Автори: Прнав Гариміді, Йоахім Ной, Макс Реснік, дослідники a16z crypto; джерело: a16z crypto; переклад: Shaw 金色财经

Сучасний блокчейн вже може з упевненістю заявляти, що має достатню обчислювальну потужність для конкуренції з існуючою фінансовою інфраструктурою. Поточні системи у виробничому режимі обробляють десятки тисяч транзакцій за секунду, і в майбутньому продуктивність ще зросте у кілька разів.

Однак, крім простої пропускної здатності, фінансові застосунки потребують передбачуваності. Коли ініціюється транзакція — будь то торгівля, аукціон або виконання опціонів — важливо надійно гарантувати час підтвердження транзакції в ланцюгу, що є критично важливим для нормальної роботи системи. Якщо транзакція зазнає непередбачуваних затримок (через зловмисний вплив або випадкові обставини), багато застосунків не зможуть функціонувати належним чином. Щоб зробити фінансові застосунки на блокчейні конкурентоспроможними, потрібно забезпечити короткострокову гарантію підтвердження транзакцій: як тільки ефективна транзакція подана до мережі, вона має бути якомога швидше включена до блоку.

Наприклад, на основі ончейн-ордербука. Ефективний ордербук вимагає, щоб маркетмейкери постійно виставляли ордери для купівлі та продажу активів, забезпечуючи ліквідність. Головна проблема маркетмейкерів — мінімізувати спред (різницю між ціною купівлі та продажу), уникаючи при цьому ризику зворотного вибору через цінові розбіжності з ринком. Для цього вони мають постійно оновлювати ордери, щоб відображати найновішу ринкову ситуацію. Наприклад, коли ФРС оголошує новину, що викликає значні коливання цін активів, маркетмейкери мають негайно оновити ордери за новими цінами. Якщо транзакції для оновлення ордерів не будуть швидко підтверджені в ланцюгу, арбітражери зможуть здійснювати операції за застарілими цінами, зазнаючи збитків. У такій ситуації маркетмейкери змушені розширювати спред, щоб зменшити ризик зворотного вибору, що знижує конкурентоспроможність платформ.

Механізм передбачуваного підтвердження транзакцій може забезпечити маркетмейкерам надійний захист, дозволяючи швидко реагувати на зовнішні події та підтримувати ефективність ринку.

Розрив між поточним станом і потребами

Зараз існуючі публічні блокчейни здатні забезпечити лише кілька секунд надійної гарантії підтвердження транзакцій. Це достатньо для платіжних застосунків, але для багатьох фінансових сценаріїв, що вимагають миттєвої реакції учасників ринку, цього недостатньо. Наприклад, у випадку ордербука: для маркетмейкера, якщо арбітражер може швидко включити свою транзакцію у більш ранній блок, гарантія “протягом кількох секунд” втрачає сенс. Відсутність сильної гарантії підтвердження змушує маркетмейкерів розширювати спред і пропонувати гірші ціни, щоб захиститися від високого ризику зворотного вибору. Це робить ончейн-транзакції менш привабливими порівняно з іншими платформами з більш надійною гарантією.

Якщо блокчейн справді прагне стати сучасною інфраструктурою капітального ринку, розробники мають вирішити ці проблеми, щоб високовартісні застосунки, такі як ордербуки, могли активно розвиватися в мережі.

Чому передбачуваність важка?

Зміцнення гарантій підтвердження транзакцій у поточних публічних ланцюгах для підтримки таких фінансових сценаріїв — надзвичайно складне завдання. Більшість протоколів покладаються на один вузол (так званий “блоковий виробник”), який у визначений час вирішує, які транзакції будуть включені до блоку. Це знижує складність побудови високопродуктивного публічного ланцюга, але створює потенційний економічний монополістичний центр — вузол, що виробляє блоки, може отримувати додаткову цінність. Зазвичай, у період, коли вузол обрано виробником, він має абсолютний контроль над тим, які транзакції увійдуть до блоку.

Для публічних ланцюгів, що підтримують фінансову активність, вузол-виробник має привілейоване становище. Якщо він відмовиться включити певну транзакцію, користувачі змушені чекати наступного виробника, що погодиться її додати. У мережах без дозволу вузол-виробник має природний мотив отримувати додаткову цінність — так званий MEV (максимальний ціновий ефект). Це не обмежується простими атаками типу “триєдиного” (sandwich attacks). Навіть затримка у кілька десятків мілісекунд при включенні транзакції може принести значний прибуток і суттєво знизити ефективність роботи застосунків. Якщо ордербук надає пріоритет лише деяким учасникам, інші отримують несправедливу конкуренцію. У крайніх випадках зловмисна поведінка вузла може призвести до того, що користувачі повністю втратять довіру до платформи.

