a16z: 「Calidad de la cadena fuerte» permite que cada staker tenga un espacio exclusivo en el bloque

Artículo: @ittaia、@PGarimidi y @jneu_net

Compilación: AididiaoJP, Foresight News

La calidad de la cadena (Chain Quality, CQ) es una propiedad fundamental de una blockchain. En términos sencillos, significa:

Si tienes el 3% de los derechos de participación (stake), entonces, dentro de un rango medio de tiempo, podrás controlar el 3% del espacio de bloques.

Para blockchains tempranas con un rendimiento (throughput) bajo, la calidad de la cadena ya es suficiente. Pero las blockchains modernas tienen un ancho de banda mucho mayor: en un solo bloque se pueden incluir muchas transacciones.

Esto nos lleva a un concepto más fuerte y más preciso. Ya no se limita a observar la proporción promedio de espacio de bloques a lo largo del tiempo, sino que se enfoca en cómo se divide el espacio de bloques dentro de cada bloque. Lo llamamos «calidad de cadena fuerte» (Strong Chain Quality, SCQ):

Si tienes el 3% de los derechos de participación, entonces en cada bloque podrás controlar el 3% del espacio de bloques.

En esencia, esta propiedad permite a los interesados disponer de «carriles virtuales» dentro de una blockchain de alto rendimiento, asegurando que sus transacciones puedan incluirse.

«Calidad de cadena» en blockchains

Una de las innovaciones clave de Bitcoin —hoy en día, casi todas las blockchains cuentan con esto— consiste en incorporar dentro del protocolo un mecanismo de recompensas para los proponentes de bloques: la parte que consigue adjuntar un bloque al estado (state machine) recibe tokens recién acuñados y las comisiones de las transacciones. Estas recompensas están determinadas por la función de transición de estados y, finalmente, se reflejan en el estado del sistema.

En el modelo tradicional de cómputo distribuido, los participantes se dividen en participantes honestos y participantes maliciosos. Aquí no hay necesidad de recompensar a los honestos, porque la conducta honesta es el supuesto predeterminado del modelo.

En cambio, en el modelo de economía criptográfica, los participantes se consideran agentes racionales, y su función de utilidad puede ser desconocida. El objetivo es diseñar incentivos para que, al perseguir la maximización de su propio beneficio, estos participantes se alineen de forma natural con el funcionamiento exitoso del protocolo. Combinando el mecanismo de recompensas dentro del protocolo, podemos obtener la siguiente definición idealizada de calidad de cadena:

Calidad de la cadena (CQ): para una coalición que posee X% del total del stake, después del GST (Global Stable Time, tiempo global estable), hay una probabilidad de X% de convertirse en el proponente de cada bloque que entra a la cadena.

Si una cadena se desvía de la exigencia de calidad de cadena, podría permitir que algunas coaliciones obtengan una porción de recompensas superior a la proporción normal, debilitando la motivación de actuar con honestidad y poniendo en riesgo la seguridad del protocolo.

Muchas blockchains satisfacen o intentan satisfacer esta propiedad mediante un mecanismo de rotación aleatoria de líderes basado en el peso del stake. Los retos típicos que se enfrentan hoy incluyen: el problema de «minería egoísta» de Bitcoin; el problema de la resistencia a bifurcaciones en la parte final (tail) de Monad; y el problema en el protocolo LMD GHOST de Ethereum.

El origen de la «calidad de cadena fuerte»

Cuando el espacio de bloques es suficientemente abundante, no es necesario monopolizar todo el contenido del bloque en manos de un único proponente. Por el contrario, el espacio de bloques de un mismo bloque puede ser compartido y dividido por múltiples participantes. La definición de economía criptográfica de calidad de cadena fuerte expresa exactamente esta idea:

Calidad de cadena fuerte (SCQ): para una coalición que posee X% del total del stake, después del GST (Global Stable Time), puede controlar X% del espacio de bloques en cada bloque.

Esta propiedad idealizada, de manera implícita, introduce el concepto abstracto de «carriles virtuales». Es decir, las coaliciones en realidad pueden controlar una cierta proporción de espacio de bloques dedicado en cada bloque.

Desde una perspectiva económica, tener un carril virtual equivale a poseer un activo productivo que genera ingresos; estos ingresos pueden provenir de comisiones de transacción o de MEV (Maximum Extractable Value, valor máximo extraíble). Las entidades externas compiten para obtener y mantener estos carriles, lo que crea una demanda sostenida para los tokens L1 subyacentes. Cuanto mayor sea el valor económico que puede generar un carril, más fuerte será la motivación de las partes para competir por el stake, y cuanto mayor sea el valor que se pueda acumular con el stake L1 que otorga el acceso a estos espacios de bloques, también será mayor. Mediante esta abstracción, podemos transformar una capacidad más fuerte de resistencia a la censura en una propiedad de efectividad de SCQ dentro del protocolo.

