a16z: DeFi supera CeFi, a previsibilidade é a chave

Autor | Pranav Garimidi、Joachim Neu、Max Resnick

Compilação | Luffy, Foresight News

A blockchain agora pode afirmar com confiança que possui a capacidade de competir com a infraestrutura financeira existente. Atualmente, os sistemas de produção podem processar dezenas de milhares de transações por segundo, e o desempenho futuro ainda deverá alcançar melhorias de várias ordens de magnitude.

Mas, além da simples capacidade de throughput, as aplicações financeiras também precisam de previsibilidade. Quando uma transação é iniciada, seja uma transação, uma oferta de leilão ou o exercício de uma opção, ter uma garantia confiável de quando ela será registrada na cadeia é uma condição essencial para o funcionamento normal do sistema financeiro. Se uma transação enfrentar atrasos imprevisíveis, muitas aplicações não poderão ser utilizadas. Para que as aplicações financeiras na cadeia sejam competitivas, a blockchain deve oferecer garantias de inclusão em curto prazo: assim que uma transação válida for submetida à rede, deve-se garantir que ela seja rapidamente agrupada em um bloco.

Um exemplo disso é o livro de ordens na cadeia. Um livro de ordens eficiente exige que os formadores de mercado forneçam liquidez continuamente, colocando ordens de compra e venda. O problema central enfrentado pelos formadores de mercado é: minimizar a diferença de preço entre compra e venda, evitando ao mesmo tempo ser vítimas de seleção adversa devido a discrepâncias entre as cotações e o mercado. Para isso, eles precisam atualizar constantemente suas ordens para refletir o estado mais recente do mercado. Por exemplo, quando um anúncio do Federal Reserve causa uma grande volatilidade nos preços dos ativos, os formadores de mercado devem responder imediatamente, atualizando suas ordens para os novos preços. Se as transações usadas para atualizar as ordens não forem incluídas na cadeia instantaneamente, os arbitradores podem negociar a preços desatualizados, causando perdas aos formadores de mercado. Nesse caso, eles só poderão ampliar a diferença de preço para reduzir riscos, o que diminui a competitividade das plataformas de negociação na cadeia.

Um mecanismo previsível de inclusão de transações na cadeia pode fornecer garantias confiáveis aos formadores de mercado, permitindo que respondam rapidamente a eventos fora da cadeia e mantenham o mercado na cadeia operando de forma eficiente.

Diferença entre o estado atual e o objetivo

As blockchains predominantes atualmente oferecem apenas garantias de inclusão final, com ciclos de validade muitas vezes na ordem de segundos. Essas garantias são suficientes para aplicações de pagamento, mas não suportam a maioria das aplicações financeiras que exigem resposta em tempo real dos participantes do mercado.

Voltando ao exemplo do livro de ordens: para os formadores de mercado, a garantia de “inclusão em poucos segundos” é inútil, desde que as transações de arbitradores possam ser agrupadas em blocos mais cedo. Sem garantias fortes de inclusão, os formadores de mercado só podem ampliar a diferença de preço ou oferecer cotações piores aos usuários para se protegerem. Isso torna as transações na cadeia menos atraentes em comparação com plataformas que oferecem garantias mais robustas.

Se a blockchain quiser realmente realizar sua visão de se tornar uma infraestrutura moderna para os mercados de capitais, os desenvolvedores precisam resolver esses problemas, permitindo que aplicações de alto valor, como livros de ordens, prosperem.

Por que é difícil alcançar previsibilidade?

Fortalecer a garantia de inclusão de transações na cadeia em blockchains existentes, para suportar esses cenários, é extremamente desafiador. Algumas protocolos dependem de um único nó (nó de produção de blocos) para decidir a ordem de agrupamento das transações em um período específico. Embora isso simplifique o design de engenharia de blockchains de alto desempenho, também cria potenciais pontos de monopólio econômico, pois o nó de produção de blocos pode explorar esse controle para obter valor.

Normalmente, durante o período em que um nó é eleito como nó de produção, ele tem controle total sobre quais transações serão incluídas no bloco.

Para blockchains que suportam muitas atividades financeiras, o nó de produção de blocos ocupa uma posição privilegiada. Se esse nó se recusar a agrupar uma transação, os usuários terão que esperar pelo próximo nó disposto a incluí-la. Em redes sem permissão, o nó de produção de blocos tem um incentivo natural para extrair valor, conhecido como MEV (Maximal Extractable Value).

