a16z fala sobre o futuro do mercado on-chain: por que a previsibilidade é a base fundamental?

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

编译：Glendon, Techub News

A blockchain pode agora afirmar com confiança que possui a capacidade necessária para competir com a infraestrutura financeira existente. Os sistemas de produção atuais conseguem processar dezenas de milhares de transações por segundo, e há espaço para melhorias de ordens de magnitude no futuro.

No entanto, além da capacidade de processamento bruto, as aplicações financeiras também necessitam de previsibilidade. Quando uma transação é enviada, seja uma transação, um lance em um leilão ou a execução de uma opção — o funcionamento normal do sistema financeiro depende de garantias confiáveis sobre quando uma transação será incluída na blockchain. Se uma transação enfrenta atrasos imprevisíveis (sejam ataques maliciosos ou eventos fortuitos), muitas aplicações se tornam inutilizáveis. Para que as aplicações financeiras em blockchain sejam competitivas, a blockchain deve fornecer garantias de inclusão a curto prazo: ou seja, uma vez que uma transação válida é submetida à rede, deve-se garantir que ela seja incluída o mais rapidamente possível.

Por exemplo, no caso de um livro de ordens em blockchain. Um livro de ordens eficiente requer que os formadores de mercado forneçam liquidez por meio de ordens contínuas. O problema crítico que os formadores de mercado enfrentam é evitar a seleção adversa enquanto tentam reduzir o spread entre compra e venda ao máximo possível. Para isso, os formadores de mercado devem atualizar continuamente suas ordens para refletir as mudanças no mundo externo. Por exemplo, se uma declaração da Reserva Federal causar um aumento repentino nos preços dos ativos, os formadores de mercado precisam responder imediatamente e atualizar suas ordens para o novo preço. Nesse caso, se a transação que atualiza a ordem do formador de mercado não for incluída na blockchain imediatamente, os arbitradores poderão executar suas ordens a preços desatualizados, resultando em prejuízos para o formador de mercado. Assim, os formadores de mercado são forçados a aumentar o spread para reduzir a exposição a tais eventos, diminuindo assim a competitividade dos locais de negociação em blockchain.

Um mecanismo de inclusão de transações previsível oferece aos formadores de mercado uma sólida garantia, permitindo-lhes responder rapidamente a eventos off-chain e mantendo a operação eficiente do mercado on-chain.

Estado atual e demanda futura

Atualmente, as blockchains existentes oferecem garantias de inclusão final que se efetivam em questão de segundos. Embora essas garantias sejam suficientes para atender às demandas de aplicações como pagamentos, elas são demasiado frágeis para muitas aplicações financeiras que necessitam de respostas em tempo real. Tomando o livro de ordens como exemplo: para os formadores de mercado, se as transações dos arbitradores puderem entrar no bloco antes, então a garantia de “ser incluída nos próximos segundos” não tem valor. Na ausência de garantias robustas de inclusão, os formadores de mercado só podem aumentar o spread para lidar com o maior risco de seleção adversa, oferecendo assim preços menos favoráveis aos usuários. Isso, por sua vez, torna as transações on-chain menos atraentes em comparação com outros locais de negociação que podem fornecer garantias mais fortes.

Para que a blockchain realize verdadeiramente a visão de infraestrutura do mercado de capitais moderno, os desenvolvedores devem resolver esses problemas, permitindo que aplicações de alto valor como livros de ordens prosperem.

Quão difícil é alcançar previsibilidade?

Fortalecer as garantias de inclusão de transações nas blockchains existentes para suportar aplicações de nível financeiro é uma tarefa desafiadora. Atualmente, alguns protocolos dependem de um único nó (ou “líder”) para decidir a ordem de inclusão de transações em qualquer momento. Embora isso simplifique a implementação técnica de cadeias de alto desempenho, também introduz potenciais gargalos econômicos, permitindo que o líder capture valor. Normalmente, durante o período em que um nó atua como líder, ele tem controle total sobre quais transações são incluídas no bloco.

