Pour les premières blockchains à faible débit, la qualité de chaîne était déjà suffisamment applicable. Mais la bande passante des blockchains modernes est beaucoup plus élevée, un seul bloc pouvant contenir de nombreuses transactions.

Cela soulève un concept plus fort et plus raffiné. Il ne se concentre pas uniquement sur le pourcentage d’espace de bloc moyen dans le temps, mais se concentre aussi sur la répartition de l’espace de bloc 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 bloc.

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

La « qualité de chaîne » dans la blockchain

L’une des innovations clés de 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 tokens nouvellement mintés ainsi que des frais de transaction. Ces récompenses sont définies par la fonction de transition d’état et se reflètent finalement dans l’état du système.

Dans les modèles de calcul distribué traditionnels, les participants sont divisés en parties honnêtes et malveillantes. Ici, il n’est pas nécessaire de récompenser les parties honnêtes, car le comportement honnête est lui-même l’hypothèse par défaut du modèle.

En revanche, dans les modèles d’économie 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 de profit. En combinant le mécanisme de récompense interne au protocole, nous pouvons formuler la définition idéalisée de la qualité de chaîne comme suit :

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

Si une chaîne s’écarte des exigences de qualité de chaîne, cela pourrait permettre à certaines coalitions de recevoir une part des récompenses supérieure à la normale, diminuant ainsi l’incitation à un comportement honnête et menaçant la sécurité du protocole.

De nombreuses blockchains s’efforcent de satisfaire cette propriété par le biais d’un « mécanisme de rotation des leaders basé sur le poids des mises ».

Les défis typiques auxquels nous faisons face incluent : le problème de « minage égoïste » de 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 bloc 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 bloc d’un même bloc peut être partagé par plusieurs participants. La définition économique de la qualité de chaîne forte exprime précisément cette idée :

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

Cette propriété idéalisée insinue le concept abstrait de « voies virtuelles ». En d’autres termes, la coalition peut effectivement contrôler une certaine proportion d’espace de bloc 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 (maximum extractable value). Les entités externes, pour acquérir et maintenir ces voies, vont rivaliser autour des droits de mise, ce qui crée une demande continue pour le token de base L1. Plus la valeur économique générée par une voie est grande, plus la motivation à rivaliser pour les droits de mise est forte, et plus la valeur accumulée par les droits de mise L1 contrôlant cet accès à l’espace de bloc est élevée. Grâce à cette abstraction, nous pouvons transformer une plus grande capacité de résistance à la censure en une propriété d’efficacité de la SCQ dans le protocole.

Qualité de chaîne forte et résistance à la censure

Des recherches récentes ont montré que les protocoles de résistance à la censure sont extrêmement importants. Ces protocoles doivent non seulement garantir que les entrées des parties honnêtes soient finalement incluses, mais aussi qu’elles puissent être immédiatement incluses. La qualité de chaîne forte (SCQ) peut être considérée comme une extension de cette propriété dans des situations où la capacité des blocs est limitée.

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

Le protocole MCP a été proposé comme un composant au-dessus des protocoles de consensus de tolérance aux fautes byzantines pratiques (PBFT) existants, afin de doter ces protocoles d’une capacité de résistance à la censure. Ce protocole satisfait également les exigences de SCQ — il alloue un espace de bloc correspondant aux proposeurs en fonction du ratio des droits de mise. Les protocoles BFT basés sur un graphe acyclique orienté (DAG) offrent également une manière de réaliser des pools de mémoire multi-écrivains, avec un certain degré de résistance à la censure.

Les implémentations standard de ces protocoles échouent généralement à satisfaire strictement la SCQ, car elles permettent aux leaders de retarder sélectivement certains sous-ensembles de transactions. Cependant, avec quelques modifications à ces protocoles, il est possible de réimplémenter la SCQ. Une direction connexe est « l’inclusion forcée de transactions », utilisée pour 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 ce point dans de futurs articles.

Comment réaliser la qualité de chaîne forte

Pour obtenir une qualité de chaîne forte après le temps de stabilité globale (GST), il est crucial de s’assurer que les proposeurs ne peuvent pas arbitrairement censurer les entrées des parties prenantes. Cela peut être réalisé grâce à un protocole en deux tours. Sur presque tous les protocoles BFT basés sur des vues, il suffit d’apporter deux petites modifications :

Premier tour : chaque participant envoie ses entrées certifiées à tous les autres participants.

Deuxième tour : chaque participant, s’il a reçu des entrées certifiées de la part du participant i, ajoute i à sa liste d’inclusion. Ensuite, ce participant envoie sa liste d’inclusion au leader. Cette opération équivaut à une promesse : il n’acceptera que les blocs incluant toutes les entrées de cette liste.

Proposition BFT : après avoir reçu ces messages, le leader 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 inclut toutes les entrées de sa propre liste d’inclusion.

Il est facile de voir qu’un protocole complet peut être construit sur la base de ce schéma de protocole. Ce protocole peut satisfaire la qualité de chaîne forte après le temps de stabilité globale (GST), fournir une résistance à la censure, et maintenir l’activité lorsque le leader est honnête. Pour réaliser la SCQ avant le GST, il faudra également attendre un nombre suffisant (quorum) de valeurs ou de listes à chaque tour. Nous développerons ce protocole et ses formes étendues dans de futurs articles.

Des recherches récentes montrent qu’il est nécessaire d’ajouter deux tours (comme indiqué dans le schéma de protocole ci-dessus) aux tours de vote des protocoles BFT conventionnels pour réaliser la qualité de chaîne forte et la résistance à la censure. Nous détaillerons également ce résultat dans de futurs articles.

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

Cela ouvre un riche espace de recherche pour la conception de mécanismes de tri des transactions. Un bon mécanisme de tri pourrait, espérons-le, améliorer encore 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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