a16z обсуждает будущее рынка на блокчейне: почему предсказуемость является ключевой основой?

撰文：Pranav Garimidi、Joachim Neu 和 Max Resnick，a16z crypto

编译：Glendon，Techub News

Блокчейн теперь может с уверенностью заявить, что обладает способностью конкурировать с существующей финансовой инфраструктурой. Текущие производственные системы способны обрабатывать десятки тысяч транзакций в секунду, и в будущем есть возможность увеличения на порядок.

Однако помимо исходной пропускной способности финансовым приложениям также требуется предсказуемость. Когда транзакция отправляется, будь то сделка, ставка на аукцион или исполнение опциона — нормальное функционирование финансовой системы зависит от надежной гарантии того, когда транзакция будет включена в блокчейн. Если транзакция сталкивается с непредсказуемыми задержками (независимо от того, являются ли они результатом злонамеренных атак или случайных событий), многие приложения становятся непригодными для использования. Чтобы сделать финансовые приложения на блокчейне конкурентоспособными, блокчейн должен предоставить гарантии краткосрочного включения: то есть как только действительная транзакция отправляется в сеть, она должна быть как можно быстрее включена.

Например, возьмем цепочку заказов на блокчейне. Эффективная книга заказов требует от маркетмейкеров предоставления ликвидности через постоянные ордера. Ключевая проблема, с которой сталкиваются маркетмейкеры, заключается в том, чтобы минимизировать спред между покупкой и продажей, избегая при этом обратного выбора из-за отклонения котировок от общего уровня рынка. Для этого маркетмейкеры должны постоянно обновлять свои ордера, чтобы отразить изменения в внешнем мире. Например, если заявление Федеральной резервной системы приводит к скачку цен на активы, маркетмейкеры должны немедленно среагировать и обновить свои ордера до новой цены. В этом случае, если сделка по обновлению ордера не будет немедленно включена в блокчейн, арбитражеры смогут осуществить сделки по устаревшим ценам, что приведет к убыткам для маркетмейкеров. Таким образом, маркетмейкеры вынуждены увеличивать спред, чтобы снизить риск таких событий, что делает конкурентоспособность площадок на блокчейне ниже.

Предсказуемый механизм включения транзакций предоставляет маркетмейкерам мощную гарантию, позволяя им быстро реагировать на события вне сети и поддерживать высокую эффективность работы рынка на блокчейне.

Текущая ситуация и будущие потребности

В настоящее время существующие блокчейны предлагают лишь гарантии окончательного включения, действующие на уровне секунд. Хотя эти гарантии достаточно для удовлетворения потребностей таких приложений, как платежи, они слишком слабы для множества финансовых приложений, требующих немедленной реакции на информацию. Например, для маркетмейкеров, если арбитражеры могут быстрее включить свою сделку в блок, то гарантия «включения в течение следующих нескольких секунд» не имеет смысла. В условиях отсутствия сильных гарантий включения маркетмейкеры могут только увеличивать спред, чтобы справиться с более высоким риском обратного выбора, предлагая пользователям менее выгодные цены. Это, в свою очередь, делает сделки на блокчейне менее привлекательными по сравнению с другими площадками, которые могут предоставить более сильные гарантии.

Чтобы блокчейн действительно реализовал свое видение как инфраструктуры современного капитального рынка, разработчики должны решить эти проблемы, чтобы высокоценные приложения, такие как книги заказов, могли процветать.

Насколько сложно достичь предсказуемости?

Укрепление гарантий включения транзакций в существующих блокчейнах для поддержки финансовых приложений является сложной задачей. В настоящее время некоторые протоколы полагаются на один узел (т.е. «лидера»), чтобы определить порядок включения транзакций в любой момент времени. Хотя это упрощает инженерную реализацию высокопроизводительных цепей, это также вводит потенциальные экономические узкие места, позволяя лидерам извлекать выгоду. Обычно в течение окна, когда какой-то узел является лидером, он имеет полный контроль над тем, какие транзакции включены в блок.

