Pour les premières blockchains à faible débit, la qualité de la chaîne était déjà suffisamment applicable. Mais la bande passante des blockchains modernes est beaucoup plus élevée, permettant à un seul bloc d’inclure un grand nombre de transactions.

Cela introduit un concept plus fort et plus raffiné. Il ne se concentre pas seulement sur le pourcentage d’espace de blocs moyen dans le temps, mais s’intéresse également à la répartition de l’espace de blocs à l’intérieur de chaque bloc. Nous l’appelons « qualité de chaîne forte » (Strong Chain Quality, SCQ) :

Si vous détenez 3 % des droits de mise, alors dans chaque bloc, vous pouvez contrôler 3 % de l’espace de blocs.

Essentiellement, cette propriété permet aux parties prenantes de posséder des « voies virtuelles » à l’intérieur d’une blockchain à haut débit, garantissant que leurs transactions puissent être incluses.

La « qualité de la chaîne » dans la blockchain

L’une des innovations clés du Bitcoin — que presque toutes les blockchains possèdent aujourd’hui — est l’introduction d’un mécanisme de récompense pour les proposeurs de blocs au sein du protocole : la partie qui réussit à ajouter un bloc à la machine d’état peut recevoir des jetons nouvellement frappés ainsi que des frais de transaction. Ces récompenses sont spécifiées par la fonction de transition d’état et se reflètent finalement dans l’état du système.

Dans un modèle de calcul distribué traditionnel, les participants sont classés en parties honnêtes et malveillantes. Il n’est pas nécessaire de récompenser les parties honnêtes, car un comportement honnête est l’hypothèse par défaut du modèle.

Dans un modèle économique cryptographique, les participants sont considérés comme des acteurs rationnels, dont la fonction d’utilité peut être inconnue. L’objectif est de concevoir des incitations qui amènent ces participants à s’aligner naturellement sur le bon fonctionnement du protocole tout en poursuivant leur propre maximisation des profits. Avec le mécanisme de récompense interne au protocole, nous pouvons formuler la définition idéalisée de la qualité de la chaîne comme suit :

Qualité de la chaîne (CQ) : une alliance détenant X % des droits de mise a une probabilité de X % de devenir le proposeur de chaque bloc entrant dans la chaîne après un temps de stabilité global (GST).

Si une chaîne s’écarte des exigences de qualité de la chaîne, cela peut permettre à certaines alliances de recevoir une part de récompense supérieure à la normale, ce qui affaiblit les incitations à agir honnêtement et menace la sécurité du protocole.

De nombreuses blockchains s’efforcent de satisfaire ou de respecter cette propriété grâce à un « mécanisme de rotation de leader aléatoire basé sur le poids des droits de mise ».

Les défis typiques auxquels elles font face incluent : le problème du « minage égoïste » du Bitcoin ; le problème de résistance aux forks de fin de Monad ; et les problèmes dans le protocole Ethereum LMD GHOST.

L’origine de la « qualité de chaîne forte »

Lorsque l’espace de blocs est suffisamment abondant, nous n’avons pas besoin de confier l’intégralité du contenu d’un bloc à un seul proposeur. Au contraire, l’espace de blocs du même bloc peut être partagé par plusieurs participants. La définition économique de la qualité de chaîne forte exprime justement cette idée :

Qualité de chaîne forte (SCQ) : une alliance détenant X % des droits de mise peut, après un temps de stabilité global (GST), contrôler X % de l’espace de blocs dans chaque bloc.

Cette propriété idéalisée implique le concept abstrait de « voies virtuelles ». Autrement dit, une alliance peut réellement contrôler une proportion déterminée d’espace de blocs dédié dans chaque bloc.

D’un point de vue économique, posséder une voie virtuelle équivaut à détenir un actif productif générant des revenus, ces revenus pouvant provenir des frais de transaction ou du MEV (valeur maximale pouvant être extraite). Les entités externes, pour acquérir et maintenir ces voies, feront concurrence autour des droits de mise, ce qui crée une demande continue pour le jeton L1 sous-jacent. Plus la valeur économique qu’une voie peut générer est élevée, plus les parties ont le motivation de rivaliser pour les droits de mise, et plus la valeur accumulée par les droits de mise L1 contrôlant cet accès à l’espace de blocs sera élevée. Grâce à cette abstraction, nous pouvons transformer une plus grande résistance à la censure en une propriété d’efficacité SCQ au sein du protocole.

