La calidad de cadena (Chain Quality, CQ) es un atributo fundamental de una cadena de bloques. En términos simples, significa:

Si posees el 3% del stake total, entonces, en promedio, podrás controlar el 3% del espacio de bloques.

Para las primeras cadenas de bloques con bajo rendimiento, la calidad de cadena era suficiente. Pero las cadenas de bloques modernas tienen un ancho de banda mucho mayor, y un solo bloque puede contener una gran cantidad de transacciones.

Esto lleva a un concepto más fuerte y refinado. No solo se centra en la proporción promedio de espacio de bloques a lo largo del tiempo, sino que también examina la división del espacio de bloques dentro de cada bloque. Lo llamamos «calidad de cadena fuerte» (Strong Chain Quality, SCQ):

Si posees el 3% del stake total, entonces, en cada bloque, controlarás el 3% del espacio de bloques.

Esencialmente, este atributo permite a los stakeholders tener «carriles virtuales» dentro de una cadena de bloques de alto rendimiento, garantizando así que sus transacciones sean incluidas.

La «calidad de cadena» en las cadenas de bloques

Una de las innovaciones clave de Bitcoin—que ahora poseen casi todas las cadenas de bloques—es la introducción de un mecanismo de recompensa dentro del protocolo para los proponentes de bloques: la parte que logra agregar un bloque a la máquina de estados puede recibir tokens recién acuñados y tarifas de transacción. Estas recompensas son estipuladas por la función de transición de estado y finalmente se reflejan en el estado del sistema.

En los modelos tradicionales de computación distribuida, los participantes se dividen en honestos y maliciosos. Aquí no es necesario recompensar a los honestos, ya que el comportamiento honesto es la suposición predeterminada en el modelo.

En el modelo criptoeconómico, los participantes son vistos como actores racionales con funciones de utilidad posiblemente desconocidas. El objetivo es diseñar incentivos para que estos participantes, al buscar maximizar sus propias ganancias, se alineen naturalmente con el funcionamiento exitoso del protocolo. Combinado con el mecanismo de recompensa interno del protocolo, podemos derivar la siguiente definición idealizada de calidad de cadena:

Calidad de cadena (CQ): Un consorcio que posee el X% del stake total, tiene un X% de probabilidad de ser el proponente de cada bloque que se agrega a la cadena después del Tiempo de Estabilización Global (GST).

Si una cadena se desvía del requisito de calidad de cadena, puede permitir que ciertos consorcios obtengan una porción de recompensas mayor de lo normal, debilitando así los incentivos para un comportamiento honesto y amenazando la seguridad del protocolo.

Muchas cadenas de bloques satisfacen o intentan satisfacer esta propiedad mediante un «mecanismo de rotación aleatoria de líderes basado en el peso del stake».

Los desafíos típicos actuales incluyen: el problema de «minería egoísta» en Bitcoin; el problema de resistencia a bifurcaciones en la cola de Monad; y problemas en el protocolo LMD GHOST de Ethereum.

El origen de la «calidad de cadena fuerte»

Cuando el espacio de bloques es suficientemente abundante, no necesitamos otorgar el monopolio de todo el contenido de un bloque a un único proponente. En su lugar, el espacio de bloques de un mismo bloque puede ser dividido entre múltiples participantes. La definición criptoeconómica de calidad de cadena fuerte expresa precisamente esta idea:

Calidad de cadena fuerte (SCQ): Un consorcio que posee el X% del stake total, puede controlar el X% del espacio de bloques en cada bloque después del Tiempo de Estabilización Global (GST).

Esta propiedad idealizada introduce implícitamente la abstracción de «carril virtual». Es decir, el consorcio efectivamente controla una porción dedicada del espacio de bloques en cada bloque.

Desde una perspectiva económica, poseer un carril virtual es equivalente a poseer un activo productivo que genera ingresos, que pueden provenir de tarifas de transacción o de MEV (Valor Extraíble Máximo). Las entidades externas competirán por el stake para obtener y mantener estos carriles, creando una demanda continua para el token subyacente de L1. Cuanto mayor sea el valor económico que puede generar un carril, mayor será el incentivo para competir por el stake, y mayor será el valor acumulado por el stake de L1 que controla el acceso a este espacio de bloques. A través de esta abstracción, podemos traducir una mayor resistencia a la censura en una propiedad de validez de SCQ dentro del protocolo.