Наприклад, ФРС оголошує підвищення ставки, і ціна ETH миттєво падає на 5%. Маркетмейкери швидко скасовують свої ордери і виставляють нові за новими цінами. Арбітражери подають транзакції, щоб продати ETH за застарілими ордерами. Якщо ордербук працює на протоколі з одним вузлом-виробником, цей вузол має величезну владу: він може переглянути всі скасування ордерів і отримати величезний прибуток, або затримати їх, щоб дозволити арбітражерам отримати вигоду, або вставити свої власні арбітражні транзакції і отримати повний профіт із цінової різниці.

Два головні вимоги: протидія цензурі та приховування транзакцій

Зі зростанням такої влади маркетмейкери будуть менш схильні до активної участі — будь-яка цінова коливання може бути використана проти них. Проблема полягає у тому, що вузол-виробник має надмірні привілеї: він може цензурувати будь-які транзакції, бачити транзакції інших і подавати свої. Це може призвести до катастрофічних наслідків.

Приклад

Уявімо аукціон із двома учасниками: Елізою та Бобом, причому Боб — це вузол-виробник блоку. (Для спрощення — два учасники, але логіка працює для будь-якої кількості.) Аукціон триває з часу t=0 до t=1. Еліза подає свою ціну bA у момент tA, Боб — у момент tB (tB > tA). Оскільки Боб — виробник блоку, він може гарантувати, що його остання ціна буде найвищою. Обидва учасники можуть бачити актуальні ціни (наприклад, середню ціну на централізованій біржі). Вважаємо, що у момент t ціна дорівнює pt, і обидва очікують, що до кінця аукціону (t=1) ціна залишиться приблизно такою ж. Правила прості: вища ціна перемагає і укладає угоду за своєю ціною.

Необхідність протидії цензурі

Якщо Боб може цензурувати ціну Елізи, аукціон стає недійсним. Він може виставити дуже низьку ціну і виграти, ігноруючи інші пропозиції. Це зведе до нуля реальний дохід від аукціону.

Необхідність приховування транзакцій

Якщо Боб не може напряму цензурувати ціну Елізи, але бачить її ціну перед своїм виставленням, він може діяти так: порівнює свою ціну з поточною. Якщо його ціна вище — він виставляє трохи вищу; якщо ні — пропускає. Це створює ситуацію, коли Еліза постійно потрапляє у зворотний вибір: або її ціна перевищує очікувану ціну активу, і вона виграє, але зазнає збитків, або вона програє. В результаті вона або перестає брати участь, або змушена виставляти ціну, що не відповідає реальній цінності. Боб, у свою чергу, може знову виставити дуже низьку ціну і виграти. Це призводить до того, що аукціон стає безглуздим.

Ключовий висновок: якщо Боб може бачити ціну Елізи перед своїм виставленням або цензурувати її, аукціон зазнає краху.

Ця логіка поширюється і на високочастотну торгівлю активами, включаючи спотові, ф’ючерси та деривативи: якщо існує вузол-виробник із подібними привілеями, весь ринок руйнується. Щоб забезпечити стабільність таких застосунків, потрібно заборонити вузлам мати подібні привілеї.

Як це проявляється на практиці?

Описане вище малює песимістичну картину для будь-якого протоколу з одним вузлом-виробником. Однак багато децентралізованих бірж (DEX) досі мають хороші обсяги торгів, чому так? Є дві сили, що частково компенсують цю проблему:

• Вузли-виробники не зловживають своїми привілеями, оскільки їхній успіх залежить від загального стану мережі;

• Застосунки вже розробили обхідні рішення, щоб зменшити свою вразливість.

Ці фактори дозволяють DeFi працювати, але не забезпечують довгострокової конкуренції з традиційними ринками.

На мережі з високою активністю для отримання права виробляти блок потрібно ставити багато токенів. Це означає, що вузли або мають великі запаси, або мають репутацію, яку інші делегують. Вони зазвичай — публічні особи, і їхня репутація під ризиком. Крім того, їхні активи стимулюють їх до розвитку мережі. Тому наразі ми не бачимо, щоб вузли повністю зловживали своїм становищем, але проблеми залишаються.

Залежність від суспільного тиску і довгострокових інтересів не є надійною основою для фінансової системи. З розширенням фінансових активностей на блокчейні, потенційний прибуток вузлів зростає, і їм стає важче стримувати їхню поведінку. Чим більше вони заробляють, тим важче їх утримати від зловживань.

Крім того, поведінка вузлів — це безперервний спектр: від м’яких порушень до повного руйнування ринку. Вони можуть поступово підвищувати свої доходи, тестуючи межі дозволеного. Якщо кілька вузлів почнуть порушувати правила, інші швидко підхоплять приклад. Це може призвести до серйозних наслідків.

