文章作者：PGarimidi、jneu_net、@MaxResnic

文章编译：佳欢，ChainCatcher

区块链如今可以切实宣称，其已具备与现有金融基础设施竞争所需的能力。当今的生产系统每秒可处理数万笔交易，并且即将迎来数量级的提升。然而，除了原始吞吐量之外，金融应用还需要可预测性。无论是一笔买卖、一次拍卖出价，还是一次期权行权，金融系统的正常运转都要求有一个确定的答案：这笔交易，究竟什么时候会被执行？如果交易面临不可预测的延迟（无论是恶意的还是偶然的），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打包保证，即如果向网络提交了有效的交易，它就能保证被尽快打包。例如，考虑一个链上订单簿。高效的订单簿需要做市商通过维持账本上资产的买卖订单来持续提供流动性。

做市商面临的关键难题在于：既要尽可能将买卖价差缩到最小，又要避免因报价偏离市场而陷入"逆向选择"的风险。为此，做市商必须不断更新其订单以反映现实世界的状态。例如，如果美联储的公告导致资产价格跳涨，做市商需要立即做出反应，将他们的订单更新为新价格。在这种情况下，如果做市商更新订单的交易没有立即落地，他们就会因为套利者以过时的价格成交其订单而蒙受损失。做市商随后就需要设置更大的价差来减少他们在此类事件中的风险敞口，这反过来又使得链上交易场所的竞争力下降。

可预测的交易打包，为做市商提供了强有力的保证，使其能够对链下事件做出快速反应，并保持链上市场的效率。

我们拥有什么与我们需要什么

如今，现有的区块链仅提供稳健的最终打包保证，通常在几秒钟的时间跨度内生效。虽然这些保证对于支付等应用来说已经足够，但它们太弱了，无法支持那些市场参与者需要实时对信息做出反应的大类金融应用。

以上述订单簿为例：对于做市商来说，如果套利者的交易可以落在更早的区块中，那么保证他们在"未来几秒内"被打包是毫无意义的。如果没有强有力的打包保证，做市商不得不通过扩大价差并为用户提供更差的价格，来应对增加的逆向选择风险。这反过来使得链上交易与那些提供更强保证的其他交易场所相比，吸引力大打折扣。

为了使区块链真正实现作为资本市场现代化基础设施的愿景，建设者需要解决这些问题，以便像订单簿这样的高价值应用能够蓬勃发展。

实现可预测性究竟难在哪里？

强化现有区块链的打包保证以支持这些用例是一项挑战。当今的一些协议可能依赖于一个可以在任何给定时间决定交易打包的节点（"领导者"）。虽然这简化了构建高性能区块链的工程挑战，但它也引入了一个潜在的经济瓶颈，这些领导者可以在此榨取价值。通常情况下，在节点被选为领导者的窗口期内，他们对将哪些交易打包进区块拥有完全的权力。对于处理任何规模金融活动的区块链来说，领导者都处于特权地位。如果这个单一的领导者决定不打包某笔交易，唯一的补救措施就是等待下一个愿意打包该交易的领导者。

在无许可网络中，领导者有动机去榨取价值，俗称 MEV。MEV 远远超出了夹击 AMM 交易之类的范畴。即使领导者仅仅能够将交易打包延迟几十毫秒，也能为他们带来巨额利润，并降低底层应用的效率。一个仅优先处理部分交易者交易的订单簿，会让其他所有人都处于不公平的竞争环境中。在最坏的情况下，领导者可能会变得极度充满敌意，以至于交易者完全离开该平台。

假设出现加息，ETH 价格立即下跌 5%。订单簿上的每个做市商都争相取消其挂单，并以新价格下达新订单。与此同时，每个套利者都提交了以过时挂单价格卖出 ETH 的订单。如果这个订单簿运行在具有单一领导者的协议上，那么该领导者就拥有极大的权力。领导者可以简单地选择审查所有做市商的取消操作，从而让套利者获取巨额利润。或者，领导者可以不直接审查取消操作，而是将取消操作延迟到套利者的交易落地之后。领导者甚至可以直接插入自己的套利交易，以充分利用价格差异。

两个基本诉求

面对这些优势，做市商的积极参与变得不符合经济效益；只要价格出现波动，他们就可能被占便宜。这个问题归结为领导者在两个关键方面拥有过多的特权：1）领导者可以审查任何其他人的交易，以及 2）领导者可以看到他人的交易并据此提交自己的交易作为回应。这两个问题中的任何一个都可能被证明是灾难性的。

一个例子

我们可以通过以下示例精确锁定问题所在。考虑一场有两个竞标者 Alice 和 Bob 的拍卖，其中 Bob 也是拍卖发生区块的领导者。（只有两个竞标者的设定是为了说明问题；无论有多少竞标者，同样的推理都适用。）

