撰文：Pranav Garimidi、Joachim Neu 和 Max Resnick，a16z crypto
编译：Glendon，Techub News
区块链现在可以自信地宣称其具备与现有金融基础设施竞争所需的能力。当前的生产系统每秒能够处理数万笔交易，并且未来还有数量级的提升空间。
然而，除了原始吞吐量之外，金融应用还需要可预测性。 当一笔交易被发送时，无论是交易、拍卖出价还是行权期权——金融系统的正常运行依赖于对交易何时上链的可靠保证。如果交易面临不可预测的延迟（无论是恶意攻击还是偶然事件），许多应用将变得无法使用。为了使链上金融应用具备竞争力，区块链必须提供短期纳入保证：即一旦有效交易被提交到网络，就保证其尽快被纳入。
例如，以链上订单簿为例。高效的订单簿需要做市商通过持续挂单来提供流动性。做市商面临的关键问题是在尽可能缩小买卖价差的同时，避免因报价偏离市场整体水平而遭受逆向选择。为此，做市商必须不断更新其订单以反映外部世界的变化。例如，如果美联储的声明导致资产价格跳涨，做市商需要立即响应，并更新其订单至新价格。在此情况下，如果做市商更新订单的交易未能即时上链，套利者将以过时价格成交其订单，导致做市商蒙受损失。做市商因此不得不扩大价差以降低此类事件的风险敞口，从而使得链上交易场所的竞争力降低。
可预测的交易纳入机制为做市商提供了强有力的保障，使其能够快速响应链下事件，并维持链上市场的高效运行。
当前现状与未来需求
目前，现有区块链仅提供在数秒级别内生效的最终纳入保证。虽然这些保证足以满足支付等应用的需求，但对于需要实时响应信息的大量金融应用而言则过于薄弱。以订单簿为例：对做市商来说，如果套利者的交易能更早进入区块，那么「在接下来几秒内被纳入」的保证毫无意义。在缺乏强纳入保证的情况下，做市商只能通过扩大价差来应对更高的逆向选择风险，从而向用户提供更差的价格。这反过来使得链上交易相较于其他能提供更强保证的交易场所更缺乏吸引力。
为了让区块链真正实现作为现代化资本市场基础设施的愿景，开发者必须解决这些问题，使订单簿等高价值应用得以繁荣发展。
要实现可预测性到底有多难呢？
加强现有区块链的交易纳入保证以支持金融级应用是一项具有挑战性的任务。目前一些协议依赖单一节点（即「领导者」）来决定任意时刻的交易纳入顺序。虽然这简化了高性能链的工程实现，但也引入了潜在的经济瓶颈，使领导者能够攫取价值。通常，在某个节点担任领导者的窗口期内，其对区块内包含哪些交易拥有完全控制权。
对于任何处理金融活动的区块链而言，领导者都处于特权地位。如果该单一领导者决定不纳入某笔交易，唯一的补救措施是等待下一个愿意纳入该交易的领导者。在无需许可的网络中，领导者有动机从中牟利，这通常被称为 MEV（最大可提取价值）。MEV 的影响远不止于像「夹在 AMM 交易中间」这样的操作。即使领导者仅仅能够将交易纳入延迟几十毫秒，也能从中获取巨额利润，并降低底层应用程序的效率。如果订单簿只优先处理部分交易者的交易，那么其他所有交易者都将处于不公平的竞争环境中。在最糟糕的情况下，领导者的行为甚至可能激怒交易者，导致他们彻底离开平台。
假设利率上调，ETH 价格立即下跌 5%。订单簿上的所有做市商都会争相取消挂单，并以新价格挂出新单。与此同时，所有套利者都会提交订单，以旧挂单的价格卖出 ETH。如果该订单簿运行在一个由单一领导者控制的协议上，那么该领导者将拥有极大的权力。领导者可以直接禁止所有做市商的取消操作，从而使套利者获得巨额利润。或者，领导者可以不直接禁止取消操作，而是延迟取消操作，直到套利者完成交易。领导者甚至可以直接插入自己的套利交易，以完全利用价格差异获利。
