链质量(Chain Quality, CQ)是区块链的一项核心属性。通俗地说,它的含义是:
如果你持有 3% 的质押权益,那么在平均时间范围内,你就能够控制 3% 的区块空间。
对于吞吐量较低的早期区块链来说,链质量已经足够适用。但现代区块链的带宽要大得多,单个区块内就能包含大量交易。
这就引出了一个更强、也更精细的概念。它不仅关注随时间平均的区块空间比例,更着眼于每个区块内部的区块空间划分。我们称之为「强链质量」(Strong Chain Quality, SCQ):
如果你持有 3% 的质押权益,那么在每个区块中,你都能控制 3% 的区块空间。
本质上,这一属性让利益相关者能够在一个高吞吐量的区块链内部拥有「虚拟车道」,从而保证自己的交易能够被包含进去。
区块链中的「链质量」
比特币的关键创新之一——如今几乎每条区块链都具备这一点——是在协议内部引入了针对区块提议者的奖励机制:成功将区块附加到状态机的一方,可以获得新铸造的代币以及交易费用。这些奖励由状态转换函数规定,并最终反映在系统状态之中。
在传统的分布式计算模型中,参与方被划分为诚实方和恶意方。这里没有奖励诚实方的必要,因为诚实行为本身就是模型中的默认假设。
而在加密经济模型中,参与方被看作理性行动者,其效用函数可能是未知的。目标在于设计激励措施,让这些参与者在追求自身利润最大化的过程中,自然地与协议的成功运行保持一致。结合协议内部的奖励机制,我们可以得出链质量的如下理想化定义:
链质量(CQ):持有总质押权益 X% 的联盟,在全局稳定时间(GST)之后,有 X% 的概率成为每个进入链的区块的提议者。
如果一条链偏离了链质量的要求,就可能让某些联盟获得超出正常比例的奖励份额,从而削弱诚实行为的动机,威胁协议的安全性。
许多区块链都通过「基于质押权重的随机领导者轮换机制」来满足或努力满足这一属性。
目前面临的典型挑战包括:比特币的「自私挖矿」问题;Monad 的尾部分叉抗性问题;以及以太坊 LMD GHOST 协议中的问题。
「强链质量」的由来
当区块空间足够充裕时,我们不必将整个区块的内容交由单一的提议者垄断。相反同一个区块的区块空间可以由多个参与方来共同划分。强链质量这一加密经济定义所表达的,正是这一思想:
强链质量(SCQ):持有总质押权益 X% 的联盟,在全局稳定时间(GST)之后,能够控制每个区块中 X% 的区块空间。
这个理想化的属性,隐含地引出了「虚拟车道」这一抽象概念。也就是说,联盟实际上在每个区块中都能控制一定比例的专用区块空间。
从经济角度看,拥有一条虚拟车道,相当于持有一项能够产生收益的生产性资产,这些收益可能来自交易手续费,也可能来自 MEV(最大可提取价值)。外部实体为了获得并维持这些车道,会围绕质押权益展开竞争,这就为底层的 L1 代币创造了持续的需求。一条车道能够产生的经济价值越大,各方竞争质押权益的动力就越强,而控制这些区块空间访问权的 L1 质押权益所能积累的价值也就越高。通过这种抽象,我们可以将更强的抗审查能力,转化为协议中的 SCQ 有效性属性。
强链质量与抗审查性
近期研究表明,抗审查协议非常重要。这类协议不仅要保证诚实方的输入最终被包含,更要保证它们能被立即包含。强链质量(SCQ)可以看作这一属性在区块容量有限的情况下的扩展。
在实际场景中,如果待包含的交易量超过了可用的区块空间,那么没有任何协议能够满足理想意义上的抗审查性。SCQ 通过一种更务实的思路来应对这一限制:它不强求所有诚实交易总能被包含,而是为每一个质押节点分配一个「预算」,确保在此预算范围内,其交易能够被包含。
MCP 协议是作为现有实用拜占庭容错(PBFT)式共识协议之上的一个组件被提出来的,目的是使这些协议具备抗审查能力。该协议同时满足了 SCQ 的要求——它根据质押权益的比例,为提议者分配相应的区块空间。现有的基于有向无环图(DAG)的 BFT 协议,则提供了一种实现多写者内存池的方式,也具备一定程度的抗审查能力。
这些协议的标准实现,通常因为允许领导者选择性地延迟某些交易子集,而未能严格满足 SCQ。不过对这些协议稍作修改,就有可能重新实现 SCQ。与此相关的一个方向是「强制交易包含」,用于减少审查行为。
MCP 还展示了如何实现一种更强的隐藏属性。借助这一属性,利益相关者可以创建虚拟的私有车道,这些车道中的内容只有在整块区块对外公开时才会被揭示。我们将在后续文章中进一步展开这一点。
如何实现强链质量
要在全局稳定时间(GST)之后获得强链质量,关键在于保证提议者不能随意审查利益相关者的输入。这可以通过一个两轮协议来实现。在几乎所有基于视图的 BFT 协议基础上,只需做两处小的改动:
第一轮:每个参与方将其认证后的输入发送给所有其他参与方。
第二轮:每个参与方如果收到了来自参与方 i 的认证输入,就将 i 加入自己的包含列表。随后,该参与方将其包含列表发送给领导者。这一操作相当于承诺:自己只会接受那些包含了该列表中所有输入的区块。
BFT 提议:领导者收到这些消息后,在区块中收录所有收到的包含列表的并集。
BFT 投票:只有当某个区块包含了该参与方自己包含列表中的所有输入时,该参与方才会投赞成票。
不难看出,按照这个协议草图,可以构建出一个完整的协议。该协议能够在全局稳定时间(GST)之后满足强链质量,提供抗审查性,并且在领导者为诚实方时保持活性。如果要在 GST 之前也实现 SCQ,还需要在每一轮中等待足够数量(法定人数)的值或列表。我们将在后续文章中详细阐述这一协议及其扩展形式。
近期的研究表明,要实现强链质量和抗审查性,需要在常规 BFT 协议的投票轮次之上,再增加两轮(如上文协议草图所示)。我们也会在后续文章中详细说明这一结果。
虽然强链质量(SCQ)规定了联盟能够控制的区块空间比例,但它并没有完全限定交易在区块内的排序方式。SCQ 可以理解为:为每个质押节点预留了空间,但并未对这些空间内交易的顺序作出任何保证。
这就为交易排序机制的设计开辟了丰富的研究空间。一个好的排序机制,有望在区块链生态中进一步提升公平性和效率。一种值得关注的方向是根据优先费用来对交易排序。