Приклад — стратегія затримки: вузол може навмисно затягувати публікацію блоку, щоб отримати додаткові нагороди. Це призводить до затримок і навіть пропуску блоків. Спочатку такі дії — це спроби зберегти репутацію, але з часом, якщо ніхто не карає, вони стають нормою. Це створює дуже нестійкий баланс.

Водночас, вузли можуть застосовувати й інші тактики для підвищення прибутків, жертвуючи стабільністю застосунків. Хоча окремі дії — ще допустимі, у сукупності вони можуть призвести до того, що витрати на підтримку мережі перевищать її вигоди.

Ще один фактор — застосунки, що переносять основну логіку поза ланцюг, виконуючи її офлайн або у приватних мережах. Наприклад, аукціони, що працюють у приватних або дозволених мережах, зменшують ризики зловживань вузлами. Це зменшує навантаження на основний ланцюг, але робить його менш цінним — він стає лише засобом розрахунків. Такі рішення зменшують інтеграцію і ускладнюють побудову децентралізованих, взаємодоповнюючих застосунків.

Як зробити передбачуваність реальною?

Щоб вирішити ці проблеми, протокол має мати дві ключові характеристики: стабільність підтвердження транзакцій і порядок їхнього розміщення, а також захист приватності до моменту підтвердження.

Основна вимога: протидія цензурі

Ми називаємо цю характеристику короткостроковою протидією цензурі. Якщо протокол має цю властивість, будь-яка транзакція, що надійшла до честного вузла, буде гарантовано включена до наступного доступного блоку.

Короткострокова протидія цензурі: будь-яка валідна транзакція, що надійшла до честного вузла вчасно, буде включена до наступного блоку.

Якщо протокол працює за фіксованим графіком, наприклад, кожні 100 мілісекунд, то гарантія полягає в тому, що транзакція, що надійшла до честного вузла за 250 мс, буде включена у блок, створений через 300 мс. Зловмисник не повинен мати можливості вибірково фільтрувати або виключати транзакції. Це означає, що користувачі та застосунки мають мати високий рівень надійності у тому, що їхня транзакція буде підтверджена у будь-який момент. Не можна допустити, щоб один вузол, через збої або зловмисні дії, міг позбавити транзакцію шансу потрапити до ланцюга.

Хоча ця вимога може бути надто високою за витратами у реальності, її суть у тому, що протокол має забезпечити достатню стабільність і передбачуваність входу транзакцій у ланцюг, при цьому залишаючись простим і зрозумілим. Протокол із одним вузлом-виробником явно не задовольняє цю вимогу, оскільки у разі зловмисних дій цього вузла транзакція може залишитися непідтвердженою. Навіть наявність кількох вузлів, що гарантують підтвердження у кожному періоді, значно підвищить надійність.

Після гарантії підтвердження транзакцій питання порядку їхнього розміщення стає менш важливим. Можна застосовувати будь-який визначений порядок, наприклад, за пріоритетом за фі, або дозволити застосункам гнучко сортувати транзакції у межах блоку. Важливо, щоб транзакції могли бути успішно підтверджені.

Інша важлива характеристика — захист приватності

Після забезпечення короткострокової протидії цензурі потрібно врахувати ще один аспект — захист приватності транзакцій.

Захист приватності: до моменту остаточного підтвердження і включення транзакції у ланцюг, інші учасники, окрім отримувача, не повинні мати доступ до її змісту.

Застосунки з такою характеристикою можуть дозволити вузлам-отримувачам бачити транзакції у відкритому вигляді, але до моменту підтвердження інші учасники не повинні знати їхнього змісту. Це можна зробити за допомогою шифрування або тайм-локів, що розкривають інформацію лише після певного часу або за рішенням комітету. Це гарантує, що навіть якщо вузол зловживатиме інформацією, інші учасники не зможуть її використати до моменту підтвердження.

Звичайно, повна приватність (коли навіть отримувач не знає змісту транзакції до підтвердження) — це складніше і вимагає додаткових механізмів. Однак, для практичної реалізації важливо, щоб хоча б один чесний вузол міг подавати транзакції у відкритому вигляді, а решта — зберігали їх у зашифрованому вигляді до моменту підтвердження.

Висновки

Протокол, що одночасно забезпечує короткострокову протидію цензурі та захист приватності, є ідеальною основою для побудови фінансових застосунків. Наприклад, у нашому сценарії з аукціоном це вирішує проблему з Бобом: він не зможе цензурувати або використовувати інформацію про ціну Елізи для маніпуляцій. Завдяки цим характеристикам будь-який користувач або застосунок зможе швидко і надійно підтверджувати свої транзакції, що відкриває шлях до нових низьколатентних фінансових сервісів у мережі. Щоб блокчейн міг конкурувати з традиційною інфраструктурою або навіть перевершити її, потрібно йти далі — вирішувати не лише питання пропускної здатності, а й забезпечувати передбачуваність і приватність у підтвердженні транзакцій.