Originaltitel: Beyond a core blockchain property: „Strong Chain Quality“

Originalautoren: ittaia, PGarimidi, jneu_net, a16z

Originalübersetzung: AididiaoJP, Foresight News

Chain Quality (CQ) ist eine Kernattribut der Blockchain. Einfach ausgedrückt bedeutet es:

Wenn du 3% der gestakten Anteile hältst, kannst du im Durchschnitt 3% des Blockraums kontrollieren.

Für die niedrig durchsatzfähigen frühen Blockchains war Chain Quality ausreichend anwendbar. Aber moderne Blockchains haben viel größere Bandbreiten und können in einem einzelnen Block eine große Anzahl von Transaktionen enthalten.

Das führt zu einem stärkeren und auch differenzierteren Konzept. Es konzentriert sich nicht nur auf den durchschnittlichen Blockraumanteil über die Zeit, sondern auch auf die Aufteilung des Blockraums innerhalb jedes Blocks. Wir nennen es „Strong Chain Quality“ (SCQ):

Wenn du 3% der gestakten Anteile hältst, kannst du in jedem Block 3% des Blockraums kontrollieren.

Im Wesentlichen ermöglicht dieses Attribut den Stakeholdern, innerhalb einer hochdurchsatzfähigen Blockchain „virtuelle Fahrspuren“ zu besitzen, um sicherzustellen, dass ihre Transaktionen enthalten werden.

Chain Quality in der Blockchain

Eine der Schlüsselinnovationen von Bitcoin – die heutzutage fast jede Blockchain hat – ist die Einführung eines Belohnungssystems für Blockvorschläger innerhalb des Protokolls: Derjenige, der erfolgreich einen Block an die Zustandsmaschine anfügt, erhält neu geschaffene Token sowie Transaktionsgebühren. Diese Belohnungen werden durch die Zustandsübergangsfunktion festgelegt und spiegeln sich letztendlich im Systemstatus wider.

In traditionellen verteilten Rechenmodellen werden die Teilnehmer in ehrliche und böswillige Parteien unterteilt. Hier gibt es keinen Bedarf, ehrliche Parteien zu belohnen, da ehrliches Verhalten selbst die Standardannahme im Modell ist.

Im Gegensatz dazu werden die Teilnehmer im kryptowirtschaftlichen Modell als rationale Akteure betrachtet, deren Nutzenfunktion möglicherweise unbekannt ist. Das Ziel ist es, Anreize zu gestalten, die es diesen Teilnehmern ermöglichen, in ihrem Streben nach maximaler Profitabilität natürlich mit dem erfolgreichen Betrieb des Protokolls übereinzustimmen. In Kombination mit dem Belohnungssystem des Protokolls können wir die folgende idealisierte Definition von Chain Quality ableiten:

Chain Quality (CQ): Eine Allianz, die X% der gesamten gestakten Anteile hält, hat nach der globalen stabilen Zeit (GST) eine Wahrscheinlichkeit von X%, Vorschlagender jedes in die Kette eintretenden Blocks zu werden.

Wenn eine Kette von den Anforderungen der Chain Quality abweicht, kann dies dazu führen, dass bestimmte Allianzen überproportionale Belohnungsanteile erhalten, was die Motivation für ehrliches Verhalten schwächt und die Sicherheit des Protokolls bedroht.

Viele Blockchains versuchen, dieses Attribut durch ein „stochastisches Führerwechselmechanismus basierend auf Stimmrechten“ zu erfüllen oder anzustreben.

Typische Herausforderungen umfassen derzeit: Das „selfish mining“-Problem von Bitcoin; das Problem der Tail-Branch-Resistenz von Monad; sowie Probleme im Ethereum LMD GHOST-Protokoll.

Die Entstehung von „Strong Chain Quality“

Wenn Blockraum ausreichend vorhanden ist, müssen wir den gesamten Inhalt eines Blocks nicht einem einzelnen Vorschlagenden monopolieren. Im Gegenteil, der Blockraum desselben Blocks kann von mehreren Teilnehmern gemeinsam aufgeteilt werden. Die kryptowirtschaftliche Definition von Strong Chain Quality drückt genau diesen Gedanken aus:

Strong Chain Quality (SCQ): Eine Allianz, die X% der gesamten gestakten Anteile hält, kann nach der globalen stabilen Zeit (GST) in jedem Block X% des Blockraums kontrollieren.

Dieses idealisierte Attribut impliziert das abstrakte Konzept der „virtuellen Fahrspuren“. Das bedeutet, dass die Allianz in jedem Block tatsächlich einen bestimmten Anteil an dediziertem Blockraum kontrollieren kann.

Aus wirtschaftlicher Sicht entspricht der Besitz einer virtuellen Fahrspur dem Besitz eines produktiven Vermögenswertes, der Erträge erzeugt, die entweder aus Transaktionsgebühren oder aus MEV (Maximum Extractable Value) stammen können. Externe Entitäten werden um den Erwerb und die Aufrechterhaltung dieser Fahrspuren konkurrieren, was eine anhaltende Nachfrage nach den zugrunde liegenden L1-Token schafft. Je größer der wirtschaftliche Wert ist, den eine Fahrspur erzeugen kann, desto stärker wird der Anreiz der Parteien, um die gestakten Anteile zu konkurrieren, und desto mehr Wert kann das L1-Staking-Vermögen, das den Zugang zu diesen Blockräumen kontrolliert, ansammeln. Durch diese Abstraktion können wir stärkere Zensurresistenz in die SCQ-Effektivitätsattribute des Protokolls umwandeln.

