Auteur : Pranav Garimidi, Joachim Neu, Max Resnick, chercheurs en crypto chez a16z ; Source : a16z crypto ; Traduction : Shaw 金色财经

Aujourd’hui, la blockchain peut légitimement affirmer qu’elle possède la capacité de traiter des transactions à un niveau compétitif avec l’infrastructure financière existante. Les systèmes en environnement de production traitent actuellement des dizaines de milliers de transactions par seconde, et cette performance devrait encore augmenter de plusieurs ordres de grandeur à l’avenir.

Cependant, au-delà du simple débit, les applications financières ont également besoin de prévisibilité. Lorsqu’une transaction est initiée — qu’il s’agisse d’un ordre, d’une enchère ou de l’exercice d’une option — il est crucial de pouvoir garantir de manière fiable le délai de confirmation sur la chaîne, pour assurer le bon fonctionnement du système financier. Si une transaction subit des retards imprévisibles (qu’ils soient malveillants ou accidentels), de nombreuses applications ne pourront pas fonctionner normalement. Pour que les applications financières sur la chaîne soient compétitives, la blockchain doit offrir une garantie de traitement rapide des transactions : dès qu’une transaction valide est soumise au réseau, elle doit être rapidement intégrée dans un bloc.

Prenons l’exemple d’un carnet d’ordres sur la chaîne. Un carnet efficace nécessite que les market makers placent en continu des ordres d’achat et de vente pour fournir de la liquidité. Leur problème central est : comment réduire au maximum l’écart entre prix d’achat et de vente (spread), tout en évitant le risque de sélection adverse dû à un décalage entre leur cotation et le marché. Pour cela, ils doivent constamment mettre à jour leurs ordres pour refléter l’état le plus récent du marché. Par exemple, si une annonce de la Fed provoque une forte volatilité des prix, ils doivent immédiatement ajuster leurs ordres au nouveau prix. Si la mise à jour de ces ordres ne peut pas être intégrée instantanément à la blockchain, les arbitrageurs pourront effectuer des transactions à des prix obsolètes, leur causant des pertes. Les market makers seront alors contraints d’élargir leur spread pour réduire ce risque, ce qui diminue la compétitivité des plateformes de trading sur la chaîne.

Un mécanisme de traitement des transactions prévisible peut offrir aux market makers une garantie fiable, leur permettant de réagir rapidement aux événements hors chaîne et de maintenir une efficacité optimale du marché sur la chaîne.

Écart entre la situation actuelle et les besoins

Actuellement, les blockchains publiques ne garantissent qu’une finalité de traitement des transactions en quelques secondes, ce qui est suffisant pour des applications de paiement, mais bien insuffisant pour de nombreuses applications financières nécessitant une réponse en temps réel des participants au marché. Reprenons l’exemple du carnet d’ordres : pour un market maker, si un arbitrageur peut faire intégrer en priorité sa transaction dans un bloc plus tôt, la garantie de traitement en quelques secondes n’a plus de sens. Sans garantie forte de traitement, les market makers doivent élargir leur spread ou proposer des cotations moins avantageuses pour couvrir un risque accru de sélection adverse. Cela rend les transactions sur la chaîne moins attractives comparé à d’autres plateformes offrant de meilleures garanties.

Pour que la blockchain devienne réellement une infrastructure moderne pour le marché des capitaux, les développeurs doivent résoudre ces problèmes, afin que des applications à forte valeur comme le carnet d’ordres puissent prospérer sur la chaîne.

Où réside la difficulté de la prévisibilité ?

Renforcer la traitement des transactions sur la chaîne pour supporter ces scénarios financiers est extrêmement difficile. Certains protocoles actuels dépendent d’un seul nœud (le « nœud de production »), qui décide, dans un délai fixé, quels transactions seront incluses dans le bloc. Bien que cette conception simplifie la construction de blockchains performantes, elle crée aussi un point de monopole économique potentiel : le nœud de production peut en tirer profit. En général, durant la fenêtre où un nœud est choisi comme producteur, il contrôle totalement le contenu du bloc.