Para qualquer blockchain que trate de atividades financeiras, o líder está em uma posição privilegiada. Se esse único líder decidir não incluir uma transação, a única remediação é esperar pelo próximo líder que esteja disposto a incluir a transação. Em redes sem permissão, o líder tem incentivos para lucrar com isso, o que é frequentemente referido como MEV (valor máximo extraível). O impacto do MEV vai muito além de operações como “ser colocado entre transações AMM”. Mesmo se o líder puder apenas atrasar a inclusão de transações por algumas dezenas de milissegundos, pode obter lucros substanciais e diminuir a eficiência das aplicações subjacentes. Se o livro de ordens priorizar apenas as transações de alguns traders, todos os outros traders estarão em um ambiente de competição desleal. No pior cenário, o comportamento do líder pode até irritar os traders, levando-os a abandonar completamente a plataforma.

Suponha que a taxa de juros suba e o preço do ETH caia imediatamente 5%. Todos os formadores de mercado no livro de ordens correrão para cancelar suas ordens e listar novas ordens a preços atualizados. Ao mesmo tempo, todos os arbitradores enviarão ordens para vender ETH ao preço das ordens antigas. Se esse livro de ordens operar em um protocolo controlado por um único líder, então esse líder terá um poder imenso. O líder pode proibir diretamente todas as operações de cancelamento dos formadores de mercado, permitindo que os arbitradores lucrem substancialmente. Alternativamente, o líder pode não proibir diretamente as operações de cancelamento, mas atrasá-las até que os arbitradores completam suas transações. O líder pode até inserir suas próprias transações de arbitragem para lucrar totalmente com a diferença de preços.

Conflito de duas necessidades ideais: resistência à censura e necessidade de ocultamento de informações

Diante dessas vantagens, a participação ativa dos formadores de mercado se torna não lucrativa; sempre que os preços mudam, eles podem ser explorados. O cerne do problema reside no fato de que o líder do mercado possui dois privilégios excessivos: 1) o líder pode censurar as transações de outras pessoas; 2) o líder pode ver as transações de outros e, com base nisso, submeter suas próprias transações em resposta. Qualquer um desses problemas pode ter consequências desastrosas.

Exemplo

Podemos ilustrar esse problema com o seguinte exemplo. Suponha que haja um leilão com dois licitantes, Alice e Bob, e que Bob seja o “líder” do bloco em que o leilão ocorre. (Aqui há apenas dois licitantes para fins ilustrativos; a mesma lógica se aplica independentemente do número de licitantes.)

O leilão aceita lances do início à fim do bloco, digamos, do tempo t=0 ao tempo t=1. Alice submete seu lance bA no tempo tA, e Bob submete seu lance bB no tempo tB > tA. Como Bob é o líder do bloco, ele pode sempre garantir que seu lance seja o último. Alice e Bob também têm uma fonte de informação sobre o preço do ativo que está constantemente atualizada (por exemplo, o preço médio de uma exchange centralizada). No tempo t, suponha que esse preço seja pt. Supomos que, no tempo t, ambos esperam que o preço do ativo no final do leilão (t=1) seja sempre pt. Ou seja, a qualquer momento, Alice e Bob esperam que o preço do ativo no final do leilão seja igual ao preço que estão vendo atualmente. As regras do leilão são simples: o licitante que fizer o maior lance entre Alice e Bob vence o leilão e paga seu lance.

Necessidade de resistência à censura

Agora, considere o que acontece quando Bob pode explorar sua vantagem como líder. Se Bob puder bloquear o lance de Alice, o leilão falhará evidentemente. Bob só precisa fazer um lance de valor arbitrariamente pequeno e garantir que ele vença o leilão, pois não haverá outros lances. Isso resultará em um leilão com receita quase zero.

