a16z определяет «сильное качество цепи»: удерживая 3% залога, можно гарантировать 3% пространства на каждом блоке, виртуальные полосы движения переосмысляют справедливость блокчейна.

a16z исследовательская команда предложила концепцию “Сильного качества цепи” (SCQ), расширив традиционное качество цепи (CQ) от усреднения во времени до тонкого распределения внутри каждого блока: обладая 3% от общего объема стейка, можно получить 3% гарантии блока в каждом блоке. Данная статья была переведена и整理ована 動區動趨 на основе отчета a16z Crypto.
(Предыстория: биткойн редко переживает два блока перестройки: Foundry USA добывает 7 блоков подряд, опережая AntPool, проявляются опасения по поводу централизации пула)
(Фоновая информация: Виталик вновь позиционирует Ethereum как “технологию убежища”, три механизма позволяют исторически преодолеть цензуру на блокчейне)

Содержание статьи

Toggle

• От CQ к SCQ: коренное изменение гранулярности
• Виртуальные полосы: экономический абстрактный уровень SCQ
• Теоретическая связь между SCQ и антицензурой
• Как добиться SCQ на практике
• За пределами SCQ: открытые вопросы сортировки транзакций

Основные свойства безопасности блокчейн-протокола традиционно измеряются через “качество цепи” (Chain Quality, CQ): альянс узлов, владеющий X% от общего объема стейка, должен иметь вероятность X% стать создателем каждого блока. Это свойство было достаточно в ранних блокчейнах с низкой пропускной способностью: когда емкость транзакций в каждом блоке была ограничена, кто создает блок практически равнялось тому, кто контролирует все содержимое этого блока.

Однако с увеличением пропускной способности современных блокчейнов, когда в одном блоке может помещаться от сотен до тысяч транзакций, традиционная CQ недостаточна для описания справедливости распределения блок-пространства. Поэтому команда a16z предложила более тонкую концепцию “Сильного качества цепи” (Strong Chain Quality, SCQ), расширив гарантии от “усредненной вероятности создания блоков во времени” до “доля пространства в каждом блоке”.

От CQ к SCQ: коренное изменение гранулярности

Традиционные децентрализованные вычисления делят участников на честные и злонамеренные, при этом честные действия рассматриваются как часть предположений модели и не требуют дополнительных стимулов. Однако модели криптоэкономики рассматривают всех участников как рациональных агентов с неизвестной функцией полезности, целью проектирования протокола является выравнивание прибыли максимизирующего поведения с успешным направлением протокола.

В этой рамке традиционное CQ формально определяется как: альянс, владеющий X% от общего объема стейка, с вероятностью X% становится создателем каждого блока, входящего в цепь, после глобального стабильного времени (GST). Отклонение от этого свойства может позволить определенному альянсу накапливать избыточные награды, разрушая тем самым структуру стимулов честного поведения и угрожая безопасности протокола.

SCQ же продвигает эту гарантию дальше: альянс, владеющий X% от общего объема стейка, после GST может контролировать X% блок-пространства в каждом блоке. Ключевое различие заключается в “каждом блоке” — это больше не усреднение во времени, а точное распределение по блокам.

Виртуальные полосы: экономический абстрактный уровень SCQ

SCQ неявно порождает абстрактное понятие “виртуальных полос” (virtual lanes): каждый стейкинговый узел в каждом блоке фактически имеет свою собственную фиксированную долю блок-пространства.

С экономической точки зрения, обладание виртуальной полосой эквивалентно владению производственным активом — эта полоса может генерировать доход от комиссий и прибыль от MEV. Внешние субъекты, чтобы получить и поддерживать эти полосы, должны постоянно накапливать объем стейка, что создает постоянный спрос на базовые токены L1. Чем выше экономическая ценность, которую могут генерировать полосы, тем сильнее стимулы для стейкинга, и способность токенов стейка L1 захватывать ценность также возрастает.

Эта абстрактная структура также обеспечивает более высокую степень антицензуры (censorship resistance), что проявляется в свойствах действительности протокола SCQ (validity property). Следует отметить, что SCQ не требует, чтобы все честные транзакции обязательно включались — в реальных сценариях, когда спрос на блок-пространство превышает его емкость, идеализированная полная антицензура невозможна. Дизайн SCQ основывается на том, чтобы в условиях ограниченной емкости предоставить каждому стейкинговому узлу гарантированный бюджет на включение транзакций.