O MEV vai muito além de ataques de sandwich. Mesmo que o nó de produção de blocos apenas atrase a inclusão de transações por dezenas de milissegundos, ele pode lucrar quantias enormes e diminuir a eficiência das aplicações subjacentes. Um livro de ordens que prioriza apenas algumas ordens de certos traders cria um ambiente injusto para todos os demais. Na pior hipótese, comportamentos maliciosos do nó de produção podem levar os traders a abandonarem completamente a plataforma.

Por exemplo, após o anúncio de aumento de juros, o preço do ETH despenca 5% instantaneamente. Todos os formadores de mercado no livro de ordens tentam cancelar suas ordens existentes e colocá-las novamente a um novo preço. Simultaneamente, arbitradores enviam ordens para vender ETH a preços desatualizados.

Se esse livro de ordens operar sob um protocolo de nó único, esse nó terá um poder enorme. Pode optar por revisar todas as ordens de cancelamento dos formadores de mercado, permitindo que arbitradores obtenham lucros exorbitantes; ou pode não revisar diretamente, atrasando os cancelamentos e permitindo que as ordens de arbitragem sejam executadas primeiro; ou até inserir suas próprias ordens de arbitragem, lucrando com a divergência de preços.

Duas demandas principais: resistência à censura e ocultação de informações

Diante dessa vantagem, a participação ativa dos formadores de mercado se torna economicamente inviável, pois eles podem ser explorados sempre que houver volatilidade de preços. A questão fundamental decorre de dois privilégios do nó de produção de blocos:

Pode censurar transações de outros;

Pode ver as transações de outros e, com base nelas, enviar suas próprias transações.

Qualquer um desses privilégios pode levar a consequências catastróficas.

Um exemplo

Vamos ilustrar esse problema com um leilão. Suponha que há dois participantes, Alice e Bob, sendo que Bob é o nó de produção do bloco onde o leilão ocorre. (Para simplificar, consideramos apenas dois participantes, mas a lógica pode ser estendida a qualquer número.)

O leilão aceita lances durante o ciclo de produção do bloco, por exemplo, de tempo 0 a 1. Alice envia seu lance bA no momento tA, e Bob envia seu lance bB mais tarde, em tB. Como Bob é o nó de produção, ele pode garantir que sua ação final seja a última.

Ambos podem obter o preço do ativo de uma fonte de preço contínua (por exemplo, uma exchange centralizada), cujo valor no momento t é pₜ. Suponha que, em qualquer momento t, as expectativas de preço para o final do leilão (t=1) sejam iguais ao preço atual pₜ. A regra do leilão é simples: quem oferecer o maior lance ganha, pagando seu próprio lance.

Necessidade de resistência à censura

Se Bob puder usar seu status de nó de produção para censurar o lance de Alice, o mecanismo do leilão será completamente comprometido. Bob só precisa oferecer um lance muito baixo para garantir a vitória, tornando o resultado do leilão quase zero.

Necessidade de ocultação de informações

Uma situação mais complexa é: Bob não consegue censurar diretamente o lance de Alice, mas pode ver o lance de Alice antes de enviar o seu próprio. Nesse caso, Bob pode adotar uma estratégia simples:

Se o preço atual pₜ_B for maior que bA, ele oferece um lance um pouco maior que bA;

Caso contrário, abandona a tentativa de lance.

Com essa estratégia, Alice enfrenta uma seleção adversa: só vence se oferecer um lance acima do valor esperado do ativo, o que, na maioria das vezes, leva à perda, fazendo com que ela abandone o leilão. Quando todos os concorrentes saem, Bob pode então oferecer um lance muito baixo e ganhar o leilão, com lucro quase zero.

A conclusão principal é: a duração do leilão não importa. Desde que Bob possa censurar o lance de Alice ou ver seu lance antes de enviar o próprio, o leilão está condenado ao fracasso.

Essa lógica também se aplica a negociações de alta frequência, incluindo mercados à vista, contratos perpétuos e derivativos: se o nó de produção tiver o poder do exemplo de Bob, o mercado entrará em colapso. Para que esses cenários sejam viáveis na cadeia, ela não pode conceder privilégios como esses ao nó de produção.

Por que esses problemas não explodiram na prática?

A análise acima mostra um cenário sombrio para protocolos de nó único que não requer permissão para transações na cadeia, mas muitas exchanges descentralizadas (DEX) com esse tipo de protocolo ainda movimentam volumes consideráveis. Por quê?

