esperam que o preço do ativo ao final do leilão (t=1) seja igual ao preço atual pt. As regras do leilão são simples: o maior lance vence e a transação é feita de acordo com o seu próprio lance.

A necessidade de resistência à censura

Agora, vejamos o que acontece quando Bob usa sua vantagem como nó de mineração. Se Bob pode revisar a oferta de Alice, o mecanismo do leilão falhará imediatamente. Ele só precisa fazer uma oferta extremamente baixa para garantir a vitória, pois todas as outras ofertas são ocultadas. Isso resultará em uma receita quase nula no leilão.

A necessidade de ocultação de transações

Uma situação mais complexa é que Bob não pode revisar diretamente a oferta de Alice, mas pode ver sua oferta antes de fazer a sua. Nesse caso, Bob adotará uma estratégia simples: ao fazer sua oferta, ele avaliará se o preço atual ptB é maior que bA. Se for, ele fará uma oferta ligeiramente superior a bA; se não for, ele desistirá de fazer a oferta.

Com essa estratégia, Bob fará com que Alice enfrente continuamente a seleção adversa. Alice só poderá vencer se, após uma atualização de preço, sua oferta for superior ao valor esperado do ativo. E sempre que ela vencer o leilão, sua expectativa será de perdas, levando-a a desistir de participar do leilão. Quando todos os concorrentes saírem, Bob poderá fazer uma oferta extremamente baixa e vencer o leilão, resultando em receita zero.

A conclusão central deste caso é: a duração do leilão é irrelevante. Enquanto Bob puder revisar a oferta de Alice ou vê-la antes de fazer sua própria oferta, o leilão estará fadado ao fracasso.

Essa lógica se aplica igualmente a todos os cenários de negociação de ativos de alta frequência, incluindo negociações à vista, contratos perpétuos, exchanges de derivativos, etc.: se existe um nó de mineração com o mesmo poder que Bob neste exemplo, todo o mecanismo de mercado entrará em colapso. Para que produtos na blockchain que atendam a esses cenários sejam viáveis, não se pode conceder tais privilégios aos nós de mineração.

Como esses problemas aparecem na prática atualmente?

A descrição acima pinta um quadro pouco otimista para qualquer negociação na blockchain que utilize protocolos com um único nó de mineração sem permissão. No entanto, muitos desses protocolos ainda mostram um bom desempenho em termos de volume de negociação em exchanges descentralizadas (DEX). Qual é a razão por trás disso?

Na prática, duas forças se compensam mutuamente em relação aos problemas mencionados:

• Os nós de mineração não abusam completamente de seus privilégios econômicos, pois geralmente têm um grande interesse em garantir o sucesso da blockchain subjacente;

• Diversas aplicações já construíram soluções alternativas para reduzir sua vulnerabilidade a esses problemas.

Embora esses dois fatores tenham mantido a DeFi em funcionamento até agora, a longo prazo, não são suficientes para que o mercado na blockchain realmente concorra com os mercados tradicionais fora da cadeia.

Em uma blockchain pública com atividade econômica significativa, para obter o direito de minerar, é necessário garantir uma quantidade substancial de tokens. Portanto, os nós de mineração ou possuem uma quantidade considerável de colaterais ou têm uma reputação suficiente para que outros detentores de tokens deleguem seus direitos de colaterais a eles. Em qualquer das situações, os grandes operadores de nós costumam ser entidades públicas, e sua reputação está em jogo. Além da reputação, o colateral que possuem também significa que têm um incentivo econômico para promover o desenvolvimento positivo da blockchain. Por essa razão, atualmente quase não vemos nós de mineração abusando completamente do poder de mercado como descrito anteriormente - mas isso não significa que esses problemas não existam.

Por um lado, depender da pressão social e dos interesses de longo prazo para restringir a boa vontade dos operadores de nós não é uma base confiável para o sistema financeiro do futuro. À medida que a escala das atividades financeiras na blockchain aumenta, o potencial de lucro para os nós de mineração também crescerá. Quanto maior esse potencial, mais difícil será restringir os nós de mineração socialmente e fazer com que eles contrariem seus interesses de curto prazo.

Por outro lado, o grau de abuso do poder de mercado pelos nós de mineração é um intervalo contínuo, variando de comportamentos moderados a destruição total do mercado. Os operadores de nós podem testar gradualmente de forma unilateral, utilizando seu poder para obter maiores lucros. Quando alguns operadores de nós continuamente ultrapassam os limites do comportamento aceitável, outros nós rapidamente imitarão. O comportamento de um único nó pode parecer ter um impacto limitado, mas quando todos começam a imitar, o impacto resultante será bastante evidente.