Pour une blockchain supportant diverses activités financières, ce nœud de production détient un pouvoir privilégié. S’il refuse d’inclure une transaction, l’utilisateur ne peut que patienter jusqu’à ce qu’un autre nœud accepte de la produire. Sur un réseau sans permission, le nœud de production a naturellement une motivation à s’approprier de la valeur — ce qu’on appelle le « MEV » (valeur extractible par le mineur ou validateur). Le MEV ne se limite pas à des attaques de type sandwich sur des AMM. Même un léger retard de quelques dizaines de millisecondes dans l’inclusion d’une transaction peut permettre à un nœud de réaliser des profits importants, tout en réduisant l’efficacité des applications sous-jacentes. Si le carnet d’ordres privilégie certains traders, cela crée une injustice pour les autres participants. Dans le pire des cas, un comportement malveillant du nœud peut pousser les traders à abandonner complètement la plateforme.

Exemple : la Fed annonce une hausse des taux, le prix de l’ETH chute instantanément de 5 %. Tous les market makers du carnet d’ordres retirent leurs ordres initiaux et en placent de nouveaux au prix ajusté. En même temps, tous les arbitrageurs soumettent des transactions pour vendre ETH à des prix obsolètes. Si le carnet fonctionne selon un protocole avec un seul nœud de production, ce dernier a un pouvoir énorme : il peut examiner toutes les transactions de retrait d’ordres, en tirer profit en insérant ses propres ordres d’arbitrage, ou retarder leur traitement pour maximiser ses gains. Il peut même insérer directement ses propres transactions d’arbitrage pour profiter de la différence de prix.

Deux enjeux majeurs : résistance à la censure et confidentialité des transactions

Face à ce pouvoir, la participation active des market makers devient peu rentable — dès que le prix fluctue, ils risquent d’être exploités. Le problème provient du fait que le nœud de production détient deux privilèges excessifs : il peut examiner toutes les transactions des autres et décider lesquelles inclure, ou en tirer parti en insérant ses propres transactions. Chacun de ces aspects peut avoir des conséquences désastreuses.

Illustration par un exemple

Supposons une enchère avec deux enchérisseurs : Alice et Bob, où Bob est le nœud de production du bloc. (Ce scénario est simplifié pour illustrer le problème, mais la logique s’applique à tout nombre d’enchérisseurs.)

L’enchère se déroule dans un intervalle de temps t=0 à t=1. Alice soumet une offre bA à tA, Bob à tB (avec tB > tA). Comme Bob est le nœud de production, il peut s’assurer d’être le dernier à enchérir. Les deux peuvent consulter en continu le prix réel de l’actif (par exemple, le prix médian d’un exchange centralisé). On note pt le prix à l’instant t, et on suppose que le prix attendu à la fin de l’enchère (t=1) est égal à pt. La règle est simple : celui qui offre le plus haut gagne, et la transaction se fait au prix de son offre.

Nécessité d’une résistance à la censure

Si Bob peut examiner l’offre d’Alice, l’enchère devient inefficace : il suffit qu’il propose un prix très bas pour s’assurer la victoire, en bloquant toute autre offre. La rentabilité de l’enchère tend vers zéro.

Nécessité de confidentialité

Une situation plus complexe : Bob ne peut pas voir directement l’offre d’Alice, mais il peut la connaître avant d’enchérir. Il adopte alors une stratégie simple : en fonction du prix actuel ptB, il décide s’il surenchérit ou non. S’il pense que le prix est supérieur à bA, il surenchérit légèrement ; sinon, il se retire. Cette stratégie pousse Alice à faire face à une sélection adverse : elle ne peut gagner qu’en proposant une offre supérieure à la valeur attendue, ce qui lui coûte de l’argent à chaque fois. Finalement, elle abandonne. Une fois tous les autres partis partis, Bob peut alors enchérir à un prix très bas, et gagner l’enchère sans coût, ce qui détruit la valeur de l’enchère.

Le point clé : si Bob peut examiner ou anticiper l’offre d’Alice, l’enchère est vouée à l’échec. La même logique s’applique à toutes les transactions à haute fréquence, y compris le spot, les contrats perpétuels ou dérivés : si un nœud de production détient ce pouvoir, le marché s’effondre. Pour que ces applications soient viables, il faut empêcher ce type de privilège.

Comment ces problèmes apparaissent-ils en pratique ?

Ce tableau peu optimiste concerne tout protocole de transaction sur chaîne sans permission avec un seul nœud de production. Pourtant, de nombreux DEX fonctionnent bien malgré tout. Pourquoi ?

Deux forces principales compensent ces risques :

• Les nœuds de production n’abusent pas totalement de leur pouvoir économique, car ils ont un intérêt direct à la réussite de la blockchain sous-jacente ;

• Les applications ont déjà développé des solutions pour réduire leur vulnérabilité à ces risques.

