a16z : La « qualité de la chaîne renforcée » garantit à chaque validateur un espace dédié dans le bloc
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a16z : La « qualité de la chaîne renforcée » garantit à chaque validateur un espace dédié dans le bloc
De la qualité de la chaîne à la qualité renforcée de la chaîne : à l’ère du débit élevé, comment concrétiser réellement le principe « Mes transactions, c’est moi qui décide » ?
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : @ittaia, @PGarimidi et @jneu_net
Traduction : AididiaoJP, Foresight News
La « qualité de chaîne » (Chain Quality, CQ) est une propriété fondamentale des blockchains. En termes simples, elle signifie ceci :
Si vous détenez 3 % des actifs engagés (staked), alors, en moyenne sur une période donnée, vous contrôlez 3 % de l’espace bloc.
Pour les blockchains anciennes à faible débit, la qualité de chaîne était déjà suffisante. Or les blockchains modernes disposent d’une bande passante bien plus élevée, permettant à un seul bloc d’intégrer un très grand nombre de transactions.
Cela conduit à introduire une notion plus forte et plus fine, qui ne se contente pas de considérer la répartition moyenne dans le temps de l’espace bloc, mais examine précisément la répartition de cet espace *au sein de chaque bloc*. Nous l’appelons « qualité de chaîne forte » (Strong Chain Quality, SCQ) :
Si vous détenez 3 % des actifs engagés, alors, dans *chaque* bloc, vous contrôlez 3 % de l’espace bloc.
En substance, cette propriété accorde aux parties prenantes des « voies virtuelles » au sein d’une blockchain à haut débit, garantissant ainsi l’inclusion de leurs transactions.
La « qualité de chaîne » dans les blockchains
L’une des innovations clés du protocole Bitcoin — désormais présente dans presque toutes les blockchains — consiste à intégrer, au cœur même du protocole, un mécanisme de récompense destiné aux proposants de blocs : toute entité qui parvient à attacher avec succès un bloc à la machine à états reçoit à la fois des jetons nouvellement émis et les frais de transaction. Ces récompenses sont définies par la fonction de transition d’état et finissent par s’inscrire dans l’état global du système.
Dans les modèles classiques de calcul distribué, les participants sont catégorisés comme étant soit honnêtes, soit malveillants. Aucune récompense n’est nécessaire pour les comportements honnêtes, car l’honnêteté constitue justement l’hypothèse par défaut du modèle.
Dans les modèles cryptoeconomiques, en revanche, les participants sont considérés comme des agents rationnels dont la fonction d’utilité peut être inconnue. L’objectif consiste à concevoir des incitations telles que, dans leur quête d’une maximisation de leur profit personnel, ces agents agissent naturellement de façon cohérente avec le bon fonctionnement du protocole. En combinant ce mécanisme interne de récompense avec le protocole, on obtient la définition idéalisée suivante de la qualité de chaîne :
Qualité de chaîne (CQ) : Une coalition détenant X % des actifs engagés totaux a, après le temps global stable (GST), une probabilité de X % de devenir le proposant de chaque bloc ajouté à la chaîne.
Si une chaîne dévie de cette exigence de qualité de chaîne, certaines coalitions risquent d’obtenir une part de récompense supérieure à leur proportion normale, ce qui affaiblit la motivation à adopter un comportement honnête et menace la sécurité du protocole.
De nombreuses blockchains satisfont ou cherchent à satisfaire cette propriété via un « mécanisme aléatoire de rotation des leaders basé sur le poids des engagements ». Les défis typiques rencontrés actuellement comprennent notamment le problème du « minage égoïste » sur Bitcoin, la résistance aux fourches de queue sur Monad, ou encore les difficultés liées au protocole LMD GHOST d’Ethereum.
L’origine de la « qualité de chaîne forte »
Lorsque l’espace bloc est suffisamment abondant, il n’est pas nécessaire de confier la totalité du contenu d’un bloc à un unique proposant. À la place, l’espace bloc d’un même bloc peut être réparti entre plusieurs participants. La définition cryptoeconomique de la « qualité de chaîne forte » exprime précisément cette idée :
Qualité de chaîne forte (SCQ) : Une coalition détenant X % des actifs engagés totaux peut, après le temps global stable (GST), contrôler X % de l’espace bloc *dans chaque bloc*.
Cette propriété idéalisée implique implicitement l’abstraction d’une « voie virtuelle » : autrement dit, la coalition contrôle effectivement, dans chaque bloc, une portion dédiée et proportionnelle de l’espace bloc.
Du point de vue économique, posséder une telle voie virtuelle revient à détenir un actif productif générant des revenus, provenant soit des frais de transaction, soit de la valeur maximale extractible (MEV). Des entités externes entreront en concurrence pour acquérir et maintenir ces voies, créant ainsi une demande continue pour le jeton natif de la couche 1 (L1). Plus la valeur économique générée par une voie est élevée, plus la concurrence pour les actifs engagés sera intense, et plus la valeur accumulée par les droits d’accès à cet espace bloc — matérialisés par les engagements L1 — sera importante. Grâce à cette abstraction, une résistance accrue à la censure peut être traduite en une propriété effective de SCQ au sein du protocole.
