a16z: «Сильное качество цепи» позволяет каждому стейкеру иметь собственное пространство в блоке

Авторы: @ittaia, @PGarimidi и @jneu_net

Перевод: AididiaoJP, Foresight News

Качество цепочки блоков (Chain Quality, CQ) является фундаментальным свойством блокчейна. Простыми словами, его суть заключается в следующем:

Если вы владеете 3% от общего объёма залога, то в среднем за определённый период времени вы сможете контролировать 3% пространства блока.

Для ранних блокчейнов с низкой пропускной способностью этого показателя было достаточно. Однако современные блокчейны обладают значительно более высокой пропускной способностью, позволяя помещать огромное количество транзакций в один блок.

Это приводит нас к более строгому и детализированному понятию. Оно фокусируется не только на среднем процентном соотношении пространства блока во времени, но и на распределении пространства внутри каждого отдельного блока. Мы называем это «Сильным качеством цепочки блоков» (Strong Chain Quality, SCQ):

Если вы владеете 3% от общего объёма залога, то в каждом блоке вы контролируете ровно 3% пространства блока.

По своей сути это свойство позволяет участникам сети иметь «виртуальные полосы движения» внутри высокопроизводительного блокчейна, гарантируя включение своих транзакций.

«Качество цепочки блоков» в блокчейне

Одним из ключевых нововведений Биткойна, которым теперь обладает практически любой блокчейн, является внедрение механизма вознаграждения для предлагателей блоков: сторона, успешно добавившая блок к машине состояний, получает новоэмиссионные токены и комиссии за транзакции. Эти вознаграждения определяются функцией перехода состояния и в конечном итоге отражаются в состоянии системы.

В традиционных моделях распределённых вычислений участники делятся на честных и злоумышленников. В таком контексте нет необходимости поощрять честность, поскольку добросовестное поведение подразумевается как базовая аксиома модели.

В криптоэкономических моделях участники рассматриваются как рациональные агенты с потенциально неизвестными функциями полезности. Цель состоит в разработке механизмов стимулирования, которые будут естественным образом согласовывать стремление участников максимизировать собственную прибыль с успешным выполнением функций протокола. В сочетании с внутренними механизмами вознаграждения мы можем вывести следующее идеализированное определение качества цепочки блоков:

Качество цепочки блоков (CQ): альянс, владеющий X% от общего объёма залога, имеет вероятность X% стать предложителем каждого блока, поступающего в цепочку, после наступления глобального времени стабильности (GST).

Отклонение блокчейна от стандартов качества цепочки блоков может привести к тому, что некоторые альянсы получат долю вознаграждений, превышающую нормативную, что ослабит мотивацию к добросовестной работе и создаст угрозу безопасности протокола.

Многие блокчейны достигают или стремятся достичь этого свойства с помощью механизма случайной ротации лидеров на основе веса залога. Типичные проблемы, с которыми сейчас сталкиваются разработчики, включают: проблему «эгоистичного майнинга» в Биткойне; устойчивость Monad к хвостовым разветвлениям; а также вопросы реализации в протоколе Ethereum LMD GHOST.

Происхождение понятия «Сильное качество цепочки блоков»

Когда пространство блока достаточно велико, нет необходимости отдавать контроль над содержимым всего блока одному единственному предложителю. Вместо этого пространство одного и того же блока может быть совместно распределено между несколькими участниками. Именно эта идея заложена в криптоэкономическое определение сильного качества цепочки блоков:

Сильное качество цепочки блоков (SCQ): альянс, владеющий X% от общего объёма залога, способен контролировать X% пространства блока в каждом сгенерированном блоке после наступления глобального времени стабильности (GST).

Это идеализированное свойство неявно порождает абстракцию «виртуальных полос движения». Другими словами, альянсы фактически контролируют определённую долю выделенного пространства в каждом блоке.

С экономической точки зрения наличие виртуальной полосы сопоставимо владению производственным активом, генерирующим доход, который может поступать либо в виде комиссий за транзакции, либо через MEV (максимально извлекаемую ценность). Внешние сущности конкурируют за получение и удержание этих полос вокруг объёма залога, что формирует постоянный спрос на базовый L1 токен. Чем выше экономическая ценность, которую может приносить одна полоса, тем сильнее стимулы сторон конкурировать за доли залога, и тем большую накопленную стоимость может представлять L1 стейкинг, контролирующий доступ к этому пространству блоков. Благодаря такой абстракции усиленная цензуроустойчивость может быть преобразована в эффективное свойство SCQ на уровне протокола.

