a16z : La qualité renforcée redéfinit le « droit d'allocation de l'espace de bloc » dans la blockchain

Auteur : @ittaia, @PGarimidi et @jneu_net ; compilation : AididiaoJP, Foresight News
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La qualité de la chaîne (Chain Quality, CQ) est une propriété essentielle d’une blockchain. En termes simples, sa signification est la suivante : si vous détenez 3 % des droits de mise en jeu, alors, dans une plage de temps moyenne, vous pourrez contrôler 3 % de l’espace de blocs. Pour les blockchains de première génération ayant un débit (throughput) plus faible, la qualité de la chaîne est déjà suffisante. Mais les blockchains modernes disposent d’une bande passante bien plus importante : un seul bloc peut contenir de nombreuses transactions.
Cela conduit à un concept plus fort et plus précis. Il ne se concentre pas seulement sur la proportion moyenne d’espace de blocs dans le temps, mais s’intéresse aussi à la répartition de l’espace de blocs à l’intérieur de chaque bloc. Nous appelons cela la « qualité de chaîne forte » (Strong Chain Quality, SCQ) : si vous détenez 3 % des droits de mise en jeu, alors, dans chaque bloc, vous pouvez contrôler 3 % de l’espace de blocs.
Fondamentalement, cette propriété permet aux parties prenantes de disposer de « voies virtuelles » au sein d’une blockchain à haut débit, garantissant ainsi que leurs transactions pourront être incluses. La « qualité de chaîne » dans une blockchain — l’une des innovations clés de Bitcoin, et que presque toutes les blockchains possèdent aujourd’hui — introduit un mécanisme de récompense au sein du protocole pour les proposeurs de blocs : la partie qui réussit à attacher un bloc à la machine à états reçoit de nouveaux jetons émis et 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 le modèle classique de calcul distribué, les participants sont divisés en parties honnêtes et parties malveillantes. Ici, il n’est pas nécessaire de récompenser les parties honnêtes, car le comportement honnête est l’hypothèse par défaut du modèle.
En revanche, dans le modèle d’économie cryptographique, les participants sont considérés comme des acteurs rationnels dont la fonction d’utilité peut être inconnue. L’objectif est de concevoir des mécanismes d’incitation pour que, en cherchant à maximiser leur propre profit, ces participants se retrouvent naturellement alignés avec le fonctionnement réussi du protocole. En combinant le mécanisme de récompense interne au protocole, on peut obtenir la définition idéalisée suivante de la qualité de chaîne :
Qualité de la chaîne (CQ) : une coalition détenant X % du total des droits de mise en jeu, après le temps de stabilité globale (GST), a une probabilité de X % de devenir le proposeur de chaque bloc entrant dans la chaîne.
Si une chaîne s’écarte des exigences de qualité de chaîne, elle peut permettre à certaines coalitions d’obtenir une part de récompenses supérieure à la proportion normale, ce qui affaiblit la motivation des comportements honnêtes et menace la sécurité du protocole.
De nombreuses blockchains cherchent à satisfaire ou satisfont cette propriété via un « mécanisme de rotation aléatoire de leaders basé sur le poids de la mise en jeu ». Les défis typiques auxquels on fait face actuellement incluent : le problème du « minage égoïste » de Bitcoin ; le problème de résistance aux forks dans la partie terminale (tail) de Monad ; et le problème dans le protocole LMD GHOST d’Ethereum.

L’origine de la « qualité de chaîne forte »
Quand l’espace de blocs est suffisamment abondant, nous n’avons pas besoin de confier tout le contenu d’un bloc à un seul proposeur qui en aurait le monopole. Au contraire, l’espace de blocs d’un même bloc peut être partagé par plusieurs participants. L’idée exprimée par cette définition d’économie cryptographique de la qualité de chaîne forte est justement la suivante :
Qualité de chaîne forte (SCQ) : une coalition détenant X % du total des droits de mise en jeu, après le temps de stabilité globale (GST), peut contrôler X % de l’espace de blocs dans chaque bloc.
Cette propriété idéalisée fait implicitement naître la notion abstraite de « voies virtuelles ». Autrement dit, la coalition peut en réalité contrôler une certaine proportion d’espace de blocs dédié dans chaque bloc.
Du point de vue économique, disposer d’une voie virtuelle revient à détenir un actif productif générateur de revenus : ces revenus peuvent provenir des frais de transaction, ou bien du MEV (valeur maximale extractible). Pour obtenir et maintenir ces voies, des entités externes se livrent à une concurrence autour des droits de mise en jeu, ce qui crée une demande continue pour le jeton L1 de base. Plus la valeur économique qu’une voie peut générer est grande, plus la motivation des parties à mettre en jeu leurs droits augmente ; et plus la valeur accumulée par les droits de mise en jeu L1 contrôlant l’accès à ces espaces de blocs peut être élevée. Grâce à cette abstraction, on peut transformer une capacité accrue de résistance à la censure en une propriété d’effectivité de la SCQ au sein du protocole.