Necessidade de ocultamento de informações

A situação é mais complexa quando Bob não pode bloquear diretamente o lance de Alice, mas ainda pode ver o lance de Alice antes de fazer o seu. Nesse caso, Bob tem uma estratégia simples: quando ele faz seu lance, ele apenas verifica se ptB é maior que bA. Se for, Bob faz um lance ligeiramente superior a bA; caso contrário, Bob não faz lance algum. Ao adotar essa estratégia, Bob causa uma seleção adversa para Alice. Alice só vencerá se as mudanças de preço tornarem seu lance superior ao valor esperado do ativo. Sempre que Alice vence o leilão, ela espera perder dinheiro, o que a leva a não participar. Com todos os concorrentes desaparecendo, Bob novamente só precisará fazer um lance de valor arbitrariamente pequeno para vencer, e o leilão, na verdade, não gerará receita alguma.

A conclusão chave aqui é que a duração do leilão não é relevante. Desde que Bob possa censurar o lance de Alice ou ver o lance de Alice antes de fazer o seu, o leilão está destinado ao fracasso.

Os princípios deste exemplo se aplicam igualmente a qualquer cenário de negociação de ativos de alta frequência, seja negociação à vista, contratos perpétuos ou exchanges de derivativos: se existir um líder com um poder imenso como Bob neste exemplo, ele pode causar o colapso total do mercado. Para que os produtos on-chain que servem a esses casos de uso possam operar de forma sustentável, eles nunca devem conferir a esse líder esse tipo de poder.

Como esses problemas se manifestam na prática hoje?

A descrição acima pinta um quadro sombrio para as transações on-chain em qualquer protocolo de líder único sem permissão. No entanto, o volume de negociações em exchanges descentralizadas (DEXs) em muitos protocolos de líder único permanece saudável. Por que isso acontece?

Na verdade, a combinação de duas forças pode mitigar os problemas mencionados:

Os líderes não exploram plenamente seu poder econômico, pois eles próprios geralmente têm um grande interesse no sucesso da cadeia subjacente;

As aplicações construíram os mecanismos de evasão apropriados para evitar serem afetadas por esses problemas.

Embora esses dois fatores tenham permitido que o DeFi prosperasse, a longo prazo, eles não são suficientes para fazer com que o mercado on-chain realmente concorra com o mercado off-chain.

Para ser um líder em uma blockchain com atividades econômicas significativas, é necessário manter uma grande quantidade de stake. Portanto, o líder deve ou manter uma grande quantidade de stake por si mesmo ou ter uma reputação suficiente para atrair outros detentores de tokens a delegar seu stake. Em qualquer um dos casos, os grandes operadores de nós geralmente são entidades renomadas e respeitáveis. Além da reputação, esse stake também significa que os operadores têm o incentivo econômico de fazer com que sua cadeia relacionada se desenvolva bem. Por isso, praticamente não vemos líderes explorando plenamente seu poder de mercado como descrito anteriormente — mas isso não significa que esses problemas não existam.

Primeiro, confiar na boa vontade de operadores de nós, sustentada por pressão social e incentivos de longo prazo, não é uma base sólida para o desenvolvimento futuro do sistema financeiro. À medida que a escala das atividades financeiras on-chain aumenta, o lucro potencial dos líderes também cresce proporcionalmente. Quanto maior esse lucro potencial, mais difícil é restringir o comportamento dos líderes a nível social, fazendo com que eles atuem contra seus próprios interesses de curto prazo.

Em segundo lugar, o grau em que os líderes exploram seu poder de mercado está em um espectro que vai de comportamentos benéficos a causar o colapso total do mercado. Os operadores de nós podem unilateralmente decidir explorar seu poder para obter lucros mais elevados. Quando alguns operadores testam os limites do comportamento aceitável, outros rapidamente imitam. O comportamento de um único nó pode parecer insignificante, mas quando todos os nós começam a agir, o impacto se torna evidente.

Um dos melhores exemplos desse fenômeno pode ser o “jogo do tempo”: quando os líderes tentam anunciar o bloco o mais tarde possível, enquanto ainda garantem que o bloco seja válido para o protocolo, eles podem obter recompensas mais altas. Isso resulta em tempos de geração de bloco mais longos, e em casos onde os líderes são excessivamente agressivos, alguns blocos podem até ser pulados. Embora a rentabilidade dessas estratégias seja amplamente reconhecida, os líderes optam por não participar delas em nome da boa ordem da cadeia.