Calidad de cadena fuerte y resistencia a la censura

Investigaciones recientes han demostrado que los protocolos resistentes a la censura son muy importantes. Estos protocolos no solo deben garantizar que las entradas de las partes honestas sean incluidas eventualmente, sino que deben garantizar que sean incluidas inmediatamente. La calidad de cadena fuerte (SCQ) puede verse como una extensión de esta propiedad en el caso de capacidad de bloque limitada.

En escenarios prácticos, si el volumen de transacciones pendientes de inclusión supera el espacio de bloques disponible, ningún protocolo puede satisfacer la resistencia a la censura en un sentido ideal. SCQ aborda esta limitación de manera más pragmática: no exige que todas las transacciones honestas sean siempre incluidas, sino que asigna un «presupuesto» a cada nodo validador, garantizando que sus transacciones sean incluidas dentro de ese presupuesto.

El protocolo MCP fue propuesto como un componente sobre los protocolos de consenso existentes tipo Tolerancia a Fallos Bizantina Práctica (PBFT), para dotar a estos protocolos de resistencia a la censura. Este protocolo satisface simultáneamente el requisito de SCQ—asigna espacio de bloques a los proponentes en proporción a su stake. Los protocolos BFT existentes basados en Grafos Acíclicos Dirigidos (DAG) ofrecen una forma de implementar un mempool de múltiples escritores, que también posee cierto grado de resistencia a la censura.

Las implementaciones estándar de estos protocolos a menudo no satisfacen estrictamente la SCQ porque permiten al líder retrasar selectivamente ciertos subconjuntos de transacciones. Sin embargo, modificaciones menores a estos protocolos podrían restablecer la SCQ. Una dirección relacionada es la «inclusión forzosa de transacciones», utilizada para reducir el comportamiento de censura.

MCP también muestra cómo lograr una propiedad de ocultación más fuerte. Usando esta propiedad, los stakeholders pueden crear carriles privados virtuales, cuyo contenido solo se revela cuando el bloque completo se hace público. Profundizaremos en esto en artículos posteriores.

Cómo lograr la calidad de cadena fuerte

Para lograr la calidad de cadena fuerte después del Tiempo de Estabilización Global (GST), la clave es garantizar que los proponentes no puedan censurar arbitrariamente las entradas de los stakeholders. Esto se puede lograr con un protocolo de dos rondas. Solo se necesitan dos pequeños cambios en casi cualquier protocolo BFT basado en vistas:

Primera ronda: Cada participante envía sus entradas certificadas a todos los demás participantes.

Segunda ronda: Si un participante recibe una entrada certificada del participante i, añade i a su lista de inclusión. Luego, este participante envía su lista de inclusión al líder. Esta acción equivale a un compromiso: solo aceptará bloques que incluyan todas las entradas de esta lista.

Propuesta BFT: El líder, tras recibir estos mensajes, incluye en el bloque la unión de todas las listas de inclusión recibidas.

Votación BFT: Un participante solo votará a favor de un bloque si este incluye todas las entradas de su propia lista de inclusión.

No es difícil ver que, siguiendo este esquema de protocolo, se puede construir un protocolo completo. Este protocolo puede satisfacer la calidad de cadena fuerte después del GST, proporcionar resistencia a la censura y mantener la vivacidad cuando el líder es honesto. Para lograr SCQ también antes del GST, sería necesario esperar un número suficiente (cuórum) de valores o listas en cada ronda. Detallaremos este protocolo y sus extensiones en artículos posteriores.

Investigaciones recientes indican que lograr la calidad de cadena fuerte y la resistencia a la censura requiere agregar dos rondas adicionales (como en el esquema anterior) sobre las rondas de votación de un protocolo BFT regular. También detallaremos este resultado en artículos futuros.

Aunque la calidad de cadena fuerte (SCQ) especifica la proporción de espacio de bloques que un consorcio puede controlar, no prescribe completamente cómo se ordenan las transacciones dentro del bloque. SCQ puede entenderse como: se reserva espacio para cada nodo validador, pero no se hace ninguna garantía sobre el orden de las transacciones dentro de ese espacio.

Esto abre un rico espacio de investigación para el diseño de mecanismos de ordenación de transacciones. Un buen mecanismo de ordenación podría mejorar aún más la equidad y la eficiencia en el ecosistema de la cadena de bloques. Una dirección prometedora es ordenar las transacciones según las tarifas prioritarias.