Для любой блокчейн-системы, обрабатывающей финансовые операции, лидер находится в привилегированном положении. Если этот единственный лидер решит не включать какую-либо транзакцию, единственным средством исправления будет ожидание следующего лидера, готового включить эту транзакцию. В разрешенных сетях лидер имеет стимул извлекать прибыль, что обычно называется MEV (максимально извлекаемая ценность). Влияние MEV далеко выходит за рамки таких операций, как «застрять между AMM сделками». Даже если лидер просто может задержать включение транзакции на несколько миллисекунд, он может получить огромную прибыль и снизить эффективность базовых приложений. Если книга заказов приоритетно обрабатывает сделки лишь некоторых трейдеров, то все остальные трейдеры окажутся в невыгодном конкурентном положении. В худшем случае действия лидера могут даже разозлить трейдеров, что приведет к их полному уходу с платформы.

Предположим, что процентные ставки повышаются, и цена ETH немедленно падает на 5%. Все маркетмейкеры на книге заказов будут стремиться отменить свои ордера и выставить новые по новой цене. В то же время все арбитражеры будут отправлять заказы на продажу ETH по цене старых ордеров. Если эта книга заказов работает на протоколе, контролируемом единственным лидером, этот лидер будет иметь огромную власть. Лидер может напрямую запретить всем маркетмейкерам отменять свои ордера, тем самым позволяя арбитражерам получать огромную прибыль. Либо лидер может не запрещать отмену прямо, но задержать её до завершения сделок арбитражеров. Лидер даже может напрямую вставить свои арбитражные сделки, чтобы полностью воспользоваться ценовыми различиями.

Конфликт двух идеальных требований: цензураустойчивость и необходимость скрытия информации

С учетом этих преимуществ участие маркетмейкеров становится невыгодным; каждый раз, когда происходит изменение цены, они могут быть использованы. Ключевой проблемой является то, что лидер рынка обладает двумя чрезмерными привилегиями: 1) лидер может цензурировать сделки других; 2) лидер может видеть сделки других и на основе этого отправлять свои собственные сделки в ответ. Любая из этих двух проблем может иметь катастрофические последствия.

Пример

Мы можем точно проиллюстрировать эту проблему с помощью следующего примера. Предположим, что существует аукцион с двумя участниками, Элис и Боб, и Боб как раз является «лидером» блока, в котором проходит этот аукцион. (Здесь только два участника для иллюстративных целей; аналогичная логика применима независимо от количества участников.)

Аукцион принимает ставки в течение периода времени с момента создания блока до его завершения, предположим, с времени t=0 до t=1. Элис отправляет ставку bA в момент времени tA, а Боб отправляет ставку bB в момент времени tB > tA. Поскольку Боб является лидером этого блока, он всегда может гарантировать, что его ставка будет последней. Элис и Боб также имеют источник информации о ценах активов, который постоянно обновляется (например, средняя цена на централизованных биржах). В момент времени t, предположим, эта цена равна pt. Мы предполагаем, что в момент времени t оба ожидают, что цена актива в момент окончания аукциона (t=1) будет равна pt. То есть в любой момент времени Элис и Боб ожидают, что цена актива в момент окончания аукциона будет равна текущей цене, которую они видят. Правила аукциона очень просты: тот, кто предложит более высокую цену, выигрывает аукцион и оплачивает свою ставку.

Необходимость цензураустойчивости

Теперь рассмотрим, что произойдет, если Боб сможет использовать свои преимущества как лидера. Если Боб сможет остановить ставку Элис, аукцион явно провалится. Боб просто должен сделать ставку на любое минимально возможное значение и гарантировать, что выиграет аукцион, потому что не будет других ставок. Это приведет к тому, что аукцион завершится с почти нулевыми доходами.