Ces deux facteurs permettent à la finance décentralisée (DeFi) de fonctionner aujourd’hui, mais ils ne suffisent pas à assurer une véritable compétition avec le marché traditionnel à long terme.

Sur une blockchain à activité économique significative, obtenir un droit de production nécessite de staker une grande quantité de tokens. Les nœuds de production ont donc soit une grande quantité de tokens en jeu, soit une réputation solide, qui leur permet de recevoir des délégations. Quoi qu’il en soit, ces acteurs sont généralement des entités publiques, soumises à des risques réputationnels. Outre leur réputation, leur staked tokens leur donnent une motivation économique à faire prospérer la blockchain. C’est pourquoi, jusqu’à présent, on ne voit pas de nœuds de production exploiter totalement leur pouvoir de marché comme dans le scénario précédent — mais cela ne veut pas dire que ces risques n’existent pas.

D’un côté, s’appuyer sur la pression sociale et les intérêts à long terme pour contraindre ces acteurs n’est pas une solution fiable pour le futur du système financier. À mesure que la taille des activités financières sur la chaîne augmente, le potentiel de profit des nœuds de production croît aussi. Plus ce potentiel est grand, plus il devient difficile de les contraindre via des pressions sociales pour qu’ils évitent d’abuser de leur pouvoir à court terme.

De l’autre, l’abus de pouvoir par un nœud de production se situe sur un continuum : de comportements modérés à une destruction totale du marché. Ces acteurs peuvent progressivement tester leurs limites, en augmentant leurs profits. Si certains dépassent ces limites, d’autres suivront rapidement. Leur comportement peut sembler marginal, mais si tous s’y mettent, l’impact sera significatif.

Un exemple illustratif est le jeu en séquence : un nœud peut retarder la publication d’un bloc pour maximiser ses récompenses, ou faire en sorte que le bloc soit accepté malgré tout. Cela peut allonger le temps de production, voire provoquer des blocs manqués. Bien que ces stratégies soient connues, leur adoption initiale est souvent freinée par la volonté de préserver une image de gestionnaire responsable. Mais cette stabilité sociale est fragile : si un seul opérateur commence à adopter ces stratégies pour augmenter ses gains, d’autres le suivront rapidement.

Ce jeu en séquence n’est qu’un exemple parmi d’autres. Les nœuds peuvent aussi utiliser diverses autres méthodes pour augmenter leurs profits au détriment des applications, ce qui, à terme, peut faire dépasser le coût de fonctionnement de la chaîne ses bénéfices.

Un autre facteur qui maintient la stabilité de la DeFi est la délocalisation de la logique principale hors chaîne, en ne mettant que les résultats sur la chaîne. Par exemple, des protocoles de type auction pour des enchères rapides sont souvent exécutés hors chaîne, sur un ensemble de nœuds autorisés, pour éviter les risques liés aux nœuds malveillants. UniswapX, par exemple, exécute des enchères hollandaises hors chaîne sur Ethereum, tout comme Cowswap pour les enchères groupées.

Ce mode de fonctionnement garantit la continuité des applications, mais met en péril la valeur fondamentale de la blockchain. Si toute la logique d’exécution est hors chaîne, la blockchain ne devient qu’un simple registre de règlement. La force principale de la DeFi réside dans sa composabilité, mais si tout s’exécute hors chaîne, ces applications deviennent intrinsèquement fragmentées. De plus, cela introduit une nouvelle dépendance : pour fonctionner, ces applications doivent non seulement compter sur la blockchain, mais aussi sur une infrastructure hors chaîne fiable.

Comment atteindre la prévisibilité ?

Pour résoudre ces problèmes, un protocole doit combiner deux caractéristiques : une stabilité dans le traitement et le tri des transactions, et une confidentialité préalable à la confirmation.

Première exigence : résistance à la censure

Nous résumons cette première caractéristique comme une résistance à la censure à court terme. Si un protocole possède cette propriété, toute transaction arrivée à un nœud honnête sera garantie d’être incluse dans le prochain bloc disponible.

Résistance à la censure à court terme : toute transaction valide arrivée à temps chez un nœud honnête doit être incluse dans le prochain bloc généré.

Plus précisément, si le protocole fonctionne selon une horloge fixe, avec des blocs tous les 100 ms, alors la garantie doit être : si une transaction est reçue par un nœud honnête à 250 ms, elle doit être incluse dans le bloc de 300 ms. L’attaquant ne doit pas pouvoir filtrer, sélectionner ou exclure arbitrairement des transactions. L’idée centrale est que les utilisateurs et applications doivent disposer d’un moyen très fiable de faire en sorte que leurs transactions soient traitées rapidement, sans dépendre d’un seul nœud. La perte de cette garantie, par un seul nœud malveillant ou défaillant, ne doit pas empêcher une transaction d’être intégrée.