Na prática, duas forças compensam esses problemas:

Nódulos de produção geralmente possuem uma grande quantidade de tokens nativos, fortemente vinculados ao sucesso ou fracasso da blockchain, o que os impede de abusar de seu poder econômico;

No nível de aplicação, já existem soluções alternativas que reduzem a vulnerabilidade a esses problemas.

Embora esses fatores permitam que o DeFi funcione normalmente até agora, a longo prazo, eles não são suficientes para que o mercado na cadeia realmente concorra com o mercado off-chain.

Em blockchains com alta atividade econômica, tornar-se um nó de produção exige uma grande quantidade de staking. Assim, os nós devem possuir uma quantidade significativa de tokens ou ter reputação suficiente para obter delegações de outros detentores. Em qualquer caso, grandes operadores de nós são entidades de alta reputação. Além disso, o staking incentiva a manutenção do desenvolvimento da blockchain. Por isso, ainda não vimos casos de uso em que os nós abusem de seu poder de forma generalizada, mas isso não significa que o problema não exista.

Primeiro, confiar na boa vontade, na pressão social e nos incentivos de longo prazo dos operadores de nós não é uma base confiável para o futuro financeiro. À medida que o volume de finanças na cadeia aumenta, os lucros potenciais dos nós também crescem. Quanto maior essa tentação, mais frágil se torna a pressão social para limitar comportamentos que violem interesses de curto prazo.

Segundo, o grau de abuso de poder por parte dos nós é uma escala contínua, variando de comportamentos moderados até a destruição completa do mercado. Os operadores podem, unilateralmente, ampliar seus privilégios para obter maiores lucros. Se alguém ultrapassar o limite, outros rapidamente seguirão o exemplo. O comportamento de um único nó parece ter impacto limitado, mas uma mudança coletiva pode gerar consequências evidentes.

Um exemplo clássico é o jogo de timing: os nós de produção podem atrasar ao máximo a publicação de blocos, maximizando seus lucros dentro do permitido pelo protocolo. Isso leva a atrasos na produção de blocos ou até à perda de blocos. Embora essa estratégia seja conhecida por sua lucratividade, inicialmente os nós a adotam por responsabilidade de manter a rede. No entanto, esse equilíbrio social é muito frágil: se um nó começar a fazer arbitragem sem custo, outros rapidamente o seguirão.

O jogo de timing é apenas um exemplo de como os nós podem aumentar seus lucros sem abusar completamente de seu poder. Existem muitas outras formas de os nós aumentarem seus retornos às custas das aplicações. Isoladamente, esses comportamentos podem ser tolerados, mas, no final, podem ultrapassar um limite crítico, tornando os custos de operação na cadeia maiores que os benefícios.

Outro motivo pelo qual o DeFi ainda funciona é que muitas aplicações movem sua lógica central para fora da cadeia, apenas registrando os resultados. Por exemplo, protocolos que exigem execução rápida de leilões geralmente realizam o processo off-chain, usando mecanismos de nós autorizados para evitar problemas de nós maliciosos. O UniswapX em Ethereum, por exemplo, realiza leilões holandeses, e o Cowswap realiza leilões em lote, todos off-chain.

Embora essa abordagem permita que as aplicações operem, ela coloca a cadeia subjacente e sua proposta de valor em uma posição desconfortável: a lógica de execução é movida para fora da cadeia, deixando a cadeia como uma camada de liquidação pura. Uma das maiores vantagens do DeFi é a composabilidade, mas, com toda a execução ocorrendo off-chain, as aplicações ficam isoladas em ilhas. Além disso, essa dependência de execução off-chain introduz uma nova hipótese de confiança: além da disponibilidade da cadeia, a infraestrutura off-chain também deve funcionar normalmente.

Como alcançar previsibilidade?

Para resolver esses problemas, os protocolos precisam atender a duas características principais: garantias de inclusão estável de transações na cadeia e regras de ordenação, além de proteção de privacidade antes da confirmação das transações.

Primeiro requisito: resistência à censura

Podemos resumir essa primeira característica como resistência à censura de curto prazo: se uma transação chegar a um nó honesto, ela deve ser garantida de ser incluída no próximo bloco disponível.

Resistência à censura de curto prazo: qualquer transação válida que chegue a um nó honesto a tempo será incluída no próximo bloco.