Теоретическая связь между SCQ и антицензурой

Недавние исследования подчеркивают важность протоколов “немедленной антицензуры” — входы честных участников должны быть немедленно (а не в конечном итоге) включены. SCQ можно рассматривать как расширенную версию этого свойства в условиях фиксированной емкости блока.

На основе существующих протоколов консенсуса в стиле PBFT был предложен протокол MCP (Multi-proposer Consensus Protocol) в качестве дополнительного модуля для обеспечения антицензуры. MCP одновременно удовлетворяет свойства SCQ, распределяя блок-пространство среди создателей блоков пропорционально их доле стейка (см. раздел 5.3 статьи MCP). Существующие протоколы BFT на основе DAG предлагают путь реализации с несколькими пулами памяти (mempool), которые также могут обеспечить определенный уровень антицензуры.

Тем не менее, стандартная реализация этих протоколов не достигла строгого соблюдения SCQ, поскольку лидер (leader) все еще может избирательно задерживать обработку определенного подмножества транзакций. Настройка этих протоколов может позволить им снова удовлетворять требованиям SCQ. Механизмы обязательного включения транзакций (forced transaction inclusion) также являются актуальной областью исследований, EIP-7805 является конкретным предложением в экосистеме Ethereum.

MCP также дополнительно демонстрирует, как можно получить более сильные свойства конфиденциальности: держатели стейка могут создать “виртуальные приватные полосы”, содержание которых будет раскрыто только при публикации всего блока. Эта особенность будет дополнительно исследована в будущих работах.

Как добиться SCQ на практике

На основе существующих BFT протоколов с обзором (view-based) достаточно провести два раунда связи и внести две небольшие модификации, чтобы после GST реализовать гарантии SCQ. Проект протокола выглядит следующим образом:

Первый раунд: каждый участник транслирует свои сертифицированные входные данные (certified input) всем сторонам.

Второй раунд: после получения сертифицированного входа от участника i, добавьте i в свой список включения (inclusion list). Каждый участник затем отправляет свой список включения лидеру, фактически обещая принимать только блоки, содержащие все входы из списка.

Этап предложения BFT: после получения этих сообщений лидер включает объединение всех списков включения в блок.

Этап голосования BFT: участники голосуют только за блоки, содержащие все входы из их списка включения.

Этот проект протокола можно преобразовать в полный протокол, который после GST удовлетворяет SCQ, обеспечивает антицензуру и сохраняет активность (liveness) в условиях честного лидера. Чтобы также достичь SCQ до GST, каждый раунд необходимо дождаться достаточного количества значений узлов или формирования кворума (quorum). Недавние исследования уже продемонстрировали, что SCQ и антицензура требуют добавления двух дополнительных раундов связи поверх обычных раундов голосования BFT, что согласуется с дизайном вышеупомянутого проекта протокола.

За пределами SCQ: открытые вопросы сортировки транзакций

Следует отметить, что SCQ устанавливает долю блок-пространства, которую каждый альянс может контролировать, но не регулирует полностью порядок выполнения транзакций в блок-пространстве. SCQ может быть понята как: резервирование пространства для каждого стейкингового узла в совокупности, но не гарантирует порядок транзакций внутри этой совокупности.

Это открывает богатое пространство для исследований в дизайне механизмов сортировки транзакций, чтобы еще больше повысить справедливость и эффективность экосистемы блокчейна. Одним из многообещающих направлений является сортировка транзакций по приоритетным комиссиям (priority fees). В дополнение к существующим вызовам, таким как проблема эгоистичного майнинга (selfish mining, в литературе известной как Идеальная CQ), устойчивость к хвостовым ответвлениям Monad (tail forking resistance), и проблемы CQ протокола Ethereum LMD GHOST (обычно называемой “перестройкой”), введение SCQ открывает новые исследовательские измерения для дизайна блокчейн-протоколов. Подробности механизма сортировки будут дополнительно обсуждены в будущих статьях.