Qualité de chaîne forte et résistance à la censure

Des recherches récentes ont montré que les protocoles de résistance à la censure sont très importants. Ces protocoles doivent non seulement garantir que les entrées des parties honnêtes soient finalement incluses, mais aussi assurer qu’elles soient immédiatement incluses. La qualité de chaîne forte (SCQ) peut être vue comme une extension de cette propriété dans le cas d’une capacité de bloc limitée.

Dans des scénarios pratiques, si le volume des transactions à inclure dépasse l’espace de bloc disponible, aucun protocole ne peut satisfaire à une résistance à la censure au sens idéal. La SCQ aborde cette limitation par une approche plus pragmatique : elle ne demande pas que toutes les transactions honnêtes soient toujours incluses, mais attribue plutôt un « budget » à chaque nœud de mise, garantissant que ses transactions puissent être incluses dans cette limite budgétaire.

Le protocole MCP a été proposé comme un composant au-dessus des protocoles de consensus de type Byzantine Fault Tolerance (PBFT) existants, dans le but de doter ces protocoles de capacités de résistance à la censure. Ce protocole répond également aux exigences de la SCQ — il alloue un espace de bloc approprié aux proposeurs en fonction de la proportion de droits de mise. Les protocoles BFT basés sur des graphes acycliques dirigés (DAG) offrent également une manière de réaliser des pools de mémoire multi-écrivains, ayant une certaine capacité de résistance à la censure.

Les mises en œuvre standard de ces protocoles échouent généralement à respecter strictement la SCQ, car elles permettent aux leaders de retarder sélectivement certains sous-ensembles de transactions. Cependant, une légère modification de ces protocoles pourrait permettre de réimplémenter la SCQ. Une direction connexe est la « garantie d’inclusion de transactions », visant à réduire les comportements de censure.

Le MCP démontre également comment réaliser une propriété cachée plus forte. Grâce à cette propriété, les parties prenantes peuvent créer des voies privées virtuelles, dont le contenu ne sera révélé que lorsque l’ensemble du bloc sera rendu public. Nous développerons davantage ce point dans des articles ultérieurs.

Comment réaliser la qualité de chaîne forte

Pour obtenir la qualité de chaîne forte après un temps de stabilité global (GST), il est essentiel de garantir que les proposeurs ne puissent pas censurer arbitrairement les entrées des parties prenantes. Cela peut être réalisé à travers un protocole en deux tours. Sur la base de presque tous les protocoles BFT basés sur la vue, il suffit de faire deux petites modifications :

Premier tour : chaque participant envoie son entrée certifiée à tous les autres participants.

Deuxième tour : chaque participant, s’il reçoit une entrée certifiée d’un participant i, ajoute i à sa liste d’inclusion. Ensuite, ce participant envoie sa liste d’inclusion au leader. Cette opération équivaut à un engagement : il n’acceptera que les blocs incluant toutes les entrées de cette liste.

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

Vote BFT : un participant ne votera en faveur d’un bloc que si celui-ci contient toutes les entrées de sa propre liste d’inclusion.

Il est évident qu’un protocole complet peut être construit selon ce schéma de protocole. Ce protocole peut satisfaire la qualité de chaîne forte après un temps de stabilité global (GST), offrir une résistance à la censure, et maintenir l’activité lorsque le leader est une partie honnête. Pour réaliser la SCQ avant le GST, il est également nécessaire d’attendre un nombre suffisant (quorum) de valeurs ou de listes à chaque tour. Nous détaillerons ce protocole et ses formes étendues dans des articles ultérieurs.

Des recherches récentes ont montré que, pour réaliser la qualité de chaîne forte et la résistance à la censure, il est nécessaire d’ajouter deux tours supplémentaires aux cycles de vote des protocoles BFT conventionnels (comme indiqué dans le schéma de protocole ci-dessus). Nous expliquerons également ce résultat dans des articles ultérieurs.

Bien que la qualité de chaîne forte (SCQ) définisse le pourcentage d’espace de blocs qu’une alliance peut contrôler, elle ne limite pas complètement l’ordre des transactions à l’intérieur du bloc. La SCQ peut être comprise comme : un espace réservé pour chaque nœud de mise, sans garantir l’ordre des transactions à l’intérieur de ces espaces.

Cela ouvre un large espace de recherche pour la conception des mécanismes de tri des transactions. Un bon mécanisme de tri pourrait encore améliorer l’équité et l’efficacité dans l’écosystème de la blockchain. Une direction à surveiller est de trier les transactions en fonction des frais prioritaires.

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