No entanto, esse equilíbrio social é extremamente frágil. Assim que um operador de nó começa a explorar essas estratégias para obter recompensas mais altas sem sofrer penalizações, outros operadores rapidamente imitam. O jogo do tempo é apenas um exemplo de como os líderes podem aumentar seus lucros sem explorar completamente seu poder de mercado. Os líderes também podem adotar muitas outras medidas para aumentar seus próprios ganhos, muitas das quais frequentemente prejudicam os interesses das aplicações. Quando vistas isoladamente, essas medidas podem ser benéficas para as aplicações, mas, em última análise, atingirão um ponto crítico onde os custos on-chain superam os benefícios.

Outro fator que mantém o DeFi em funcionamento é que as aplicações transferem lógica importante para fora da cadeia, publicando apenas os resultados on-chain. Por exemplo, qualquer protocolo que precise executar leilões rapidamente operará off-chain. Essas aplicações normalmente executam os mecanismos necessários em um conjunto de nós autorizados para evitar conflitos com líderes maliciosos.

Por exemplo, o UniswapX executa seus leilões holandeses off-chain para completar transações na rede principal do Ethereum, e o Cowswap opera de forma similar em leilões em lote off-chain. Embora isso seja viável para as aplicações, coloca a infraestrutura subjacente e a proposta de valor construída on-chain em uma posição precária. Se a lógica de execução da aplicação estiver off-chain, a infraestrutura subjacente só poderá ser utilizada para liquidações. Um dos pontos mais fortes do DeFi é a composabilidade. Quando todas as execuções ocorrem off-chain, essas aplicações vivem essencialmente em um ambiente isolado. A dependência da execução off-chain também adiciona novas suposições ao modelo de confiança dessas aplicações. Além de depender da cadeia subjacente permanecer ativa, essa infraestrutura off-chain também deve funcionar corretamente para que as aplicações operem.

Como alcançar previsibilidade

Para resolver esses problemas, os protocolos precisam atender a duas propriedades: consistência na inclusão e ordenação de transações e privacidade de transações antes da confirmação.

Primeira condição: resistência à censura

Resumimos a primeira propriedade como resistência à censura a curto prazo. Se um protocolo pode garantir que qualquer transação que chegue a um nó válido será incluída no próximo bloco possível, então o protocolo possui resistência à censura a curto prazo.

Para ser mais preciso, assumimos que o protocolo opera em um ciclo de relógio fixo, onde cada bloco é gerado em um tempo fixo, como a cada 100 milissegundos. Assim, queremos garantir que se uma transação chega a um nó válido em t=250 milissegundos, ela será incluída no bloco gerado em t=300 milissegundos. Os adversários não devem ser capazes de incluir seletivamente algumas transações que ouviram enquanto ignoram outras. O cerne dessa definição é que os usuários e aplicações devem ter uma forma extremamente confiável de receber transações em qualquer ponto no tempo. Não deve haver situações em que um único nó perca pacotes devido a comportamento malicioso ou simples falhas operacionais, resultando em transações não completadas.

Embora essa definição exija garantir que todas as transações que cheguem a nós válidos sejam incluídas, o custo de realmente implementar isso pode ser muito alto. A chave é que o protocolo deve ser robusto o suficiente para que os pontos de entrada para transações on-chain funcionem de maneira extremamente previsível e compreensível. Um protocolo de líder único sem permissão claramente não atende a essa característica, pois se um único líder estiver em um “estado bizantino” em qualquer momento, as transações não poderão ser incluídas de outra forma. No entanto, mesmo um grupo de quatro nós que pode garantir a inclusão de transações em cada slot de tempo aumenta enormemente o número de opções que os usuários e aplicações têm para submeter transações. Para garantir que as aplicações possam operar de maneira estável, vale a pena sacrificar um pouco de desempenho. Há muito trabalho a ser feito para encontrar um equilíbrio adequado entre robustez e desempenho, mas as garantias fornecidas pelos protocolos existentes estão longe de ser adequadas.

