a16z : Le véritable sens d'une chaîne de qualité : l'espace de bloc ne doit pas être monopolisé

Titre original : Au-delà d'une caractéristique fondamentale de la blockchain : « Une chaîne de grande qualité »

Auteurs originaux : ittaia, PGarimidi, jneu_net, a16z

Compilation originale : AididiaoJP, Foresight News

La qualité de la chaîne (CQ) est une propriété fondamentale de la blockchain. En termes simples, cela signifie :

Si vous détenez 3 % des parts mises en jeu, vous pouvez alors, en moyenne, contrôler 3 % de l'espace de bloc.

Pour les premières chaînes de blocs, dont le débit est plus faible, la notion de « qualité de la chaîne » est déjà tout à fait pertinente. Cependant, les blockchains modernes disposent d'une bande passante bien plus importante, ce qui permet à un seul bloc de contenir un grand nombre de transactions.

Cela aboutit à un concept plus solide et plus abouti. Elle ne se concentre pas seulement sur le taux moyen d'utilisation de l'espace par bloc au fil du temps, mais examine également la répartition de l'espace au sein de chaque bloc. Nous appelons cela la « Strong Chain Quality » (SCQ) :

Si vous détenez 3 % des parts mises en jeu, vous pouvez alors contrôler 3 % de l'espace disponible dans chaque bloc.

Concrètement, cette fonctionnalité permet aux parties prenantes de disposer de « voies virtuelles » au sein d'une blockchain à haut débit, garantissant ainsi que leurs transactions puissent être intégrées.

« Qualité de la chaîne » dans la blockchain

L'une des innovations majeures du Bitcoin — désormais présente dans presque toutes les blockchains — est l'introduction, au sein du protocole, d'un mécanisme de récompense pour les auteurs de blocs : la partie qui parvient à ajouter un bloc à la chaîne de blocs peut recevoir des jetons nouvellement créés ainsi que les frais de transaction. Ces récompenses sont définies par la fonction de transition d'état et se reflètent finalement dans l'état du système.

Dans les modèles traditionnels de calcul distribué, les participants sont répartis en deux catégories : les acteurs honnêtes et les acteurs malveillants. Il n'est pas nécessaire de récompenser les acteurs honnêtes dans ce contexte, car le modèle part du principe que tout le monde agit de manière honnête.

Dans les modèles cryptoéconomiques, les participants sont considérés comme des acteurs rationnels dont les fonctions d'utilité peuvent être inconnues. L'objectif est de mettre en place des mécanismes d'incitation qui alignent la recherche de la maximisation des profits de ces participants sur le bon fonctionnement du protocole. En combinant les mécanismes de récompense internes du protocole, nous pouvons en déduire la définition idéalisée suivante de la qualité de la chaîne :

Qualité de la chaîne (CQ) : Une alliance détenant X % du capital total mis en jeu a X % de chances de devenir l'initiateur de chaque bloc intégré à la chaîne après le Global Stability Time (GST).

Si une chaîne ne respecte pas les exigences de qualité, cela peut permettre à certaines alliances d'obtenir une part de récompense supérieure à la proportion normale, ce qui affaiblit la motivation à adopter un comportement honnête et menace la sécurité du protocole.

De nombreuses chaînes de blocs satisfont à cette propriété ou s'efforcent d'y satisfaire grâce à un « mécanisme de rotation aléatoire des leaders pondéré par le staking ».

Parmi les défis typiques auxquels on est actuellement confronté, on peut citer : Le problème du « minage égoïste » du Bitcoin ; la vulnérabilité de Monad face aux « tail forks » ; et les problèmes liés au protocole LMD GHOST d'Ethereum.

L'origine de l'expression « Strong Chain Quality »

Lorsque l'espace disponible dans les blocs est suffisamment important, il n'est pas nécessaire de permettre à un seul proposant de monopoliser l'intégralité du contenu d'un bloc. Au contraire, l'espace de bloc d'un même bloc peut être alloué conjointement par plusieurs participants. La définition crypto-économique d'une chaîne de haute qualité traduit cette idée :

Qualité « Strong Chain » (SCQ) : Une alliance détenant X % du capital total mis en jeu peut contrôler X % de l'espace de stockage dans chaque bloc après le délai de stabilité global (GST).

Cette propriété idéalisée introduit implicitement le concept abstrait de « voies virtuelles ». En d'autres termes, les alliances peuvent effectivement contrôler une certaine partie de l'espace réservé dans chaque bloc.

D'un point de vue économique, disposer d'une voie virtuelle revient à détenir un actif productif capable de générer des revenus, qui peuvent provenir des frais de transaction ou de la MEV (valeur maximale extractible). Des entités externes s'affronteront pour mettre en jeu des capitaux afin d'acquérir et de conserver ces voies, ce qui créera une demande soutenue pour les jetons L1 sous-jacents. Plus la valeur économique qu'une voie peut générer est importante, plus les parties sont motivées à se disputer les parts de mise en jeu, et plus la valeur que les parts de mise en jeu de L1 peuvent accumuler en contrôlant l'accès à cet espace de bloc est élevée. Grâce à cette abstraction, nous pouvons traduire une meilleure résistance à la censure en une propriété effective du SCQ au sein du protocole.