Необходимость скрытия информации

Более сложная ситуация возникает, когда Боб не может прямо остановить ставку Элис, но все еще может увидеть ставку Элис до того, как сделает свою. В этом случае у Боба есть простая стратегия: когда он делает ставку, ему просто нужно проверить, больше ли ptB, чем bA. Если да, то Боб делает ставку чуть выше bA; если нет, то Боб вообще не делает ставку. Применяя эту стратегию, Боб заставляет Элис столкнуться с обратным выбором. Элис выигрывает только тогда, когда изменение цен делает ее ставку в конечном итоге выше ожидаемой стоимости актива. Всякий раз, когда Элис выигрывает аукцион, она ожидает, что понесет убытки, и предпочла бы не участвовать в аукционе. С исчезновением всех конкурирующих участников Боб снова просто должен сделать ставку на любое минимально возможное значение, чтобы выиграть, и аукцион фактически получает нулевой доход.

Ключевой вывод здесь заключается в том, что продолжительность аукциона не имеет значения. Пока Боб может цензурировать ставку Элис или увидеть ее ставку перед тем, как сделать свою, этот аукцион обречен на провал.

Принципы, изложенные в этом примере, также применимы к любым высокочастотным сделкам с активами, будь то спотовая торговля, вечные контракты или торговля деривативами: если существует лидер, обладающий огромной властью, как в данном примере с Бобом, он может привести к полному коллапсу рынка. Чтобы услуги, предназначенные для этих случаев использования, могли функционировать, они не должны предоставлять лидерам такую власть.

Как эти проблемы проявляются на практике сегодня?

Описание выше рисует мрачную картину для любых беспрепятственных одноузловых протоколов блокчейн-транзакций. Однако объемы торгов на децентрализованных биржах (DEX), работающих на многих одноузловых протоколах, по-прежнему остаются здоровыми, почему так?

На самом деле, сочетание двух сил может компенсировать вышеописанные проблемы:

Лидеры не полностью используют свою экономическую власть, поскольку они обычно также имеют огромные интересы в успехе базового производственного процесса;

Приложения разработали соответствующие механизмы обхода, чтобы избежать воздействия этих проблем.

Хотя эти два фактора поддерживают устойчивость DeFi, в долгосрочной перспективе они недостаточны для того, чтобы сделать рынок на блокчейне действительно конкурентоспособным по сравнению с рынком вне цепи.

Чтобы стать лидером на блокчейне с важной экономической активностью, необходимо держать значительное количество залога. Таким образом, лидер либо сам держит значительное количество залога, либо обладает достаточной репутацией, чтобы привлечь других держателей токенов к делегированию залога. В любом случае, крупные операторы узлов обычно являются известными сущностями с хорошей репутацией. Помимо репутации, этот залог также означает, что у операторов есть экономический стимул к успешному развитию своей цепи. Именно поэтому мы в основном не видим, чтобы лидеры использовали свою рыночную силу, как описано выше — но это не означает, что этих проблем не существует.

Во-первых, полагаться на добросовестность операторов узлов через социальное давление и долгосрочные стимулы не является прочной основой для будущего финансов. По мере увеличения объема финансовой деятельности на блокчейне потенциальная прибыль для лидеров также растет. Чем больше эта потенциальная прибыль, тем труднее социальным факторам ограничивать поведение лидеров, заставляя их противоречить собственным краткосрочным интересам.

Во-вторых, степень, до которой лидеры используют свою рыночную силу, представляет собой спектр от благоприятных до полного разрушения рынка. Операторы узлов могут в одностороннем порядке подталкивать использование своей власти для получения большей прибыли. Когда некоторые операторы исследуют границы приемлемого поведения, другие операторы быстро подхватывают это. Действия одного узла могут казаться незначительными, но когда все узлы вносят изменения, их влияние становится очевидным.

Наилучший пример этого явления — «игра со временем»: когда лидер пытается объявить блок как можно позже, при этом гарантируя, что блок будет эффективен для протокола, он может получить более высокие вознаграждения. Это приведет к увеличению времени генерации блоков, и в некоторых случаях, когда лидер слишком агрессивен, некоторые блоки могут быть пропущены. Несмотря на то что прибыльность этих стратегий известна, лидеры выбирают не участвовать в них ради поддержания хорошего порядка в цепи.