Сильное качество цепочки блоков и цензуроустойчивость

Последние исследования показывают высокую важность протоколов, устойчивых к цензуре. Такие протоколы должны не только гарантировать, что транзакции честных участников в конечном итоге войдут в блок, но и обеспечивать их немедленное включение. Сильное качество цепочки блоков (SCQ) можно рассматривать как расширение этого свойства для условий ограниченной ёмкости блока.

На практике, если объём транзакций, ожидающих включения, превышает доступное пространство блока, ни один протокол не сможет обеспечить цензуроустойчивость в идеальном смысле. SCQ решает это ограничение более прагматичным подходом: вместо требования обязательного включения абсолютно всех честных транзакций протокол назначает каждому узлу с залогом «бюджет», гарантируя, что в пределах этого бюджета его транзакции будут включены.

Протокол MCP был предложен в качестве компонента поверх существующих консенсус-протоколов типа PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance), чтобы наделить эти протоколы цензуроустойчивостью. Данный протокол одновременно удовлетворяет требованиям SCQ — он распределяет соответствующее пространство блока для предложений пропорционально доле залога. Существующие BFT-протоколы на базе направленного ациклического графа (DAG) предлагают способ реализации мультиверсионного пула памяти, что также обеспечивает определенный уровень устойчивости к цензуре.

Стандартные реализации этих протоколов обычно не строго соответствуют SCQ из-за возможности лидеров выборочно задерживать подмножества транзакций. Однако путем внесения небольших изменений в архитектуру протокола возможно восстановить соответствие SCQ. Одно из направлений, связанных с этим, носит название «принудительное включение транзакций» и направлено на снижение возможностей для цензуры.

Механизм MCP также демонстрирует реализацию усиленной функции конфиденциальности. Используя эту функцию, участники сети могут создавать виртуальные частные полосы, содержимое которых раскрывается исключительно в момент публичного опубликования всего блока. Мы подробнее раскроем этот аспект в наших будущих публикациях.

Как реализовать сильное качество цепочки блоков

Для достижения сильного качества цепочки блоков после наступления глобального времени стабильности (GST) ключевым условием является недопущение произвольной цензуры входных данных участниками со стороны предлагающих блоки нод. Это достигается посредством двухэтапного протокола. Практически ко всем BFT-протоколам, основанным на представлении (view), достаточно внести лишь два минимальных изменения:

• Этап 1: каждый участник отправляет свои подтверждённые входные данные всем остальным участникам;
• Этап 2: если участник получил подтверждённые данные от участника i, он добавляет i в свой список включений. После этого данный участник передаёт свой список лидеру. Это действие служит обещанием принять исключительно те блоки, которые содержат все элементы из переданного списка;
• Предложение в BFT: получив такие сообщения, лидер включает в новый блок объединение всех полученных списков включений;
• Голосование в BFT: участник поддерживает голосом только тот блок, который содержит все элементы из его собственного списка включений.

Не сложно заметить, что на основе данной схемы можно построить полноценный протокол. Он будет обеспечивать строгое соблюдение сильного качества цепочки блоков после наступления GST, гарантировать цензуроустойчивость и сохранять активность при условии, что лидер является честным участником. Для реализации SCQ ещё до GST потребуется ожидание достаточного количества (кворума) значений или списков на каждом этапе. Подробнее данный протокол и его модификации будут раскрыты в наших дальнейших материалах.

Недавние исследования показывают, что для обеспечения сильного качества цепочки блоков и цензуроустойчивости необходимо добавить два дополнительных этапа поверх стандартных этапов голосования в обычном BFT-протоколе (как показано в приведённой схеме). Результаты данного анализа также будут подробно описаны в последующих публикациях.

Хотя сильное качество цепочки блоков (SCQ) устанавливает долю пространства в блоке, которое может контролировать альянс, оно не накладывает строгих ограничений на алгоритм сортировки транзакций внутри блока. SCQ можно интерпретировать как резервирование выделенной площади для каждого узла с залогом без каких-либо гарантий относительно порядка размещения транзакций в этом пространстве.

Такой подход открывает широкие возможности для исследований в области проектирования механизмов сортировки транзакций. Хорошо проработанный алгоритм приоритизации способен существенно повысить справедливость и эффективность работы всей экосистемы блокчейна. Одним из перспективных направлений является сортировка транзакций на основе приоритетных комиссий.