a16z définit la « qualité de chaîne forte » : détenir 3 % de mise garantit 3 % d'espace par bloc, les voies virtuelles redéfinissent l'équité de la blockchain.

a16z a proposé le concept de « qualité de la chaîne forte » (SCQ), étendant la qualité de la chaîne traditionnelle (CQ) de la moyenne temporelle à une répartition précise à l’intérieur de chaque bloc : détenir 3 % de la mise en jeu permet d’obtenir une garantie d’espace de bloc de 3 % dans chaque bloc. Cet article est traduit et organisé par CoinDesk à partir du rapport de recherche a16z Crypto.
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Table des matières

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• De CQ à SCQ : un changement fondamental de granularité
• Voies virtuelles : couche d’abstraction économique de SCQ
• Relation théorique entre SCQ et résistance à la censure
• Comment obtenir SCQ dans la pratique
• Au-delà de SCQ : problèmes ouverts de tri des transactions

Les propriétés de sécurité fondamentales des protocoles blockchain sont traditionnellement mesurées par la « qualité de la chaîne » (Chain Quality, CQ) : une alliance de nœuds détenant X % de la mise en jeu sur l’ensemble du réseau devrait avoir une probabilité de X % de devenir le créateur de chaque bloc. Cette propriété était suffisante dans les premières blockchains à faible débit : lorsque la capacité transactionnelle de chaque bloc est limitée, qui crée le bloc équivaut presque à qui contrôle tout le contenu de ce bloc.

Cependant, avec l’augmentation significative du débit des blockchains modernes, un seul bloc peut contenir des centaines à des milliers de transactions, la granularité traditionnelle de CQ ne suffit plus à décrire l’équité de la répartition de l’espace de bloc. C’est pourquoi l’équipe de recherche a16z a proposé le concept plus fin de « qualité de la chaîne forte » (Strong Chain Quality, SCQ), étendant la portée de la garantie de « proportion moyenne des créateurs de blocs dans le temps » à « proportion de répartition de l’espace dans chaque bloc ».

De CQ à SCQ : un changement fondamental de granularité

L’informatique décentralisée traditionnelle divise les participants en honnêtes et malveillants, le comportement honnête étant considéré comme une partie de l’hypothèse du modèle, sans besoin d’incitations supplémentaires. Mais les modèles d’économie cryptographique considèrent tous les participants comme des agents rationnels avec des fonctions d’utilité inconnues, l’objectif de la conception du protocole étant d’aligner le comportement de maximisation des profits avec le succès du protocole.

Dans ce cadre, la définition formelle de CQ est : une alliance détenant X % de la mise en jeu sur l’ensemble du réseau, après un temps de stabilité global (GST), a une probabilité de X % de devenir le créateur de chaque bloc entrant dans la chaîne. Une chaîne qui s’écarte de cette propriété peut permettre à certaines alliances d’accumuler des récompenses excessives, compromettant ainsi la structure d’incitation au comportement honnête et menaçant la sécurité du protocole.

SCQ pousse cette garantie encore plus loin : une alliance détenant X % de la mise en jeu sur l’ensemble du réseau, après GST, peut contrôler X % de l’espace de bloc dans chaque bloc. La différence clé réside dans les mots « dans chaque bloc » - il ne s’agit plus d’une moyenne temporelle, mais d’une répartition précise bloc par bloc.

Voies virtuelles : couche d’abstraction économique de SCQ

SCQ engendre implicitement le concept abstrait de « voies virtuelles » (virtual lanes) : chaque nœud de mise en jeu dispose en réalité d’un canal d’espace de bloc à proportion fixe dédié dans chaque bloc.

D’un point de vue économique, détenir une voie virtuelle équivaut à posséder un actif productif - cette voie peut générer des revenus de frais de transaction et des bénéfices MEV. Les entités externes doivent continuer à accumuler de la mise en jeu pour acquérir et maintenir ces voies, créant ainsi une demande continue pour le jeton L1 sous-jacent. Plus la valeur économique générée par les voies est élevée, plus l’incitation à miser est forte, augmentant ainsi la capacité de capture de la valeur du jeton de mise en jeu L1.

Ce cadre abstrait apporte également de plus fortes garanties de résistance à la censure, comme le montre la propriété de validité du protocole SCQ. Il est à noter que SCQ ne nécessite pas que toutes les transactions honnêtes soient nécessairement incluses - dans des scénarios de demande d’espace de bloc dépassant la capacité, la résistance idéale à la censure est impossible à réaliser. L’idée de conception de SCQ est : sous des contraintes de capacité limitée, donner à chaque nœud de mise en jeu un budget garanti pour l’inclusion des transactions.

