A Qualidade da Cadeia (CQ) é uma característica central da blockchain. De forma resumida, ela estabelece que:
Possuir 3% do stake garante controle sobre 3% do espaço de blocos ao longo do tempo.
A CQ foi suficiente para as primeiras gerações de blockchains, que operavam com baixa capacidade de processamento. No entanto, as blockchains modernas alcançam larguras de banda muito superiores e conseguem registrar diversas transações em um único bloco.
Esse cenário demanda um conceito mais robusto e detalhado, capaz de refletir a divisão do espaço de blocos dentro de cada bloco, e não apenas a fração média ao longo do tempo. Esse conceito é chamado de Strong Chain Quality (SCQ):
Possuir 3% do stake garante controle sobre 3% do espaço de blocos em cada bloco.
Na prática, essa propriedade permite que detentores de stake contem com “faixas virtuais” em blockchains de alta capacidade, assegurando a inclusão de suas transações.
Qualidade da Cadeia em blockchains
Uma das grandes inovações do Bitcoin — agora presente em praticamente toda blockchain — é o mecanismo de recompensa implementado no próprio protocolo para os proponentes de bloco: tokens recém-criados e taxas de transação são concedidos a quem consegue incluir um bloco na máquina de estados. Essas recompensas são definidas na função de transição de estado e refletidas no estado final do sistema.
Na computação distribuída tradicional, as partes são classificadas como honestas ou maliciosas. Não há necessidade de recompensar quem age corretamente, pois a honestidade é pressuposta no modelo.
No modelo criptoeconômico, as partes são vistas como agentes racionais, eventualmente com funções de utilidade desconhecidas — e o objetivo é criar incentivos para que a busca pelo lucro esteja alinhada ao sucesso do protocolo. Com o mecanismo de recompensa no protocolo, chega-se à definição idealizada de Qualidade da Cadeia:
- Qualidade da Cadeia (CQ): Uma coalizão que detém X% do stake total tem, após GST, probabilidade de X% de ser o proponente de cada bloco incluído na cadeia.
Caso a cadeia não siga a CQ, coalizões podem acumular uma parcela excessiva das recompensas, o que desestimula o comportamento honesto e coloca em risco a segurança do protocolo.
A maioria das blockchains modernas adota — ou busca adotar — essa propriedade por meio de rotação de liderança aleatória ponderada pelo stake. Entre os principais desafios estão o Selfish Mining do Bitcoin (na literatura, CQ é chamada de Ideal CQ, veja aqui); a resistência a bifurcações de cauda da Monad; e o protocolo LMD GHOST da Ethereum (onde questões de CQ costumam ser chamadas de “reorgs”, confira Goldfish).
Onde entra a Strong Chain Quality
Com espaço de bloco abundante, não faz sentido conceder a um único proponente poder absoluto sobre todo o conteúdo do bloco — o espaço pode ser dividido entre diversas partes em um mesmo bloco. A definição criptoeconômica de Strong Chain Quality captura esse conceito:
- Strong Chain Quality: Uma coalizão que detém X% do stake total tem, após GST, controle sobre X% do espaço de blocos em cada bloco.
Esse conceito idealizado leva à ideia de faixas virtuais, em que coalizões controlam de fato uma fração dedicada do espaço de blocos.
Sob a ótica econômica, deter uma faixa virtual equivale a possuir um ativo produtivo, capaz de gerar taxas e receitas de MEV. A competição entre agentes externos para adquirir e manter essas faixas, acumulando stake, sustenta a demanda pelo token L1. Quanto maior o valor gerado por uma faixa, mais intensos são os incentivos para disputar o stake, e mais valor é transferido para o stake L1, que regula o acesso ao espaço de bloco. Essa abstração permite noções mais rigorosas de resistência à censura, asseguradas pela validade SCQ do protocolo.
Strong Chain Quality e resistência à censura
Pesquisas recentes (work) destacam a importância de protocolos resistentes à censura, que incluam imediatamente todas as entradas de agentes honestos, não apenas eventualmente. Strong Chain Quality (SCQ) pode ser entendida como uma extensão dessa propriedade em contextos com capacidade de bloco limitada.
Na prática, nenhum protocolo pode garantir resistência ideal à censura se houver mais demanda por inclusão de transações do que espaço disponível. A SCQ resolve essa limitação ao não exigir a inclusão de todas as transações honestas, mas ao garantir a cada nó com stake um orçamento mínimo de inclusão.
O protocolo MCP foi proposto como um complemento para protocolos de consenso no estilo PBFT, tornando-os resistentes à censura. Esse protocolo também cumpre a SCQ ao distribuir espaço de bloco proporcionalmente ao stake (ver seção 5.3 do MCP). Protocolos BFT baseados em DAG permitem implementar um mempool multi-escritor, também com certo grau de resistência à censura.
Implementações padrão desses protocolos não alcançam SCQ de forma estrita, pois líderes podem atrasar transações seletivamente. Pequenas adaptações, porém, permitem recuperar a SCQ (veja resultados recentes aqui e aqui). Um tema relacionado é a inclusão forçada de transações para mitigar censura (veja também EIP-7805).
O MCP também demonstra como obter uma propriedade de ocultação ainda mais forte, permitindo que detentores de stake criem faixas privadas virtuais, cujo conteúdo só é revelado quando o bloco inteiro é publicado. Esse aspecto será detalhado em publicações futuras.
Como obter Strong Chain Quality
Alcançar a Strong Chain Quality pós-GST exige impedir que o proponente censure as entradas dos detentores de stake. Isso é possível com um protocolo de duas rodadas, aplicando ajustes simples a praticamente qualquer protocolo BFT baseado em visões:
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Rodada 1: Cada agente envia sua entrada certificada para todos os outros.
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Rodada 2: Quem recebe uma entrada certificada do agente i adiciona i à sua lista de inclusão e, em seguida, envia essa lista ao líder, comprometendo-se a aceitar apenas blocos que incluam todas as entradas da lista.
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Proposta BFT: O líder reúne essas mensagens e inclui no bloco a união de todas as listas de inclusão recebidas.
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Votação BFT: Um agente só vota em um bloco se ele contiver todas as entradas de sua lista de inclusão.
É simples verificar que esse esboço pode ser transformado em um protocolo completo que satisfaça a Strong Chain Quality pós-GST, garanta resistência à censura e mantenha a liveness com liderança honesta. Para incluir SCQ pré-GST, seria necessário aguardar um quórum de valores ou listas em cada rodada. Esse protocolo e suas generalizações serão detalhados em publicações futuras.
Estudos recentes mostram que Strong Chain Quality e resistência à censura exigem mais duas rodadas além das rodadas de votação de um protocolo BFT tradicional (como no esboço acima). Esse resultado também será explorado em publicações futuras.
Embora a Strong Chain Quality (SCQ) defina a fração do espaço de blocos controlada por uma coalizão, ela não determina como as transações serão ordenadas para execução. A SCQ pode ser interpretada como a reserva de espaço para cada nó com stake, sem garantir ordem específica para as transações desse conjunto.
Esse cenário abre um campo fértil para pesquisa sobre mecanismos de ordenação de transações, que podem ampliar a justiça e eficiência no ecossistema blockchain. Uma abordagem promissora é ordenar as transações conforme taxas de prioridade. As nuances da ordenação serão exploradas em futuras publicações.
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