Um dos exemplos mais representativos desse fenômeno é o jogo de sequência: os nós de mineração tentarão adiar ao máximo a publicação de blocos, enquanto ainda garantem que os blocos sejam válidos dentro do protocolo, para ganhar recompensas maiores. Isso pode levar a um aumento no tempo de inclusão de blocos e, se o nó for excessivamente agressivo, pode até resultar na omissão de blocos. Embora a lucratividade dessas estratégias seja bem conhecida, os nós de mineração inicialmente escolhem não participar desse tipo de jogo, principalmente para manter a imagem de bons gestores da blockchain. No entanto, esse equilíbrio social é muito frágil. Assim que um operador de nó começar a usar essas estratégias para obter maiores lucros sem ser punido, outros nós rapidamente seguirão o exemplo.

O jogo de sequência é apenas um dos exemplos de como os nós de mineração podem aumentar seus lucros sem abusar completamente de seu poder. Eles ainda podem adotar várias outras formas de maximizar seus retornos às custas das aplicações. Vistas isoladamente, essas abordagens podem ainda estar dentro do que as aplicações podem suportar, mas eventualmente chegarão ao ponto em que os custos de operação na blockchain superam os benefícios.

Outro fator que mantém a DeFi funcionando normalmente é que as aplicações transferem a lógica central para fora da blockchain, registrando apenas os resultados na blockchain. Por exemplo, todos os protocolos que precisam de leilões executados rapidamente optam por realizá-los fora da blockchain. Essas aplicações frequentemente operam os mecanismos necessários em um conjunto de nós autorizados para evitar problemas causados por nós de mineração maliciosos. Por exemplo, a UniswapX executa leilões holandeses para a correspondência de transações fora da blockchain na rede principal do Ethereum, assim como a Cowswap coloca leilões em massa fora da blockchain.

Embora essa abordagem possa garantir a operação das aplicações, ela coloca o valor central da blockchain subjacente e das construções na blockchain em uma posição precária. Se a lógica de execução das aplicações estiver toda fora da blockchain, a blockchain subjacente se tornará apenas uma camada de liquidação. Uma das principais vantagens da DeFi é a sua combinabilidade, e em um mundo onde todas as execuções ocorrem fora da blockchain, essas aplicações estarão naturalmente em um ambiente fragmentado. Depender da execução fora da blockchain também adiciona novos pressupostos ao modelo de confiança dessas aplicações: as aplicações não apenas precisam da operação normal da blockchain subjacente, mas também devem depender da disponibilidade da infraestrutura fora da blockchain para funcionar corretamente.

Como alcançar previsibilidade

Para resolver esses problemas, o protocolo precisa atender a duas grandes características: garantias estáveis de inclusão de transações e regras de ordenação, bem como proteção de privacidade antes da confirmação da transação.

Requisito central um: resistência à censura

Podemos resumir a primeira característica como resistência à censura em curto prazo. Se um protocolo possui resistência à censura em curto prazo, então qualquer transação que chegue a um nó honesto pode ser garantida como sendo incluída no próximo bloco disponível.

Resistência à censura em curto prazo: qualquer transação válida que chegue pontualmente a qualquer nó honesto será, sem dúvida, incluída no próximo bloco.

Mais precisamente, assumimos que o protocolo opera com um relógio fixo, com blocos gerados em intervalos fixos, por exemplo, um bloco a cada 100 milissegundos. Portanto, precisamos dessa garantia: se uma transação chega a um nó honesto em 250 milissegundos, ela será incluída no bloco gerado em 300 milissegundos. Os atacantes não devem ter o poder de selecionar arbitrariamente transações, escolher quais incluir ou excluir algumas transações. A ideia central desta definição é que os usuários e as aplicações devem ter uma maneira altamente confiável de garantir que as transações sejam incluídas na blockchain em qualquer momento. Não deve ser possível que uma única perda de um nó - seja por malícia ou falha operacional - impeça uma transação de ser incluída na blockchain.

Embora essa definição exija garantias de inclusão para transações que cheguem a qualquer nó honesto, na prática, os custos de implementação disso podem ser excessivos. O seu significado central é que: o protocolo deve ter estabilidade suficiente para que a inclusão de transações seja altamente previsível e a lógica simples e compreensível. Protocolos de nó único sem permissão claramente não atendem a essa característica, pois se o único nó de mineração em um determinado momento agir de forma maliciosa, não haverá outras maneiras de incluir a transação na blockchain. No entanto, mesmo que apenas um conjunto de quatro nós possa garantir a inclusão de transações em cada intervalo de tempo, isso aumentará significativamente as opções de inclusão de transações para usuários e aplicações. Para que as aplicações possam prosperar de forma estável, vale a pena sacrificar um pouco de desempenho em troca de confiabilidade. Encontrar o equilíbrio certo entre robustez e desempenho ainda requer mais pesquisa, mas as garantias oferecidas pelos protocolos existentes estão muito aquém do necessário.