Calidad de cadena fuerte y resistencia a la censura

Recientes investigaciones muestran que la resistencia a la censura es muy importante. Estos protocolos no solo deben garantizar que la entrada de los participantes honestos se incluya finalmente, sino también que se incluya de inmediato. La calidad de cadena fuerte (SCQ) puede entenderse como una extensión de esta propiedad en un escenario donde la capacidad del bloque es limitada.

En escenarios reales, si el volumen de transacciones por incluir excede el espacio de bloques disponible, ningún protocolo puede satisfacer el significado ideal de resistencia a la censura. SCQ aborda esta limitación con una estrategia más pragmática: no exige que todas las transacciones honestas siempre se incluyan; en su lugar, asigna a cada nodo con stake un «presupuesto» y garantiza que, dentro del rango de ese presupuesto, sus transacciones puedan incluirse.

El protocolo MCP se propone como un componente sobre un protocolo de consenso existente de tolerancia a fallos bizantinos prácticos (PBFT), con el propósito de dotar a estos protocolos de resistencia a la censura. El protocolo también cumple con los requisitos de SCQ: asigna al proponente el espacio de bloques correspondiente según la proporción del stake. Los protocolos BFT existentes basados en grafos acíclicos dirigidos (DAG) también ofrecen una forma de implementar un mempool con múltiples escritores, y cuentan con cierto grado de resistencia a la censura.

Las implementaciones estándar de estos protocolos normalmente no cumplen estrictamente SCQ, porque permiten que el líder retrase selectivamente algunos subconjuntos de transacciones. Sin embargo, con algunas modificaciones a estos protocolos, es posible reimplementar SCQ. Una dirección relacionada es «inclusión forzada de transacciones», que busca reducir el comportamiento de censura.

MCP también muestra cómo lograr una propiedad de ocultamiento más fuerte. Con esta propiedad, los interesados pueden crear carriles privados virtuales; el contenido dentro de estos carriles solo se revelará cuando el bloque completo se publique hacia el exterior. Ampliamos esto en artículos posteriores.

Cómo implementar la calidad de cadena fuerte

Para obtener calidad de cadena fuerte después del Global Stable Time (GST), la clave es asegurar que los proponentes no puedan censurar arbitrariamente las entradas de los interesados. Esto se puede lograr mediante un protocolo de dos rondas. Sobre la base de casi todos los protocolos BFT basados en vistas, solo se requieren dos modificaciones pequeñas:

Primera ronda: cada participante envía sus entradas autenticadas a todos los demás participantes.

Segunda ronda: si un participante recibe las entradas autenticadas provenientes del participante i, entonces agrega i a su propia lista de inclusión. Posteriormente, ese participante envía su lista de inclusión al líder. Esta acción equivale a un compromiso: solo aceptará bloques que incluyan todas las entradas contenidas en la lista.

Propuesta BFT: después de que el líder recibe estos mensajes, recopila y coloca en el bloque la unión de todas las listas de inclusión recibidas.

Votación BFT: un participante solo emitirá un voto a favor si un bloque incluye todas las entradas de su propia lista de inclusión.

Como puede verse, siguiendo este bosquejo de protocolo, se puede construir un protocolo completo. Este protocolo es capaz de cumplir con la calidad de cadena fuerte después del Global Stable Time (GST), proporcionar resistencia a la censura y mantener la actividad cuando el líder es honesto. Si se desea lograr SCQ también antes de GST, entonces en cada ronda todavía se necesita esperar a valores o listas suficientes (quórum). Describiremos este protocolo y sus formas de extensión en artículos posteriores.

Investigaciones recientes indican que, para lograr calidad de cadena fuerte y resistencia a la censura, además de las rondas de votación del protocolo BFT convencional, se deben agregar dos rondas adicionales (como muestra el bosquejo del protocolo anterior). También detallaremos este resultado en artículos posteriores.

Aunque la calidad de cadena fuerte (SCQ) establece la proporción del espacio de bloques que puede controlar una coalición, no limita por completo la manera de ordenar las transacciones dentro del bloque. SCQ puede interpretarse como: se reserva espacio para cada nodo con stake, pero no se garantiza ningún orden para las transacciones dentro de esos espacios.

Esto abre un amplio espacio para la investigación en el diseño de mecanismos de ordenamiento de transacciones. Se espera que un buen mecanismo de ordenamiento mejore la equidad y la eficiencia en el ecosistema de blockchain. Una dirección que vale la pena seguir es ordenar transacciones en función de la prioridad de las comisiones.