a16z：「Качество сильной цепи」 позволяет каждому залогодержателю иметь собственное пространство в блоке

Автор: @ittaia、@PGarimidi и @jneu_net

Скомпилировано: AididiaoJP, Foresight News

Качество цепочки (Chain Quality, CQ) — это одно из ключевых свойств блокчейна. Простыми словами, оно означает следующее:

Если вы владеете 3% доли залога, то в среднем в заданном временном диапазоне вы можете контролировать 3% объёма блоков.

Для ранних блокчейнов с низкой пропускной способностью качество цепочки уже достаточно подходит. Но у современных блокчейнов пропускная способность намного выше — в одном блоке можно разместить множество транзакций.

Это приводит к более сильному и более детальному понятию. Оно смотрит не только на долю пространства блоков, усреднённую по времени, но и на то, как пространство блоков распределяется внутри каждого блока. Мы называем это «сильным качеством цепочки» (Strong Chain Quality, SCQ):

Если вы владеете 3% доли залога, то в каждом блоке вы можете контролировать 3% пространства блока.

По сути, это свойство даёт заинтересованным сторонам возможность иметь внутри высокопропускного блокчейна «виртуальные полосы», тем самым гарантируя, что их транзакции будут включены.

«Качество цепочки» в блокчейне

Одна из ключевых инноваций Биткоина — и сегодня практически у каждой блокчейн-сети это есть — заключается во введении внутри протокола механизма вознаграждений для авторов блоков: сторона, успешно добавившая блок в состоянийную машину, получает вновь отчеканенные токены и комиссии за транзакции. Эти награды определяются функцией переходов состояний и в конечном счёте отражаются в системном состоянии.

В традиционной распределённой модели вычислений участников делят на честных и злонамеренных. Здесь нет необходимости вознаграждать честных, потому что честное поведение является в модели базовым допущением.

А в криптоэкономической модели участников рассматривают как рациональных акторов, чьи функции полезности могут быть неизвестны. Цель — спроектировать стимулы так, чтобы эти участники в погоне за максимизацией собственной выгоды естественным образом согласовывали свои действия с успешной работой протокола. В сочетании с внутренним механизмом вознаграждений протокола мы можем получить следующую идеализированную формулировку качества цепочки:

Качество цепочки (CQ): альянс, владеющий X% от общего объёма залогов, после глобального стабилизационного времени (GST) имеет X% вероятность стать автором каждого блока, попадающего в цепь.

Если одна цепь отклоняется от требований качества цепочки, то это может привести к тому, что некоторые альянсы получат долю вознаграждений сверх нормальной, что ослабит мотивацию к честному поведению и поставит под угрозу безопасность протокола.

Многие блокчейны достигают или пытаются достигать этого свойства с помощью «рандомной ротации лидеров на основе весов залога». Типичные текущие вызовы включают: проблему «самоутачивания» Биткоина; проблему устойчивости к «хвостовым разветвлениям» в Monad; а также проблему в протоколе LMD GHOST Ethereum.

Происхождение «сильного качества цепочки»

Когда пространство блоков достаточно велико, нам нет нужды передавать весь содержательный объём блока монопольно одному автору. Напротив, пространство одного и того же блока может быть совместно распределено несколькими участниками. Именно эту мысль выражает криптоэкономическое идеализированное определение сильного качества цепочки:

Сильное качество цепочки (SCQ): альянс, владеющий X% от общего объёма залогов, после глобального стабилизационного времени (GST) способен контролировать X% пространства блоков в каждом блоке.

Это идеализированное свойство неявно подводит к абстрактной концепции «виртуальных полос». То есть альянс фактически может контролировать определённую долю выделенного пространства блоков в каждом блоке.

С экономической точки зрения наличие виртуальной полосы эквивалентно владению производительным активом, который может приносить доход: этот доход может происходить из комиссий за транзакции, а также из MEV (максимально извлекаемой ценности). Внешние субъекты конкурируют за то, чтобы получить и поддерживать эти полосы — и тем самым возникает постоянный спрос на токен L1. Чем больше экономическая ценность, которую может генерировать одна полоса, тем сильнее мотивация участников конкурировать долями залога; а чем выше накапливаемая ценность для L1-залогов, дающих доступ к этим объёмам пространства блоков, тем больше она растёт. Благодаря этой абстракции мы можем преобразовать более сильную устойчивость к цензуре в свойство эффективности SCQ в протоколе.

