a16z визначає «сильну якість ланцюга»: утримуючи 3% стейків, можна забезпечити 3% простору в кожному блоці, віртуальні смуги руху перетворюють справедливість блокчейну.

a16z дослідницька команда запропонувала концепцію “сильної якості ланцюга” (SCQ), яка розширює традиційну якість ланцюга (CQ) з міжчасового середнього на детальне розподілення всередині кожного блоку: володіючи 3% стейкованої кількості, можна отримати 3% гарантії блочного простору в кожному блоці. Цю статтю підготувала 動區動趨, узагальнюючи дослідження a16z Crypto.
(Передісторія: рідкісна реорганізація двох блоків у біткоїні: Foundry USA видобула 7 блоків, обігнавши AntPool, виникають побоювання щодо централізації майнінгу)
(Додаткова інформація: Віталік новоохарактеризував ефір як “технологію притулку”, три основні механізми, які дозволяють звести до історії перевірку на ланцюзі)

Зміст статті

Toggle

• Від CQ до SCQ: принципова зміна гранулярності
• Віртуальні смуги: економічний абстрактний рівень SCQ
• Теоретичний зв’язок SCQ та антицензури
• Як реалізувати SCQ на практиці
• Поза SCQ: відкрите питання порядку транзакцій

Основні безпекові характеристики блокчейн-протоколів завжди оцінювалися за “якістю ланцюга” (Chain Quality, CQ): альянс вузлів, що володіє X% стейкованої кількості в мережі, повинен мати ймовірність X% стати виробником кожного блоку. Ця характеристика в ранніх блокчейнах з низькою пропускною здатністю була достатньою: коли місткість транзакцій кожного блоку обмежена, хто виробляє блок, майже дорівнює тому, хто контролює весь вміст цього блоку.

Проте, з суттєвим підвищенням пропускної здатності сучасних блокчейнів, один блок може вміщати від сотень до тисяч транзакцій, традиційна CQ уже недостатня для опису справедливості розподілу блочного простору (blockspace). Тому команда a16z запропонувала більш детальну концепцію “сильної якості ланцюга” (Strong Chain Quality, SCQ), яка розширює сферу захисту від “середньої ймовірності виробництва блоків за часом” до “пропорції розподілу простору всередині кожного блоку”.

Від CQ до SCQ: принципова зміна гранулярності

Традиційні децентралізовані обчислення ділять учасників на чесних і зловмисних осіб, чесна поведінка вважається частиною моделі та не вимагає додаткових стимулів. Але моделі криптоекономіки розглядають усіх учасників як раціональних агентів з невідомими функціями корисності, мета проектування протоколу полягає в тому, щоб узгодити максимізацію прибутку з успіхом протоколу.

У цьому контексті традиційна CQ формально визначається як: альянс, що володіє X% стейкованої кількості в мережі, після глобального стабільного часу (GST) має ймовірність X% стати виробником кожного блоку, що входить до ланцюга. Ланцюг, що відхиляється від цієї характеристики, може дозволити певному альянсу накопичувати надмірні винагороди, що підриває структуру стимулів чесної поведінки, загрожуючи безпеці протоколу.

SCQ просуває цю гарантію далі: альянс, що володіє X% стейкованої кількості в мережі, після GST може контролювати X% блочного простору в кожному блоці. Ключова різниця полягає в словах “в кожному блоці” — це більше не середнє значення за часом, а точний розподіл по блоках.

Віртуальні смуги: економічний абстрактний рівень SCQ

SCQ неявно породжує абстрактну концепцію “віртуальних смуг” (virtual lanes): кожен стейкований вузол на кожному блоці фактично має власний канал блочного простору з фіксованою пропорцією.

З економічної точки зору, наявність віртуальної смуги еквівалентна володінню продуктивним активом — ця смуга може генерувати дохід від комісій та прибуток від MEV. Зовнішні суб’єкти, щоб отримати та підтримувати ці смуги, повинні постійно накопичувати стейковану кількість, що створює постійний попит на базову L1 токен. Чим вищою є економічна цінність, яку можуть генерувати смуги, тим сильніше стимул для конкуренції зі стейком, а також підвищується здатність L1 стейкованих токенів захоплювати цінність.