Uma vez que o protocolo possa garantir a inclusão de transações, o problema da ordenação será resolvido. O protocolo pode aplicar qualquer regra de ordenação determinística para garantir que os resultados da ordenação sejam consistentes. A solução mais simples é classificar por taxa de prioridade ou permitir que as aplicações classifiquem de forma flexível as transações que interagem com seu estado. A melhor forma de ordenação das transações continua a ser uma área de pesquisa ativa, mas, de qualquer forma, essa ordenação só faz sentido quando as transações podem ser incluídas com sucesso na blockchain.

Requisito central dois: ocultação de informações

Após a implementação da resistência à censura em curto prazo, outra característica-chave que o protocolo deve atender é uma capacidade de proteção de privacidade que chamamos de ocultação.

Ocultação: antes que a transação seja finalmente confirmada e incluída na blockchain, nenhuma parte participante, exceto o nó que recebe a transação, poderá obter qualquer informação sobre essa transação.

Protocolos que atendem à ocultação podem permitir que o nó receptor veja todas as transações enviadas a ele em texto claro, mas exigem que o restante do protocolo permaneça alheio ao conteúdo da transação até que o consenso seja alcançado e a ordem da transação no registro final seja determinada. Por exemplo, o protocolo pode usar criptografia com bloqueio temporal para que todo o conteúdo do bloco não seja visível até um determinado prazo; ou pode usar criptografia de limite, onde o conteúdo do bloco só é decifrado quando o comitê confirma que o bloco é irreversível.

Isso significa que, embora os nós possam abusar das informações das transações que lhes são enviadas, os outros nós na rede não poderão conhecer o conteúdo a ser confirmado antes que o consenso seja alcançado. Quando as informações sobre a transação se tornam públicas para o restante da rede, a transação já foi ordenada e confirmada, de modo que outras partes não podem realizar transações antecipadas. Para que essa definição seja prática, é necessário que vários nós possam realizar a inclusão da transação em qualquer intervalo de tempo.

Não adotamos uma definição de privacidade mais forte - ou seja, que apenas o usuário conheça o conteúdo da transação antes da confirmação - porque o protocolo precisa de uma etapa como um filtro de transações indesejadas. Se o conteúdo da transação estiver completamente oculto da rede, a rede não poderá distinguir entre transações indesejadas e transações válidas. A única solução é manter alguns metadados não ocultos nas transações, como o endereço de pagamento, que incorrerá em taxas quer a transação seja válida ou não. No entanto, esses metadados ainda podem vazar informações suficientes para que atacantes tenham uma oportunidade de exploração. Portanto, preferimos projetar de forma que uma única transação seja visível para um nó, enquanto os outros nós da rede não a vejam. Contudo, isso também significa que, para que essa característica funcione, os usuários devem ter pelo menos um nó honesto disponível como entrada para a inclusão da transação em cada intervalo de tempo.

Conclusão

Protocolos que possuem simultaneamente resistência à censura em curto prazo e ocultação de informações são a base ideal para a construção de aplicações financeiras. Retornando ao exemplo de executar leilões na blockchain, essas duas características resolvem diretamente o problema que Bob poderia causar ao colapsar o mercado. Bob não poderá revisar a oferta de Alice, nem poderá usar a oferta de Alice para orientar sua própria oferta, resolvendo precisamente os problemas 1) e 2) do exemplo anterior.

Com a garantia de resistência à censura em curto prazo, qualquer usuário que submeta uma transação - seja uma negociação ou um lance em um leilão - pode garantir que a transação será imediatamente incluída na blockchain. Os market makers podem atualizar ordens, os licitantes podem fazer lances rapidamente e as operações de liquidação podem ser executadas de forma eficiente. Os usuários podem ter a certeza de que qualquer operação que iniciem será executada imediatamente. Isso permitirá que a nova geração de aplicações financeiras do mundo real de baixa latência seja totalmente construída na blockchain. Para que a blockchain realmente concorra com as infraestruturas financeiras existentes, ou até mesmo supere seu desempenho, precisamos resolver muito mais do que apenas o problema da capacidade de processamento.