Dado que o protocolo pode garantir inclusão, pode garantir a integridade dos dados, o mecanismo de ordenação é, em certa medida, obtido de forma gratuita. O protocolo pode usar livremente qualquer regra de ordenação determinística para garantir a consistência da ordenação. A solução mais simples é classificar por taxas de prioridade, ou permitir que as aplicações classifiquem as transações que interagem com seu estado de forma flexível. A melhor forma de ordenar transações ainda é um campo de pesquisa ativo, mas, de qualquer forma, as regras de ordenação só fazem sentido na medida em que existem transações a serem ordenadas.

Segunda necessidade: ocultação

Depois de garantir a resistência à censura a curto prazo, a próxima propriedade crucial que o protocolo precisa fornecer é uma forma de privacidade que chamamos de “ocultação”.

Ocultação: além do nó ao qual a transação é submetida, nenhuma das partes pode saber qualquer informação sobre a transação antes que ela seja finalmente confirmada pelo protocolo.

Protocolos com ocultação podem permitir que os nós vejam todas as transações que lhes são submetidas em texto claro, mas exigem que o restante do protocolo permaneça completamente invisível ao conteúdo da transação até que o consenso seja alcançado e a ordem da transação no log final seja determinada. Por exemplo, o protocolo pode usar criptografia com bloqueio temporal, de modo que o conteúdo de todo o bloco permaneça oculto até um certo prazo; ou o protocolo pode usar criptografia de limite, fazendo com que o bloco seja descompactado apenas após a confirmação de sua irreversibilidade por um comitê.

Isso significa que um nó pode manipular qualquer informação de transação que lhe seja submetida, mas o restante do protocolo não saberá os detalhes específicos do conteúdo da transação antes de alcançar consenso. Quando as informações da transação são reveladas para outros nós na rede, a transação já foi ordenada e confirmada, portanto, nenhum outro nó pode executá-la antes. Para que essa definição tenha significado prático, isso implica que múltiplos nós podem processar a mesma transação em qualquer intervalo de tempo dado.

A razão pela qual abrimos mão de soluções mais fortes (ou seja, onde apenas os usuários podem conhecer informações sobre a transação antes da confirmação, como com pools de memórias criptografadas) é que o protocolo precisa de alguns passos para filtrar transações indesejadas. Se o conteúdo da transação estiver completamente oculto para toda a rede, a rede não poderá distinguir entre transações indesejadas e transações válidas. A única solução seria vazar alguns metadados não ocultos na transação, como o endereço do pagador, que incorreria em taxas independentemente de a transação ser válida ou não. No entanto, esses metadados poderiam vazar informações suficientes para permitir que um adversário explorasse a situação. Portanto, tendemos a permitir que um único nó tenha conhecimento completo dos detalhes da transação, enquanto os outros nós na rede não têm acesso a qualquer informação sobre isso. Mas isso significa que, para que essa característica seja útil, os usuários devem ter pelo menos um nó honesto como ponto de entrada para que possam submeter transações com sucesso em cada slot de tempo.

Conclusão

Um protocolo que combina resistência à censura a curto prazo e funcionalidade de privacidade fornece uma base ideal para construir aplicações financeiras. Retornando ao nosso exemplo anterior sobre a realização de leilões on-chain, essas duas características resolvem diretamente o problema que Bob poderia causar ao colapsar o mercado. Bob não pode censurar o lance de Alice nem explorar o lance de Alice para influenciar seu próprio lance, o que exatamente resolve os problemas 1 e 2 do nosso exemplo anterior.

Com a resistência à censura de conteúdo a curto prazo, qualquer operação que submeta uma transação (seja uma transação ou um lance em um leilão) pode garantir inclusão imediata. Os formadores de mercado podem alterar suas ordens; os licitantes podem fazer lances rapidamente; as operações de liquidação podem ser realizadas de forma eficiente. Os usuários podem ter certeza de que qualquer ação que tomem será executada imediatamente. Isso, por sua vez, permitirá que a próxima geração de aplicações financeiras do mundo real de baixa latência seja totalmente construída sobre blockchain. E para que a blockchain realmente concorra com a infraestrutura financeira existente, ou até supere seu desempenho, precisamos resolver muito mais do que apenas o problema da capacidade.