拍卖在区块生成所需的时间段内接受竞价，假设从时间 t=0 到 t=1。Alice 在时间 tA 提交竞价 bA，Bob 在时间 tB > tA 提交竞价 bB。由于 Bob 是该区块的领导者，他始终可以保证自己最后行动。Alice 和 Bob 也有一个不断更新的资产价格真相源可以读取（例如，中心化交易所的中间价）。在时间 t，假设此价格为 pt。我们假设，在任意时刻 t，市场对拍卖结束时（t=1）资产价格的预期，始终等于当前的实时价格 pt。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金额。

抗审查性的需求

现在让我们考虑当 Bob 可以利用他作为本次拍卖领导者的优势时会发生什么。如果 Bob 可以审查 Alice 的出价，很明显拍卖就会崩溃。由于没有其他竞标，Bob 只需出价一个任意小的金额，即可保证赢得拍卖。这导致拍卖结清时实质上只有 0 收益。

隐藏的需求

更复杂的情况是，如果 Bob 不能直接审查 Alice 的竞价，但仍然可以在自己出价之前看到 Alice 的竞价，会发生什么。在这种情况下，Bob 有一个简单的策略。当他出价时，他只需检查 ptB > bA 是否成立。如果是，那么 Bob 的出价仅略高于 bA；如果不是，那么 Bob 根本不出价。

通过执行这一策略，Bob 导致 Alice 面临不利的逆向选择。Alice 获胜的唯一情况是价格更新导致她的出价最终高于资产的预期价值。每当 Alice 赢得拍卖时，她都会预计亏钱，还不如根本不参与拍卖。随着所有竞争对手消失，Bob 可以再次简单地出价一个任意小的金额并获胜，而拍卖实际上获得 0 收益。

这里的关键要点是，这场拍卖持续多长时间并不重要。只要 Bob 可以审查 Alice 的出价，或者在自己出价之前看到 Alice 的出价，这场拍卖注定会失败。

这个例子中的相同原则适用于任何高频交易资产的环境，无论是现货交易、永续合约还是衍生品交易所：如果存在一个拥有 Bob 在此示例中权力的领导者，该领导者可能会导致市场彻底崩溃。为了让服务于这些用例的链上产品切实可行，它们绝不能赋予领导者这些权力。

如今在实践中这些问题是如何产生的？

上面的故事为任何无许可单一领导者协议上的链上交易描绘了一幅黯淡的画面。然而，许多单一领导者协议上的去中心化交易所（DEX）交易量继续保持健康，这是为什么呢？在实践中，有两股力量的结合抵消了上述问题：

• 领导者没有充分利用他们的经济权力，因为他们自己通常大力投资于底层区块链的成功；
• 应用程序已经构建了变通方法，以免在这些问题面前如此脆弱。

虽然这两个因素迄今为止保持了去中心化金融（DeFi）的运作，但从长远来看，它们不足以使链上市场真正与链下市场竞争。

要在具有实质经济活动的区块链上获得领导者资格，需要大量的质押。因此，要么领导者自己拥有大量质押，要么拥有足够的声誉让其他代币持有者将质押委托给他们。在任何一种情况下，大型节点运营商通常都是声誉面临风险的已知实体。不仅仅是声誉，这种质押意味着这些运营商也有财务动机希望他们的区块链运行良好。正因为如此，我们在很大程度上还没有看到领导者像上文所述那样充分利用其市场力量——但这并不意味着这些问题不存在。

首先，通过社会压力依赖节点运营商的善意并诉诸其长期动机，并非金融未来的稳固基础。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加。这种潜力增长得越多，社会层面上要想让领导者的行为违背其眼前的直接利益就越困难。

其次，领导者能够利用其市场权力的程度是一个从良性到导致市场完全崩溃的光谱。节点运营商可以单方面推动利用其权力获取更高利润。当一些运营商挑战公认底线时，其他运营商很快就会效仿。单个节点的行为可能显得微不足道，但当所有人都发生改变时，其影响是显而易见的。

也许这种现象最好的例子就是时机博弈（Timing Games）：领导者试图在协议仍然有效的前提下，尽可能晚地宣布出块，以赚取更高的奖励。当领导者过于激进时，这会导致出块时间变长和跳块。虽然这些策略的盈利性广为人知，但领导者之所以选择不玩这些博弈，主要是为了充当区块链的良好管理者。然而，这是一种脆弱的社会平衡。一旦单个节点运营商开始玩这些策略来赚取更高奖励且没有任何后果，其他运营商很快就会加入。

时机博弈仅仅是领导者如何在没有充分利用其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，以牺牲应用程序为代价来增加其奖励。孤立来看，这些措施对于应用程序可能是可行的，但最终天平会倾斜到一个点，即上链的成本超过了收益。

保持 DeFi 运作的另一个因素是应用程序将重要逻辑转移到链下，而仅将结果发布在链上。例如，任何需要快速进行拍卖的协议都在链下执行此操作。这些应用程序通常在一组许可节点上运行其所需的机制，以避免遇到恶意领导者的问题。例如，UniswapX 在以太坊主网外运行其荷兰式拍卖以完成交易，类似地，CowSwap 在链下运行其批量拍卖。