两种理想需求的冲突：抗审查性与信息隐藏的必要性
面对这些优势，做市商主动参与变得无利可图；每当价格变动时，他们可能都会被利用。问题的关键在于市场领导者拥有两种过度特权：1）领导者可以审查其他人的交易；2）领导者能查看他人的交易，并据此提交自己的交易进行响应。这两个问题中的任何一个都可能造成灾难性后果。
示例
我们可以通过以下示例精确地说明这个问题。假设有一个拍卖，有两个竞标者 Alice 和 Bob，而 Bob 恰好是该拍卖所在区块的「领导者」。（这里只有两名竞标者仅为说明目的；无论竞标者数量多少，同样的推理均适用。）
拍卖接受从区块生产开始到结束期间的出价，假设从时间 t=0 到 t=1。Alice 在时间 tA 提交出价 bA，Bob 在时间 tB > tA 提交出价 bB。由于 Bob 是该区块的领导者，他始终可以保证自己最后出价。Alice 和 Bob 还有一个持续更新的资产价格信息源可供读取（例如，中心化交易所的中间价）。在时间 t，假设该价格为 pt。我们假设在时间 t，两人对拍卖结束时（t=1）资产价格的预期始终为 pt。也就是说，在任何时刻，Alice 和 Bob 预期拍卖结束时的资产价格等于他们当前看到的价格。拍卖规则很简单：Alice 和 Bob 中出价较高者赢得拍卖，并支付其出价。
抗审查性的必要性
现在考虑当 Bob 能利用其作为领导者的身份优势时会发生什么。如果 Bob 能够阻止 Alice 的出价，显然拍卖就会失败。Bob 只需出一个任意小的金额，并确保自己赢得拍卖，因为没有其他出价。这将导致拍卖以近乎零收入成交。
信息隐藏的需求
更复杂的情况是，当 Bob 无法直接阻止 Alice 的出价，但仍然可以在自己出价前看到 Alice 的出价时。在这种情况下，Bob 有一个简单的策略：当他出价时，只需检查 ptB 是否大于 bA。如果是，Bob 就出一个略高于 bA 的金额；如果不是，Bob 则完全不出价。通过采用这一策略，Bob 导致 Alice 遭受逆向选择。Alice 只有在价格变动使其出价最终高于资产预期价值时才会获胜。无论何时 Alice 赢得拍卖，她都预期会赔钱，还不如不参与拍卖。随着所有竞争出价者的消失，Bob 再次只需出一个任意小的金额即可获胜，而拍卖实际上获得零收入。
这里的关键结论是，拍卖持续时间长短并不重要。只要 Bob 能够审查 Alice 的出价，或在自己出价前看到 Alice 的出价，这场拍卖就注定失败。
这个例子中的原则同样适用于任何高频资产交易的场景，无论是现货交易、永续合约还是衍生品交易所：如果存在一个像本例中 Bob 那样拥有巨大权力的领导者，那么他就能导致市场彻底崩溃。为了使服务于这些用例的链上产品能够持续运营，它们绝不能赋予领导者这些权力。
这些问题在当今实践中是如何出现的？
上述描述为任何无需许可的单一领导者协议的链上交易描绘了一幅黯淡的图景。然而，许多单一领导者协议上的去中心化交易所（DEX）交易量依然健康，这是为什么？
实际上，两种力量的结合可以抵消上述问题：
- 领导者并未完全利用其经济权力，因为他们自身通常也与底层产业链的成功有着巨大的利益关系；
- 应用程序已构建了相应的规避机制，以避免受到这些问题的影响。
虽然这两个因素使 DeFI 得以持续发展，但从长远来看，它们不足以使链上市场真正与链下市场进行竞争。