Bien que cette définition exige une forte stabilité dans l’accès à l’inclusion, sa mise en œuvre peut être coûteuse. Son intérêt principal est que le protocole doit offrir une robustesse suffisante pour que l’entrée dans le traitement des transactions soit très prévisible et simple à comprendre. Un protocole à nœud unique sans permission ne peut pas satisfaire cette propriété, car si ce nœud unique se comporte mal, aucune autre voie ne garantit l’inclusion. Même avec un petit groupe de quatre nœuds garantissant une inclusion régulière, cela augmente considérablement la fiabilité pour les utilisateurs et applications. Pour un développement stable et prospère, il vaut mieux sacrifier un peu de performance pour une meilleure fiabilité. Trouver le bon équilibre entre robustesse et performance reste une recherche ouverte, mais les garanties actuelles sont encore insuffisantes.

Une fois que le traitement des transactions est garanti, la question du tri devient secondaire. Le protocole peut utiliser un ordre déterministe, comme le tri par frais, ou permettre aux applications de définir leur propre ordre pour les transactions en interaction avec leur état. La meilleure méthode de tri reste un sujet de recherche actif, mais cela n’a de sens que si l’on peut garantir que les transactions seront effectivement incluses.

Deuxième exigence : confidentialité

Après avoir assuré la résistance à la censure à court terme, le protocole doit aussi garantir une propriété que nous appelons la confidentialité.

Confidentialité : avant que la transaction ne soit confirmée et inscrite dans le registre, personne, sauf le nœud qui la reçoit, ne doit pouvoir connaître son contenu.

Un protocole garantissant cette propriété permet aux nœuds de voir en clair toutes les transactions qui leur sont destinées, mais exige que le reste du réseau ne puisse pas connaître leur contenu avant la finalisation de la consensus et la détermination de leur ordre dans le journal. Par exemple, on peut utiliser un chiffrement temporel, rendant le contenu invisible jusqu’à une date limite, ou un chiffrement à seuil, déchiffré uniquement après confirmation irréversible par un comité. Cela signifie que, tant que la transaction n’est pas confirmée, les autres nœuds ne peuvent pas en connaître le contenu. Lorsqu’elle est révélée, la transaction a déjà été ordonnée et confirmée, empêchant toute tentative de frontrunning. Pour que cette propriété soit pratique, il faut que plusieurs nœuds puissent faire l’inclusion dans un délai raisonnable.

Nous n’avons pas choisi une confidentialité totale (par exemple, que seul le propriétaire connaisse la transaction avant confirmation), car le protocole doit aussi filtrer le spam. Si tout le contenu est totalement caché, le réseau ne pourra pas distinguer un vrai message d’un spam. La solution consiste à garder certains métadonnées non cachées, comme l’adresse de paiement, qui seront toujours visibles, mais cela ne suffit pas à empêcher une attaque. La meilleure approche est que chaque nœud voit en clair la transaction, mais que le reste du réseau ne puisse pas la connaître avant confirmation. Cela implique que, pour que cette propriété soit efficace, chaque utilisateur doit disposer d’au moins un nœud honnête pour faire entrer ses transactions.

Conclusion

Un protocole combinant résistance à la censure à court terme et confidentialité est une base idéale pour construire des applications financières. Par exemple, dans notre scénario d’enchères, ces deux propriétés empêchent Bob de manipuler le marché : il ne peut pas censurer ou anticiper les offres d’Alice, ce qui résout les deux problèmes évoqués.

Avec cette garantie, tout utilisateur soumettant une transaction — qu’il s’agisse d’un ordre ou d’une enchère — peut être sûr qu’elle sera rapidement intégrée. Les market makers peuvent mettre à jour leurs ordres, les enchérisseurs peuvent répondre rapidement, et les opérations de clearing peuvent être effectuées efficacement. Les utilisateurs ont la certitude que leurs actions seront traitées immédiatement. Cela permettra de bâtir une nouvelle génération d’applications financières à faible latence, entièrement sur la chaîne. Pour que la blockchain puisse réellement concurrencer, voire surpasser, l’infrastructure financière existante, il ne suffit pas d’augmenter le débit. La résolution de ces enjeux est essentielle.