Сильное качество цепочки и устойчивость к цензуре

Недавние исследования показывают, что устойчивые к цензуре протоколы крайне важны. Такие протоколы должны не только гарантировать, что входы честной стороны в итоге будут включены, но и гарантировать, что они смогут быть включены немедленно. Сильное качество цепочки (SCQ) можно рассматривать как расширение этого свойства в условиях, когда ёмкость блока ограничена.

В реальных сценариях, если объём транзакций, ожидающих включения, превышает доступное пространство блоков, то не существует ни одного протокола, который удовлетворял бы идеализированному смыслу устойчивости к цензуре. SCQ отвечает на это ограничение более прагматичным способом: оно не требует, чтобы все честные транзакции всегда были включены; вместо этого оно выделяет каждому узлу, имеющему залог, «бюджет» и гарантирует, что в пределах этого бюджета его транзакции будут включены.

Протокол MCP был предложен как компонент, добавляемый поверх существующих практичных консенсус-протоколов в духе практического византийского отказоустойчивого механизма (PBFT), чтобы эти протоколы стали устойчивыми к цензуре. Этот протокол одновременно удовлетворяет требованиям SCQ — он выделяет автору соответствующее пространство блоков в зависимости от доли залога. Существующие BFT-протоколы на основе направленных ациклических графов (DAG) также предлагают способ реализовать механизм с многими авторами (multi-writer) для mempool и обладают определённой степенью устойчивости к цензуре.

Стандартные реализации этих протоколов обычно не строго удовлетворяют SCQ, потому что они допускают селективную задержку некоторых подмножеств транзакций лидером. Однако при небольших модификациях эти протоколы можно снова привести к выполнению SCQ. Связанное с этим направление — «обязательное включение транзакций», предназначенное для снижения практики цензурирования.

MCP также демонстрирует, как реализовать более сильное свойство скрытности. Благодаря этому свойству заинтересованные стороны могут создавать виртуальные приватные полосы, содержимое в которых будет раскрыто только тогда, когда весь блок будет публично опубликован целиком. Мы разовьём эту тему в последующих статьях.

Как реализовать сильное качество цепочки

Чтобы получить сильное качество цепочки после глобального стабилизационного времени (GST), ключевым является обеспечение того, чтобы авторы не могли произвольно цензурировать входы заинтересованных сторон. Это можно сделать с помощью протокола в два раунда. На базе почти всех BFT-протоколов, использующих модель зрения (view-based), достаточно сделать две небольшие правки:

Первый раунд: каждый участник отправляет свои подтверждённые (сертифицированные) входы всем остальным участникам.

Второй раунд: каждый участник, если получил подтверждённый вход от участника i, добавляет i в свой список включения. Затем этот участник отправляет свой список включения лидеру. Это равносильно обещанию: он будет принимать только те блоки, которые включают все входы из этого списка.

BFT-предложение: после получения этих сообщений лидер включает в блок все объединение списков включения, полученных от участников.

BFT-голосование: участник голосует «за» только тогда, когда блок содержит все входы из его собственного списка включения.

Нетрудно увидеть, что по этому наброску протокола можно построить полный протокол. Он может удовлетворять сильному качеству цепочки после глобального стабилизационного времени (GST), обеспечивать устойчивость к цензуре и оставаться активным, когда лидер действует честно. Чтобы реализовать SCQ также до GST, в каждой итерации нужно ждать достаточного количества (кворума) значений или списков. Мы подробно рассмотрим этот протокол и его расширенные формы в последующих статьях.

Недавние исследования показывают, что для реализации сильного качества цепочки и устойчивости к цензуре нужно добавить ещё два раунда поверх раундов голосования обычного BFT-протокола (как показано в наброске протокола выше). Мы также подробно объясним этот результат в последующих статьях.

Хотя сильное качество цепочки (SCQ) задаёт долю пространства блоков, которую может контролировать альянс, оно не полностью ограничивает порядок транзакций внутри блока. SCQ можно понимать так: пространство резервируется для каждого узла с залогом, но никакой гарантии порядка транзакций внутри этого пространства не предоставляется.

Это открывает богатое исследовательское пространство для разработки механизмов упорядочивания транзакций. Хороший механизм упорядочивания потенциально способен ещё больше повысить справедливость и эффективность в экосистеме блокчейна. Одна из перспективных направлений — упорядочивать транзакции в зависимости от приоритетной комиссии.