Qualité de chaîne forte et résistance à la censure
Des recherches récentes montrent que la résistance à la censure est très importante. De tels protocoles doivent non seulement garantir que l’entrée des parties honnêtes est finalement incluse, mais aussi qu’elle puisse être incluse immédiatement. La qualité de chaîne forte (SCQ) peut être considérée comme une extension de cette propriété lorsque la capacité du bloc est limitée.
En situation réelle, si le volume de transactions à inclure dépasse l’espace de blocs disponible, aucun protocole ne peut satisfaire une résistance à la censure au sens idéal. La SCQ répond à cette contrainte avec une approche plus pragmatique : elle n’exige pas que toutes les transactions honnêtes soient toujours incluses, mais attribue à chaque nœud misé un « budget », afin de s’assurer que, dans la limite de ce budget, ses transactions pourront être incluses.
Le protocole MCP a été proposé comme un composant construit au-dessus d’un protocole de consensus pratique de type tolérance aux pannes byzantines (PBFT) existant, dans le but de doter ces protocoles de capacités de résistance à la censure. Le protocole satisfait aussi les exigences de SCQ : il attribue aux proposeurs l’espace de blocs correspondant à la proportion des droits de mise en jeu. Les protocoles BFT existants basés sur un graphe acyclique dirigé (DAG) fournissent aussi une manière de réaliser une mémoire tampon multi-émetteurs (multi-writers) et possèdent également un certain niveau de résistance à la censure.
Les implémentations standard de ces protocoles ne satisfont généralement pas strictement SCQ, car elles autorisent le leader à retarder de manière sélective certains sous-ensembles de transactions. Cependant, avec de simples modifications, il serait possible de réimplémenter SCQ. Une direction connexe est la « contrainte d’inclusion des transactions », visant à réduire les comportements de censure.
MCP montre aussi comment implémenter une propriété de dissimulation plus forte. Grâce à cette propriété, les parties prenantes peuvent créer des voies privées virtuelles : le contenu de ces voies n’est révélé qu’au moment où l’ensemble du bloc est publié au public. Nous développerons cela plus en détail dans un article ultérieur.

Comment implémenter la qualité de chaîne forte
Pour obtenir une qualité de chaîne forte après le temps de stabilité globale (GST), l’élément clé consiste à garantir que les proposeurs ne peuvent pas censurer arbitrairement les entrées des parties prenantes. Cela peut être réalisé via un protocole en deux tours. Sur la base de presque tous les protocoles BFT basés sur des vues (view-based), il suffit d’apporter deux petites modifications :
Premier tour : chaque participant envoie ses entrées certifiées à tous les autres participants.
Deuxième tour : pour chaque participant, s’il reçoit des entrées certifiées provenant du participant i, il ajoute i à sa liste d’inclusion personnelle. Ensuite, ce participant envoie sa liste d’inclusion au leader. Cette opération équivaut à un engagement : il n’acceptera que des blocs qui incluent toutes les entrées de la liste.
Proposition BFT : après réception de ces messages, le leader enregistre dans le bloc l’union de toutes les listes d’inclusion reçues.
Vote BFT : un participant ne vote pour un bloc que si ce bloc contient toutes les entrées de sa propre liste d’inclusion.
Il n’est pas difficile de voir que, suivant ce schéma de protocole, on peut construire un protocole complet. Ce protocole permet de satisfaire la qualité de chaîne forte après le temps de stabilité globale (GST), d’offrir une résistance à la censure, et de rester actif lorsque le leader est honnête. Si l’on veut aussi réaliser SCQ avant GST, il faut attendre une quantité suffisante (quorum) de valeurs ou de listes à chaque tour. Nous décrirons en détail ce protocole et ses formes étendues dans un article ultérieur.
Des recherches récentes indiquent que, pour atteindre la qualité de chaîne forte et la résistance à la censure, il est nécessaire, en plus des tours de vote habituels d’un protocole BFT, d’ajouter deux tours supplémentaires (comme dans le schéma de protocole ci-dessus). Nous détaillerons aussi ce résultat dans un article ultérieur.

Bien que la qualité de chaîne forte (SCQ) définisse la proportion d’espace de blocs que la coalition peut contrôler, elle ne détermine pas entièrement la manière dont les transactions sont ordonnées à l’intérieur des blocs. La SCQ peut être comprise comme : on réserve un espace pour chaque nœud misé, mais on ne garantit rien quant à l’ordre des transactions dans ces espaces.
Cela ouvre un vaste champ d’étude pour la conception de mécanismes d’ordonnancement des transactions. Un bon mécanisme d’ordonnancement a le potentiel d’améliorer davantage l’équité et l’efficacité dans l’écosystème de la blockchain. Une direction qui mérite d’être suivie consiste à ordonner les transactions en fonction des frais de priorité.