Chaîne hautement sécurisée et résistance à la censure

Des études récentes montrent que les protocoles résistants à la censure sont essentiels. Ces protocoles doivent non seulement garantir que les contributions des parties de bonne foi soient finalement prises en compte, mais aussi assurer qu'elles puissent l'être immédiatement. La qualité de la chaîne forte (SCQ) peut être considérée comme une extension de cette propriété dans des conditions de capacité de bloc limitée.

Dans la pratique, si le volume des transactions à inclure dépasse l'espace disponible dans le bloc, aucun protocole ne peut garantir une résistance idéale à la censure. Le SCQ remédie à cette limite en adoptant une approche plus pragmatique : il n'exige pas que toutes les transactions valides soient systématiquement incluses, mais attribue plutôt un « budget » à chaque nœud de staking, garantissant ainsi que, dans les limites de ce budget, leurs transactions puissent être incluses.

Le protocole MCP a été proposé comme une extension des protocoles de consensus PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) existants afin de doter ces derniers d'une résistance à la censure. Ce protocole répond également aux exigences du SCQ, en attribuant aux soumissionnaires l'espace de bloc correspondant en fonction de la proportion de leurs participations mises en jeu. Les protocoles BFT existants basés sur des graphes acycliques dirigés (DAG) permettent de mettre en place un pool de mémoire à écritures multiples, tout en offrant un certain degré de résistance à la censure.

Les implémentations standard de ces protocoles ne respectent souvent pas strictement le principe SCQ, car elles permettent aux leaders de retarder de manière sélective certains sous-ensembles de transactions. Toutefois, de légères modifications apportées à ces protocoles pourraient permettre de rétablir le SCQ. Une autre piste dans ce domaine est celle de « l'inclusion obligatoire des transactions », qui vise à réduire les pratiques de censure.

Le MCP montre également comment obtenir un pouvoir couvrant plus élevé. Grâce à cette fonctionnalité, les parties prenantes peuvent créer des voies privées virtuelles dont le contenu ne sera révélé que lorsque l'ensemble du bloc sera rendu public. Nous développerons ce point dans les articles suivants.

Comment garantir une chaîne de qualité irréprochable

Pour garantir une chaîne de haute qualité après le délai de stabilité global (GST), il est essentiel de veiller à ce que les auteurs de propositions ne puissent pas censurer arbitrairement les contributions des parties prenantes. Cela peut être réalisé à l'aide d'un protocole en deux étapes. Comme pour la quasi-totalité des protocoles BFT basés sur les vues, seules deux petites modifications sont nécessaires :

Premier tour : Chaque participant transmet ses données authentifiées à tous les autres participants.

Deuxième tour : Chaque participant, s'il reçoit une contribution authentifiée du participant i, ajoute i à sa liste d'inclusion. Ensuite, ce participant envoie sa liste de participants au responsable. Cette opération équivaut à un engagement : ils n'accepteront que les blocs qui contiennent toutes les entrées de cette liste.

Proposition de BFT : Après avoir reçu ces messages, le nœud de tête intègre dans le bloc l'union de toutes les listes d'inclusion reçues.

Vote BFT : Un participant ne votera en faveur d'un bloc que si celui-ci inclut toutes les entrées figurant sur sa propre liste d'inclusion.

Il est évident que, d'après cette ébauche de protocole, il est possible d'élaborer un protocole complet. Ce protocole permet d'assurer une qualité de chaîne élevée après le délai de stabilité globale (GST), d'offrir une résistance à la censure et de rester actif lorsque le leader est un acteur honnête. Pour atteindre le SCQ avant le GST, il faut également attendre qu'un nombre suffisant (quorum) de valeurs ou de listes soit atteint à chaque tour. Nous détaillerons ce protocole et ses variantes dans les articles suivants.

Des recherches récentes indiquent que, pour garantir une qualité élevée de la chaîne et une bonne résistance à la censure, il est nécessaire d'ajouter deux tours supplémentaires aux tours de vote des protocoles BFT classiques (comme le montre l'esquisse du protocole ci-dessus). Nous développerons également ce résultat dans les articles à venir.

Si la « Strong Chain Quality » (SCQ) définit la part de l'espace d'un bloc qu'une alliance peut contrôler, elle ne détermine toutefois pas entièrement l'ordre des transactions au sein de ce bloc. On peut considérer que le SCQ réserve un espace à chaque nœud de staking, mais ne garantit pas l'ordre des transactions au sein de cet espace.

Cela ouvre de nombreuses perspectives de recherche pour la conception de mécanismes d'ordonnancement des transactions. Un bon mécanisme de classement devrait permettre de renforcer encore davantage l'équité et l'efficacité au sein de l'écosystème de la blockchain. Une approche qui mérite d'être mentionnée consiste à classer les transactions en fonction des frais de priorité.