要想成为一条具有重要经济活动的区块链上的领导者，需要持有大量质押。因此，领导者要么自身持有大量质押，要么拥有足够声誉以吸引其他代币持有者委托质押。无论哪种情况，大型节点运营商通常都是声誉卓著的知名实体。除了声誉之外，这种质押也意味着运营商有经济动机促使其相关链发展良好。正因如此，我们基本上没有看到领导者像上文所述那样充分利用其市场权力——但这并不意味着这些问题就不存在。
首先，依赖节点运营商通过社会压力和长期激励的善意，并非金融未来发展的稳固基础。随着链上金融活动规模的增加，领导者的潜在利润也相应增长。这种潜在利润越大，社会层面就越难约束领导者的行为，使其违背自身的短期利益。
其次，领导者利用其市场权力的程度是一个从良性到导致市场彻底瓦解的谱系，不一而足。节点运营商可以单方面推动利用其权力以获取更高利润。当一些运营商试探可接受行为的边界时，其他运营商迅速效仿。单个节点的行为可能看似微不足道，但当所有节点都做出改变时，其影响便显而易见。
这种现象的最佳例证或许就是「时间博弈」：当领导者试图尽可能晚地宣布区块，同时又保证区块对协议有效时，便可获得更高的奖励。这会导致区块生成时间延长，甚至在领导者过于激进时，某些区块会被跳过。尽管这些策略的盈利能力众所周知，但领导者们出于维护链的良好秩序，选择不参与其中。
然而，这种社会平衡十分脆弱。一旦某个节点运营商开始利用这些策略来获取更高奖励而不受任何惩罚，其他运营商便会迅速效仿。时间博弈只是领导者如何在不完全利用市场力量的情况下增加利润的一个例子。领导者还可以采取许多其他措施来增加自身收益，而这往往会损害应用程序的利益。单独来看，这些措施或许对应用程序有效，但最终规模会达到一个临界点，链上成本就会超过收益。
DeFi 得以维持运行的另一个因素是应用程序将重要的逻辑转移到链下，仅将结果发布到链上。例如，任何需要快速运行拍卖的协议都会在链下执行。这些应用程序通常在一组获得许可的节点上运行其所需的机制，以避免与恶意领导者发生冲突。
例如，UniswapX 在链下运行其荷兰式拍卖来完成以太坊主网上的交易，Cowswap 也类似地在链下运行其批量拍卖。虽然这对应用程序来说是可行的，但却使底层架构以及构建在链上的价值主张处于岌岌可危的境地。如果应用程序的执行逻辑位于链下，那么底层架构就只能用于结算。DeFi 最强大的卖点之一是可组合性。在所有执行都发生在链下的情况下，这些应用程序本质上生活在孤岛环境中。依赖链下执行也为这些应用程序的信任模型增加了新的假设。除了依赖底层链保持活跃外，这些链下基础设施也必须正常运行，应用程序才能发挥作用。
如何实现可预测性
为了解决这些问题，协议需要满足两个属性：一致的交易纳入与排序规则以及确认前的交易隐私性。
首要条件：抗审查性
我们用短期抗审查性来概括第一个属性。如果一个协议能够保证任何到达有效节点的交易都会被纳入在下一个可能的区块中，那么该协议就具有短期抗审查性。
更准确地说，我们假设协议运行在一个固定的时钟周期内，每个区块都在固定的时间生成，例如每 100 毫秒生成一个区块。那么，我们希望保证，如果一笔交易在 t=250 毫秒时到达一个有效节点，它将被包含在 t=300 毫秒时生成的区块中。对手不应该能够选择性地纳入它所听到的某些交易而忽略其他交易。这个定义的核心在于，用户和应用程序应该能够在任何时间点都拥有极其可靠的方式来接收交易。不应该出现这样的情况：单个节点由于恶意行为或简单的运行故障而丢包，导致交易无法完成。