虽然这对于应用程序来说行得通，但它将基础层和链上构建的价值主张置于一个岌岌可危的境地。在应用程序执行逻辑位于链下的世界中，基础层纯粹变成了结算层。DeFi 最强大的卖点之一就是可组合性。在所有执行都发生在链下的世界里，这些应用程序本质上生活在孤立的环境中。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。应用程序的运作不再仅仅依赖于底层链的活跃度，这种链下基础设施也必须正常运转。

如何获得可预测性

为了解决这些问题，我们需要协议满足两个属性：一致的交易打包和排序规则，以及确认前的交易隐私（有关这些属性的严格定义和扩展讨论，请参阅此论文）。

基本诉求 1：抗审查性

我们用短期抗审查性来概括第一个属性。如果任何到达诚实节点的交易都保证包含在下一个可能的区块中，那么该协议就是短期抗审查的：

更确切地说，我们假设协议在固定的时钟上运行，每个区块都在设定的时间生成，例如每 100 毫秒。那么我们需要保证的是，如果一笔交易在 t=250ms 时到达诚实节点，它将被包含在 t=300ms 生成的区块中。对手不应有权酌情选择性地打包其听到的某些交易而遗漏其他交易。

这个定义的精神在于，用户和应用程序应该有一种极其可靠的方式在任何时间点让交易落地。不应该发生单节点碰巧丢包（无论是由于恶意还是简单的运行故障）导致交易无法落地的情况。虽然此定义要求为到达任何诚实节点的交易提供打包保证，但在实践中，实现这一点的开销可能太高。重要的特征是，协议应该是稳健的，以便上链切入点的行为方式极具可预测性且易于推理。

无许可单一领导者协议显然不满足此属性，因为如果在任何时间点单一领导者是拜占庭节点，则没有其他方法可以使交易落地。然而，即使是四个能够保证在每个时段内将交易打包的节点集，也极大地改善了用户和应用程序使交易落地的选项数量。用牺牲一定数量的性能来换取一个能可靠地让应用繁荣发展的协议是值得的。在稳健性和性能之间寻找正确的权衡点还有更多工作要做，但现有协议提供的保证是不够的。

鉴于协议可以保证打包，排序在某种程度上是自然而然的事情。协议可以自由使用它们喜欢的任何确定性排序规则来保证一致的排序。最简单的解决方案是按优先费排序，或者可能允许应用程序灵活地对与其状态交互的交易进行排序。对交易进行排序的最佳方式仍然是一个活跃的研究领域，但无论如何，只有在需要排序的交易落地的基础上，排序规则才有意义。

基本诉求 2：隐藏

在短期抗审查性之后，下一个最重要的属性是协议提供一种我们称之为"隐藏"的隐私形式。

具备"隐藏"属性的协议可能允许节点以明文形式查看提交给它们的所有交易，但要求协议的其余部分在达成共识并在最终日志中确定了交易的顺序之前保持盲态。例如，协议可能使用时间锁加密，以便在某个截止日期之前隐藏区块的全部内容；或者协议可能使用门限加密，以便在委员会同意它被不可逆地确认后立即解密该区块。

这意味着节点可能会滥用从提交给它的任何交易中获得的信息，但协议的其余部分直到事后才知道它们所达成共识的内容。到向网络其余部分披露交易信息时，交易已经被排序和确认，因此任何其他方都无法对其进行抢跑。为了使这个定义有用，这确实意味着多个节点可以在任何给定的时段内使交易落地。

我们放弃使用仅在交易确认前用户才了解其任何信息的更强概念（例如，在加密内存池中）的原因是，协议需要采取一些步骤作为垃圾交易的过滤器。如果交易内容对整个网络完全隐藏，那么网络就无法将垃圾交易与有意义的交易过滤开来。解决这个问题的唯一方法是泄露一些未隐藏的元数据作为交易的一部分，例如无论交易是否有效都会被收取费用的费用支付者地址。

然而，这些元数据可能会泄露足够的信息供对手利用。因此，我们更倾向于单一节点对交易具有完全的可见性，而网络中的其他节点对其没有任何可见性。但是，这也意味着，为了使此属性有用，需要用户在每个时段至少拥有一个诚实节点作为上链切入点来落地交易。

一个既具备短期抗审查性又具备隐藏性的协议，为构建金融应用程序提供了理想的基础。回到我们试图在链上运行拍卖的例子，这两个属性直接解决了 Bob 可能导致市场崩溃的问题方式。Bob 既不能审查 Alice 的出价，也不能利用 Alice 的出价来为其自己的出价提供信息，这准确地解决了我们之前例子中的问题。

凭借短期抗审查性，任何提交交易的人（无论是交易还是拍卖出价）都可以保证立即被打包。做市商可以改变他们的订单；竞标者可以快速出价；清算可以高效落地。用户可以确信他们采取的任何操作都将立即执行。这反过来又将允许下一代低延迟的现实世界金融应用完全建立在链上。

为了使区块链真正与现有金融基础设施竞争，甚至超越它，我们需要解决的绝不仅仅是吞吐量问题。