Relation théorique entre SCQ et résistance à la censure

Des recherches récentes soulignent l’importance des protocoles de « résistance à la censure instantanée » - les entrées des parties honnêtes doivent être incluses immédiatement (et non pas finalement). SCQ peut être considérée comme une version étendue de cette propriété sous contrainte de capacité de bloc fixe.

Sur la base des protocoles de consensus de style PBFT existants, le protocole MCP (Multi-proposer Consensus Protocol) a été proposé comme un module supplémentaire pour conférer la résistance à la censure. MCP satisfait simultanément à la propriété SCQ en distribuant l’espace de bloc des créateurs selon le ratio de mise en jeu (voir section 5.3 du document MCP). Les protocoles BFT de l’architecture DAG existante offrent également un chemin d’implémentation avec des mémoires tampons à plusieurs écritures (mempool), pouvant offrir un certain degré de garantie de résistance à la censure.

Cependant, les implémentations standard de ces protocoles n’atteignent pas strictement SCQ, car le leader peut toujours choisir de retarder le traitement d’un sous-ensemble spécifique de transactions. Des ajustements à ces protocoles peuvent leur permettre de satisfaire à nouveau aux exigences de SCQ. Les mécanismes d’inclusion forcée de transactions (forced transaction inclusion) sont également une direction de recherche pertinente, EIP-7805 étant une proposition concrète dans l’écosystème Ethereum.

MCP démontre également comment obtenir des propriétés de confidentialité plus fortes : les détenteurs de mise en jeu peuvent établir des « voies privées virtuelles », dont le contenu ne sera révélé que lorsque l’ensemble du bloc sera publié. Cette caractéristique sera explorée plus en détail dans des recherches ultérieures.

Comment obtenir SCQ dans la pratique

Sur la base des protocoles BFT de type vue (view-based) existants, il suffit de deux tours de communication et de deux petites modifications pour réaliser la garantie SCQ après GST. Le croquis du protocole est le suivant :

Premier tour : chaque partie diffuse son entrée certifiée (certified input) à toutes les parties.

Deuxième tour : après avoir reçu l’entrée certifiée de la partie i, elle ajoute i à sa liste d’inclusion (inclusion list). Chaque partie transmet ensuite sa liste d’inclusion au leader, s’engageant ainsi à accepter uniquement les blocs contenant toutes les entrées de la liste.

Phase de proposition BFT : après avoir reçu ces messages, le leader inclut l’union de toutes les listes d’inclusion dans le bloc.

Phase de vote BFT : les parties votent uniquement pour les blocs contenant toutes les entrées de leur liste d’inclusion.

Ce croquis de protocole peut être transformé en un protocole complet, satisfaisant à SCQ après GST, offrant une résistance à la censure, et maintenant la vivacité (liveness) en cas de leader honnête. Pour atteindre également SCQ avant GST, chaque tour doit attendre qu’un nombre suffisant de valeurs de nœuds ou de listes forme un quorum (quorum). Des recherches récentes ont prouvé que SCQ et résistance à la censure nécessitent deux tours de communication supplémentaires au-delà des tours de vote des protocoles BFT conventionnels, ce qui est cohérent avec la conception du croquis de protocole ci-dessus.

Au-delà de SCQ : problèmes ouverts de tri des transactions

Il est important de noter que SCQ stipule la proportion de l’espace de bloc qu’une alliance peut contrôler, mais ne définit pas complètement l’ordre d’exécution des transactions dans l’espace de bloc. SCQ peut être compris comme : réserver de l’espace pour chaque nœud de mise en jeu dans l’ensemble, mais ne pas garantir la manière dont les transactions dans l’ensemble sont triées.

Cela ouvre un riche espace de recherche pour la conception des mécanismes de tri des transactions, afin d’améliorer davantage l’équité et l’efficacité de l’écosystème blockchain. Une direction prometteuse est de trier les transactions par frais prioritaires (priority fees). Au-delà des défis existants tels que le problème du Selfish Mining (appelé « CQ Idéal » dans la littérature), la résistance aux forks de queue de Monad (tail forking resistance), et le protocole LMD GHOST d’Ethereum (dont le problème CQ est souvent appelé « réorganisation »), l’introduction de SCQ ouvre de nouvelles dimensions de recherche dans la conception des protocoles blockchain. Les détails des mécanismes de tri seront explorés dans des articles ultérieurs.