Однако этот социальный баланс очень хрупок. Как только какой-либо оператор узла начинает использовать эти стратегии для получения более высоких наград без каких-либо наказаний, другие операторы быстро начинают подражать. Игра со временем — это лишь один из примеров того, как лидеры могут увеличить свою прибыль, не полностью используя рыночную силу. Лидеры также могут предпринять множество других действий для увеличения собственной прибыли, что часто вредит интересам приложений. В отдельности эти меры могут быть эффективными для приложений, но в конечном итоге масштабы достигнут критической точки, и затраты на блокчейн превысят доходы.

Другим фактором, позволяющим DeFi функционировать, является то, что приложения перемещают важную логику вне цепи, публикуя только результаты на блокчейне. Например, протоколы, которым требуются быстрые аукционы, обычно выполняют свои механизмы вне цепи. Эти приложения обычно работают на группе разрешенных узлов, чтобы избежать конфликтов с злонамеренными лидерами.

Например, UniswapX проводит свои голландские аукционы вне цепи для завершения сделок на основной сети Ethereum, а Cowswap аналогично проводит свои массовые аукционы вне цепи. Хотя это жизнеспособно для приложений, это ставит под угрозу базовую архитектуру и ценностное предложение, построенное на блокчейне. Если логика выполнения приложения находится вне цепи, то базовая архитектура может использоваться только для расчетов. Одним из самых мощных преимуществ DeFi является его совместимость. Когда все выполнения происходят вне цепи, эти приложения по сути живут в изолированной среде. Полагание на выполнение вне цепи также создает новые предположения в модели доверия этих приложений. Помимо зависимости от активного состояния базовой цепи, эти инфраструктуры вне цепи также должны функционировать, чтобы приложения могли работать.

Как достичь предсказуемости

Чтобы решить эти проблемы, протоколы должны удовлетворять двум свойствам: согласованному включению и порядку транзакций, а также конфиденциальности транзакций до подтверждения.

Первое требование: цензураустойчивость

Мы обобщаем первое свойство как краткосрочную цензураустойчивость. Если протокол может гарантировать, что любая транзакция, достигшая действительного узла, будет включена в следующий возможный блок, то протокол обладает краткосрочной цензураустойчивостью.

Точнее говоря, мы предполагаем, что протокол работает в фиксированном временном цикле, и каждый блок генерируется за фиксированный промежуток времени, например, раз в 100 миллисекунд. Тогда мы хотим гарантировать, что если транзакция приходит к действительному узлу в t=250 миллисекунд, она будет включена в блок, генерируемый в t=300 миллисекунд. Противник не должен иметь возможности выборочно включать определенные транзакции, которые он слышит, игнорируя другие транзакции. Суть этого определения в том, что пользователи и приложения должны иметь крайне надежный способ получать транзакции в любой момент времени. Не должно возникать ситуации, когда отдельный узел теряет пакеты из-за злонамеренных действий или простых сбоев, из-за чего транзакция не может быть завершена.

Хотя это определение требует гарантии того, что все транзакции, достигшие действительного узла, будут включены, на практике осуществление этого может быть слишком затратным. Ключ в том, что протокол должен быть достаточно надежным, чтобы входные точки для транзакций на блокчейне работали с крайне предсказуемым и легко понимаемым образом. Очевидно, что одноузловой протокол без разрешений не удовлетворяет этому свойству, поскольку, если единственный лидер находится в «байесовском состоянии» в любой момент времени, транзакция не может быть включена другим способом. Однако даже группа из четырех узлов, которые могут гарантировать включение транзакций в каждом временном слоте, значительно увеличивает количество вариантов, доступных пользователям и приложениям для осуществления транзакций. Чтобы обеспечить стабильную работу приложений, стоит пожертвовать некоторой производительностью. Найти правильный баланс между надежностью и производительностью требует еще много работы, но гарантии, предоставляемые существующими протоколами, по-прежнему далеко не достаточны.