Ця абстрактна структура також забезпечує сильніші гарантії антицензури (censorship resistance), які проявляються в ефективності властивостей SCQ (validity property). Варто зазначити, що SCQ не вимагає, щоб усі чесні транзакції обов’язково включалися — в умовах, коли попит на блочний простір перевищує його місткість, ідеалізована повна стійкість до цензури неможлива. Дизайн SCQ полягає в тому, щоб надати кожному стейкованому вузлу гарантований бюджет для включення транзакцій в умовах обмеженої місткості.

Теоретичний зв’язок SCQ та антицензури

Нещодавні дослідження підкреслюють важливість “мгновенної антицензури” протоколів — входи чесних учасників мають бути негайно (а не в кінцевому підсумку) включені. SCQ можна розглядати як розширену версію цієї характеристики в умовах обмеженої місткості блоку.

На базі існуючих консенсус-протоколів у стилі PBFT, протокол MCP (Multi-proposer Consensus Protocol) був запропонований як додатковий модуль, що надає антицензурні властивості. MCP одночасно задовольняє властивості SCQ, розподіляючи блочний простір серед виробників блоків пропорційно до стейкової частки (деталі див. у розділі 5.3 статті MCP). Існуюча структура DAG BFT протоколів надає шлях реалізації з багатьма записами в пулі пам’яті (mempool), також здатна забезпечити певний рівень антицензури.

Проте, стандартна реалізація цих протоколів не досягає SCQ через те, що лідер (leader) все ще може вибірково затримувати обробку певного підмножини транзакцій. Налаштування цих протоколів може дозволити їм знову відповідати вимогам SCQ. Механізм примусового включення транзакцій (forced transaction inclusion) також є напрямком відповідних досліджень, EIP-7805 є конкретною пропозицією в екосистемі Ефіріуму.

MCP також демонструє, як отримати сильніші властивості конфіденційності: стейкодержателі можуть створити “віртуальні конфіденційні смуги”, вміст яких буде розкрито лише після публікації всього блоку. Цю характеристику буде детальніше досліджено в подальших дослідженнях.

Як реалізувати SCQ на практиці

На основі існуючих переглядових (view-based) BFT протоколів, достатньо двох раундів комунікації та двох невеликих модифікацій, щоб реалізувати гарантії SCQ після GST. Схема протоколу виглядає так:

Перший раунд: кожен учасник транслює свої підтверджені входи (certified input) всім.

Другий раунд: отримавши підтверджений вхід учасника i, він додає i до свого списку включення (inclusion list). Кожен учасник потім надсилає список включення лідеру, фактично обіцяючи приймати лише блоки, що містять усі входи зі списку.

Стадія пропозицій BFT: лідер, отримавши ці повідомлення, включає об’єднання всіх списків включення до блоку.

Стадія голосування BFT: учасники голосують лише за блоки, які містять усі входи їхнього списку включення.

Цю схему протоколу можна перетворити на повний протокол, що відповідає SCQ після GST, забезпечуючи антицензуру і зберігаючи активність (liveness) в умовах чесного лідера. Щоб досягти SCQ також до GST, кожен раунд повинен дочекатися достатньої кількості значень вузлів або формування кворуму (quorum). Нещодавні дослідження підтвердили, що для досягнення SCQ та антицензури потрібно додатково додати два раунди комунікації до звичайних раундів голосування BFT, що узгоджується з дизайном вищезгаданої схеми протоколу.

Поза SCQ: відкрите питання порядку транзакцій

Варто зазначити, що SCQ визначає пропорцію блочного простору, якою може контролювати кожен альянс, але не регулює повністю порядок виконання транзакцій у блочному просторі. SCQ можна розуміти як: резервування простору для кожного стейкованого вузла в наборі, але без гарантії порядку транзакцій у наборі.

Це відкриває багатий простір для досліджень у дизайні механізму порядку транзакцій, щоб ще більше підвищити справедливість і ефективність блокчейн-екосистеми. Перспективним напрямом є впорядкування транзакцій за пріоритетними комісіями (priority fees). Поза існуючими викликами, такими як проблема егоїстичного майнінгу (Selfish Mining), опір хвостовим розгалуженням (tail forking resistance) Monad, та проблеми CQ протоколу Ефіріуму LMD GHOST (яка зазвичай називається “реорганізацією”), впровадження SCQ відкриває нові дослідницькі виміри в проектуванні блокчейн-протоколів. Деталі механізму порядку будуть детальніше досліджені в наступних статтях.