Qualité de chaîne forte et résistance à la censure
Des recherches récentes montrent que les protocoles résistants à la censure sont essentiels : ils doivent non seulement garantir qu’en fin de compte les entrées des parties honnêtes seront incluses, mais aussi qu’elles le seront *immédiatement*. La qualité de chaîne forte (SCQ) peut être vue comme une extension de cette propriété au cas où la capacité des blocs est limitée.
Dans la pratique, si le volume de transactions à inclure dépasse l’espace bloc disponible, aucun protocole ne peut satisfaire la résistance à la censure dans sa forme idéale. La SCQ répond à cette contrainte de manière plus pragmatique : elle ne prétend pas garantir l’inclusion de *toutes* les transactions honnêtes, mais alloue à chaque nœud engagé un « budget » garantissant que ses propres transactions seront incluses tant qu’elles restent dans ce budget.
Le protocole MCP a été conçu comme un composant supplémentaire à ajouter au-dessus des protocoles de consensus existants de type PBFT (tolérance aux pannes byzantines pratiques), afin de leur conférer une résistance à la censure. Ce protocole satisfait également la SCQ — il attribue à chaque proposant un espace bloc proportionnel à son poids d’engagement. De même, les protocoles BFT existants reposant sur des graphes orientés acycliques (DAG) offrent un moyen de réaliser un mempool multi-écrivain, doté d’un certain degré de résistance à la censure.
Les implémentations standard de ces protocoles ne satisfont généralement pas strictement la SCQ, car elles autorisent le leader à retarder sélectivement certains sous-ensembles de transactions. Toutefois, de légères modifications permettent de restaurer la SCQ. Un axe connexe de recherche porte sur la « mise en œuvre obligatoire de l’inclusion des transactions », visant à réduire les comportements censoriels.
Le protocole MCP illustre également comment mettre en œuvre une propriété cachée encore plus forte : grâce à celle-ci, les parties prenantes peuvent créer des voies virtuelles privées dont le contenu n’est révélé qu’au moment de la publication complète du bloc. Nous développerons davantage ce point dans un article ultérieur.
Comment réaliser la qualité de chaîne forte
Pour obtenir la qualité de chaîne forte après le temps global stable (GST), il est essentiel de garantir que le proposant ne puisse pas librement censurer les entrées des parties prenantes. Cela peut être réalisé au moyen d’un protocole en deux tours. En partant de presque tous les protocoles BFT fondés sur des vues, deux petites modifications suffisent :
- Premier tour : chaque participant envoie à tous les autres participants ses entrées authentifiées.
- Deuxième tour : chaque participant, dès lors qu’il a reçu une entrée authentifiée provenant du participant i, ajoute i à sa propre liste d’inclusion. Il transmet ensuite cette liste au leader. Cette action constitue un engagement : le participant ne validera qu’un bloc contenant *toutes* les entrées figurant dans sa liste.
- Proposition BFT : le leader, après avoir reçu ces messages, construit un bloc intégrant l’union de toutes les listes d’inclusion reçues.
- Vote BFT : un participant ne vote « pour » un bloc que si celui-ci contient *toutes* les entrées figurant dans sa propre liste d’inclusion.
Il est facile de voir qu’à partir de ce schéma de protocole, on peut construire un protocole complet. Celui-ci satisfait la qualité de chaîne forte après le temps global stable (GST), assure une résistance à la censure, et préserve l’activité du système lorsque le leader est honnête. Pour étendre la SCQ *avant* le GST, il faut, à chaque tour, attendre un nombre suffisant (quorum) de valeurs ou de listes. Nous détaillerons ce protocole et ses extensions dans un article ultérieur.
Des recherches récentes montrent que, pour réaliser la qualité de chaîne forte et la résistance à la censure, il est nécessaire d’ajouter deux tours supplémentaires (comme décrit dans le schéma ci-dessus) aux tours de vote classiques des protocoles BFT. Nous exposerons également ce résultat en détail dans un article ultérieur.
Bien que la qualité de chaîne forte (SCQ) spécifie la proportion d’espace bloc contrôlé par une coalition, elle ne fixe pas entièrement l’ordre dans lequel les transactions sont placées *à l’intérieur* de ce bloc. La SCQ peut donc être comprise comme une réserve d’espace allouée à chaque nœud engagé, sans toutefois garantir aucun ordre particulier pour les transactions contenues dans cet espace.
Cela ouvre un vaste champ de recherche sur la conception de mécanismes de tri des transactions. Un bon mécanisme de tri pourrait améliorer significativement l’équité et l’efficacité au sein de l’écosystème blockchain. Une piste prometteuse consiste à trier les transactions selon les frais de priorité.
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