Учитывая, что протокол может гарантировать включение, он может гарантировать целостность данных, механизм сортировки в определенной степени получается бесплатно. Протокол может свободно использовать любые детерминированные правила сортировки для обеспечения согласованности сортировки. Самое простое решение — это сортировать по приоритетным сборам или позволить приложениям гибко сортировать транзакции, взаимодействующие с их состоянием. Лучший способ сортировки транзакций по-прежнему является активной областью исследований, но в любом случае правила сортировки имеют значение только в том случае, если существуют транзакции, которые необходимо отсортировать.

Второе требование: скрытость

После обеспечения краткосрочной цензураустойчивости следующее самое важное свойство, которое должен предоставить протокол, — это форма конфиденциальности, которую мы называем «скрытость».

Скрытость: любая сторона, кроме узла, в который подается транзакция, не может узнать о транзакции никакой информации до окончательного подтверждения протокола.

Протоколы со скрытостью могут позволять узлам видеть все транзакции, поданные им в открытом виде, но требуют, чтобы остальная часть протокола была полностью невидима для содержания транзакции до достижения консенсуса и определения порядка в окончательном журнале. Например, протокол может использовать шифрование с временной блокировкой, чтобы содержимое всего блока оставалось скрытым до определенного предельного времени; или протокол может использовать шифрование с порогом, чтобы блок был расшифрован только после единогласного подтверждения его необратимости комитетом.

Это означает, что узел может манипулировать любой информацией о транзакциях, представленных ему, но остальная часть протокола не знает конкретных деталей содержания транзакций до достижения консенсуса. Когда информация о транзакции раскрывается другим узлам в сети, эта транзакция уже завершила сортировку и подтверждение, поэтому никакие другие узлы не могут выполнить ее заранее. Чтобы сделать это определение практически значимым, это означает, что несколько узлов могут обрабатывать одну и ту же транзакцию в любой заданный период времени.

Причина, по которой мы отказываемся от более сильного решения (например, только пользователи могут знать о содержании транзакции до ее подтверждения, такое как зашифрованный пул памяти), заключается в том, что протоколу необходимо выполнить определенные шаги для фильтрации мусорных транзакций. Если содержание транзакции полностью скрыто от всей сети, тогда сеть не сможет различать мусорные транзакции и действительные транзакции. Единственным решением будет раскрытие некоторых незасекреченных метаданных в транзакциях, например, адреса плательщика, который будет взимать комиссию, независимо от того, является ли транзакция действительной. Однако эти метаданные могут раскрыть достаточно информации, чтобы противник мог воспользоваться этим. Поэтому мы склоняемся к тому, чтобы отдельный узел полностью владел деталями транзакции, в то время как другие узлы в сети не могут получить никакой информации о ней. Но это означает, что, чтобы эта функция была полезной, пользователям необходимо иметь по крайней мере один честный узел в качестве точки входа, чтобы они могли успешно отправлять транзакции в каждом временном слоте.

Заключение

Протокол, обладающий как краткосрочной защитой от цензуры, так и функцией защиты конфиденциальности, предоставляет идеальную основу для построения финансовых приложений. Вернувшись к нашему предыдущему примеру проведения аукциона на блокчейне, эти две характеристики напрямую решают проблему, которую Боб может вызвать для краха рынка. Боб не может ни цензурировать ставку Элис, ни использовать ставку Элис, чтобы повлиять на свою собственную ставку, что как раз решает проблемы 1 и 2 из нашего предыдущего примера.

Обладая краткосрочной устойчивостью к проверке содержания, любые операции по отправке транзакций (будь то транзакции или ставки на аукционе) могут быть немедленно включены. Маркетмейкеры могут изменять свои ордера; участники аукциона могут быстро ставить ставки; операции по расчистке могут выполняться эффективно. Пользователи могут быть уверены, что любые действия, которые они предпринимают, будут немедленно выполнены. Это, в свою очередь, позволит следующему поколению финансовых приложений с низкой задержкой в реальном мире полностью основываться на блокчейне. А чтобы блокчейн действительно конкурировал с существующей финансовой инфраструктурой и даже превосходил ее по производительности, нам нужно решить не только проблемы с пропускной способностью.