Strong Chain Quality und Zensurresistenz

Neuere Forschungen zeigen, dass zensurresistente Protokolle von großer Bedeutung sind. Solche Protokolle müssen nicht nur sicherstellen, dass die Eingaben ehrlicher Parteien letztendlich enthalten werden, sondern auch, dass sie sofort enthalten werden. Strong Chain Quality (SCQ) kann als Erweiterung dieses Attributs unter Bedingungen begrenzter Blockkapazität verstanden werden.

In praktischen Szenarien, wenn das Volumen der zu enthaltenen Transaktionen den verfügbaren Blockraum übersteigt, kann kein Protokoll die zensurresistente Ideale erfüllen. SCQ geht pragmatisch mit dieser Einschränkung um: Es fordert nicht, dass alle ehrlichen Transaktionen immer enthalten werden, sondern weist jedem Staking-Knoten ein „Budget“ zu, um sicherzustellen, dass innerhalb dieses Budgets seine Transaktionen enthalten werden.

Das MCP-Protokoll wurde als Komponente über bestehenden praktischen byzantinischen Fehlertoleranz (PBFT)-Konsensprotokollen vorgeschlagen, um diesen Protokollen Zensurresistenz zu verleihen. Das Protokoll erfüllt gleichzeitig die Anforderungen von SCQ – es weist den Vorschlagenden entsprechend ihrem Anteil an gestakten Rechten Blockraum zu. Bestehende BFT-Protokolle, die auf einem gerichteten azyklischen Graphen (DAG) basieren, bieten ebenfalls eine Möglichkeit, einen Multi-Writer-Speicherpool zu implementieren und weisen ein gewisses Maß an Zensurresistenz auf.

Die Standardimplementierung dieser Protokolle hat oft nicht strikt SCQ erfüllt, da sie es dem Führer erlaubt, bestimmte Transaktionsuntergruppen selektiv zu verzögern. Eine geringfügige Anpassung dieser Protokolle könnte jedoch dazu führen, dass SCQ erneut erfüllt wird. Ein damit verbundener Ansatz ist die „verpflichtende Transaktionsaufnahme“, um zensurresistentes Verhalten zu reduzieren.

MCP zeigt auch, wie eine stärkere versteckte Eigenschaft erreicht werden kann. Mit dieser Eigenschaft können Stakeholder virtuelle private Fahrspuren erstellen, deren Inhalte nur offengelegt werden, wenn der gesamte Block öffentlich gemacht wird. Wir werden in zukünftigen Artikeln weiter darauf eingehen.

Wie man Strong Chain Quality erreicht

Um nach der globalen stabilen Zeit (GST) Strong Chain Quality zu erreichen, ist es entscheidend, sicherzustellen, dass Vorschlagende die Eingaben der Stakeholder nicht willkürlich zensieren können. Dies kann durch ein zweirunden Protokoll erreicht werden. Auf der Grundlage nahezu aller auf Ansichten basierenden BFT-Protokolle sind nur zwei kleine Änderungen erforderlich:

Erste Runde: Jeder Teilnehmer sendet seine authentifizierten Eingaben an alle anderen Teilnehmer.

Zweite Runde: Jeder Teilnehmer, der authentifizierte Eingaben von Teilnehmer i erhalten hat, fügt i seiner Einschlussliste hinzu. Anschließend sendet dieser Teilnehmer seine Einschlussliste an den Führer. Diese Aktion entspricht einem Versprechen: Er wird nur solche Blöcke akzeptieren, die alle Eingaben in dieser Liste enthalten.

BFT-Vorschlag: Der Führer nimmt alle empfangenen Einschlusslisten in den Block auf.

BFT-Abstimmung: Nur wenn ein Block alle Eingaben aus der eigenen Einschlussliste eines Teilnehmers enthält, wird dieser Teilnehmer für den Block stimmen.

Es ist offensichtlich, dass auf der Grundlage dieses Protokollsketches ein vollständiges Protokoll entwickelt werden kann. Dieses Protokoll kann nach der globalen stabilen Zeit (GST) Strong Chain Quality erfüllen, Zensurresistenz bieten und bei ehrlichen Parteien aktiv bleiben. Um auch vor der GST SCQ zu erreichen, ist es erforderlich, in jeder Runde eine ausreichende Anzahl (Quorum) von Werten oder Listen abzuwarten. Wir werden in zukünftigen Artikeln detailliert auf dieses Protokoll und seine erweiterten Formen eingehen.

Neuere Forschungen zeigen, dass zur Erreichung von Strong Chain Quality und Zensurresistenz zwei zusätzliche Runden (wie im obigen Protokollsketch gezeigt) über die Abstimmrunden eines regulären BFT-Protokolls hinzugefügt werden müssen. Wir werden auch in zukünftigen Artikeln auf dieses Ergebnis eingehen.

Obwohl Strong Chain Quality (SCQ) den Proportionsanteil des Blockraums angibt, den eine Allianz kontrollieren kann, schränkt es nicht die Reihenfolge der Transaktionen innerhalb des Blocks vollständig ein. SCQ kann so verstanden werden: Es reserviert Platz für jeden Staking-Knoten, garantiert jedoch keine Reihenfolge für die Transaktionen innerhalb dieses Raums.

Dies eröffnet einen reichen Forschungsbereich für die Gestaltung von Transaktionssortiermechanismen. Ein gutes Sortierverfahren könnte die Fairness und Effizienz im Blockchain-Ökosystem weiter verbessern. Ein interessanter Ansatz ist die Transaktionssortierung basierend auf Prioritätsgebühren.

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