虽然这个定义要求保证所有到达有效节点的交易都能被纳入，但实际上实现这一点的开销可能过高。关键在于协议必须足够稳健，使得链上交易的入口点能够以极其可预测且易于理解的方式运行。一个无需许可的单领导者协议显然不满足这一特性，因为如果单一领导者在任何时刻处于「拜占庭式状态」，交易就无法通过其他方式上链。然而，即使是一组能够在每个时隙保证交易纳入的四个节点，也极大地增加了用户和应用程序能够落地交易的选项数量。为了确保应用程序能够稳定运行，牺牲一些性能是值得的。在稳健性和性能之间找到合适的平衡点还有很多工作要做，但现有协议提供的保证还远远不够。
鉴于协议能够保证纳入，能够确保数据的完整性，排序机制在某种程度上是免费获得的。协议可以自由地使用任何确定性的排序规则来保证排序的一致性。最简单的解决方案是按优先级费用排序，或者允许应用程序灵活地对与其状态交互的交易进行排序。交易排序的最佳方式仍然是一个活跃的研究领域，但无论如何，排序规则只有在待排序的交易存在的情况下才具有意义。
需求二：隐藏性
在具备短期抗审查能力之后，协议需要提供的下一个最重要属性是一种我们称之为「隐藏性」的隐私形式。
隐藏性：除了交易提交到的节点之外，任何一方在协议最终确认交易之前，都无法获知有关交易的任何信息。
具有隐藏性的协议，可能允许节点以明文形式看到提交给它们的所有交易，但要求协议的其余部分在共识完成且交易在最终日志中的顺序已确定之前，对交易内容完全不可见。例如，协议可能使用时间锁加密，使得整个区块的内容在某个截止时间前保持隐藏；或者协议可能使用门限加密，使得区块在委员会一致确认其不可逆后才会被解密。
这意味着一个节点可能会篡改任何提交给它的交易信息，但协议的其余部分在达成共识之前并不知道他们所依据的交易内容的具体细节。等到交易信息被透露给网络中的其他节点时，该交易已经完成了排序和确认，因此其他任何节点都无法抢先执行它。要使这一定义具有实际意义，这就意味着多个节点可以在任何给定的时间段内处理相同的交易。
我们之所以放弃更强的方案（即只有用户在交易确认前才能了解交易信息，例如加密内存池），是因为协议需要一些步骤来过滤垃圾交易。如果交易内容对整个网络完全隐藏，那么网络就无法区分垃圾交易和有效交易。唯一的解决办法是在交易中泄露一些未隐藏的元数据，例如无论交易是否有效都会收取费用的支付方地址。然而，这些元数据可能会泄露足够的信息，让对手得以利用。因此，我们倾向于让单个节点完全掌握交易详情，而网络中的其他节点则无法获取其任何信息。但这意味着，要使这一特性有用，用户必须至少有一个诚实的节点作为进入点，以便在每个交易时隙都能成功提交交易。
结语
一种兼具短期防审查和隐私保护功能的协议，为构建金融应用提供了理想的基础。回到我们之前关于在链上举办拍卖的示例，这两项特性直接解决了 Bob 可能导致市场崩溃的问题。Bob 既不能审查 Alice 的出价，也不能利用 Alice 的出价来影响自己的出价，这恰好解决了我们之前示例中的问题 1 和问题 2。
由于具备短期内容审查的抵抗力，任何提交交易（无论是交易还是竞拍出价）的操作都能确保立即被纳入。做市商可以更改他们的订单；竞拍者可以迅速出价；清算操作能够高效完成。用户可以确信他们所采取的任何行动都会立即被执行。这反过来将使下一代低延迟的现实世界金融应用能够完全建立在区块链之上。而要让区块链真正与现有的金融基础设施竞争，甚至超越其性能，我们需要解决的远不止吞吐量问题。
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