Mais precisamente, suponha que o protocolo opere com um relógio fixo, por exemplo, produzindo um bloco a cada 100 milissegundos. Se uma transação chegar a um nó honesto em 250 milissegundos, ela deve ser incluída em um bloco de 300 milissegundos. O atacante não pode escolher ignorar ou atrasar a inclusão da transação. O núcleo dessa definição é: os usuários e aplicações devem ter um caminho altamente confiável para que suas transações sejam incluídas na cadeia, sem falhas causadas por nodes maliciosos ou falhas operacionais.

Embora essa definição exija que qualquer transação que chegue a um nó honesto seja incluída, sua implementação prática pode ser custosa demais. O mais importante é que o protocolo seja suficientemente robusto para garantir uma entrada previsível na cadeia, com lógica simples e fácil de entender.

Protocolos de nó único sem permissão, que dependem de um único nó de produção, claramente não atendem a essa característica: se o nó de produção agir maliciosamente, a transação não terá outra via de inclusão. Por outro lado, mesmo que apenas um grupo de quatro nós possa garantir a inclusão de transações a cada período, isso já aumenta significativamente as opções de entrada para usuários e aplicações. Para que aplicações prosperem de forma robusta, às vezes é necessário sacrificar um pouco de desempenho. Encontrar o equilíbrio ideal entre robustez e desempenho ainda é uma área de pesquisa, mas os protocolos atuais claramente não oferecem garantias suficientes.

Uma vez que o protocolo possa garantir a inclusão, o problema de ordenação das transações fica resolvido. Pode-se usar regras de ordenação determinísticas arbitrárias, como ordenar por taxas de prioridade ou permitir que aplicações ordenem as transações de acordo com seu próprio estado. A melhor estratégia de ordenação ainda é uma área de pesquisa ativa, mas, independentemente do método, só faz sentido ordenar as transações se elas forem realmente incluídas na cadeia.

Segundo requisito: ocultação de informações

Após garantir resistência à censura de curto prazo, o outro aspecto importante do protocolo é o que chamamos de privacidade oculta.

Ocultação: exceto pelo nó que envia a transação, nenhuma parte participante pode obter qualquer informação sobre a transação antes de sua confirmação e ordenação final pelo protocolo.

Protocolos que atendem à ocultação permitem que os nós recebam transações em texto claro, mas exigem que o restante da rede permaneça desconhecido até que o consenso seja alcançado e a ordenação seja definitiva. Por exemplo, podem usar criptografia com atraso, de modo que o conteúdo do bloco só seja visível após um prazo limite; ou usar criptografia de limiar, onde um comitê só revela o conteúdo após a confirmação irreversível do bloco.

Isso significa que os nós podem abusar das informações de transações enviadas a eles, mas o restante da rede só saberá o conteúdo após a confirmação. Quando as informações da transação forem divulgadas ao público, a ordenação e a confirmação já terão ocorrido, impedindo que outros negociem antecipadamente. Essa definição funciona sob a premissa de que há múltiplos nós capazes de agrupar transações em cada período.

Não adotamos uma definição mais forte de privacidade (como memórias criptografadas), pois o protocolo precisa filtrar transações lixo. Se o conteúdo da transação for totalmente oculto, a rede não conseguirá distinguir entre transações válidas e inválidas. A única solução possível é divulgar metadados não criptografados, como endereços de pagamento que cobram taxas independentemente da validade da transação. Mas esses metadados podem revelar informações suficientes para que atacantes explorem vulnerabilidades. Portanto, optamos por uma abordagem intermediária: apenas um nó pode ver o conteúdo da transação, enquanto o restante da rede permanece sem acesso a ela. Isso também exige que o usuário tenha pelo menos um nó honesto a cada período como ponto de entrada na cadeia.

Uma combinação de resistência à censura de curto prazo e ocultação de informações torna o protocolo ideal para aplicações financeiras. Voltando ao exemplo do leilão na cadeia, essas duas características evitam duas formas de manipulação por parte de Bob: ele não consegue censurar o lance de Alice nem usar o lance de Alice para orientar seu próprio comportamento, resolvendo perfeitamente os problemas discutidos anteriormente.

Com garantias de resistência à censura de curto prazo, qualquer transação (seja uma ordem ou um lance de leilão) pode ser incluída instantaneamente. Os formadores de mercado podem modificar ordens, os participantes podem fazer lances rapidamente, e a liquidação pode ser eficiente. Os usuários podem confiar que suas operações serão executadas imediatamente, permitindo que aplicações financeiras de baixa latência e voltadas para o mundo real sejam totalmente construídas na cadeia.

Para que a blockchain realmente possa competir com a infraestrutura financeira atual e até superá-la, ela precisa resolver muito mais do que throughput.