As blockchains podem agora afirmar, com credibilidade, que dispõem da capacidade necessária para competir com a infraestrutura financeira atual. Os sistemas de produção conseguem processar dezenas de milhares de transações por segundo, com melhorias significativas previstas.
Para além da capacidade de processamento, as aplicações financeiras exigem previsibilidade. Quando uma transação é enviada — seja uma negociação, uma licitação num leilão ou o exercício de uma opção — é fundamental uma garantia fiável sobre o momento em que essa transação será registada, para o funcionamento dos sistemas financeiros. Se as transações enfrentarem atrasos imprevisíveis (adversos ou acidentais), muitas aplicações tornam-se inutilizáveis. Para que as aplicações financeiras onchain sejam competitivas, a cadeia deve oferecer garantias de inclusão de curto prazo, assegurando que uma transação válida submetida à rede seja incluída o mais rapidamente possível.
Por exemplo, considere um livro de ordens onchain. Livros de ordens eficientes exigem que os criadores de mercado forneçam liquidez continuamente, mantendo ordens de compra e venda dos ativos. O principal desafio dos criadores de mercado é manter o spread (diferença entre preços de compra e venda) o mais apertado possível, sem se exporem a seleção adversa ao oferecer preços desalinhados com o restante mercado. Para tal, os criadores de mercado têm de atualizar constantemente as ordens para refletir o estado do mercado. Por exemplo, se um anúncio da Reserva Federal provocar uma subida nos preços dos ativos, os criadores de mercado precisam de reagir instantaneamente, atualizando as ordens para o novo preço. Se as transações de atualização das ordens não forem registadas de imediato, sofrerão perdas ao serem arbitrados por participantes que preencham ordens a preços desatualizados. Os criadores de mercado terão então de alargar os spreads para reduzir a exposição a estes eventos, tornando os mercados onchain menos competitivos.
A inclusão previsível de transações oferece aos criadores de mercado garantias robustas sobre a sua capacidade de reagir rapidamente a eventos offchain e manter a eficiência dos mercados onchain.
O que temos versus o que precisamos
Atualmente, as cadeias existentes oferecem apenas garantias robustas de inclusão eventual, concretizadas em segundos. Embora estas garantias sejam suficientes para aplicações como pagamentos, são demasiado fracas para suportar uma grande variedade de aplicações financeiras onde os participantes do mercado precisam de reagir em tempo real. Pegando no exemplo do livro de ordens: Para os criadores de mercado, uma garantia de inclusão “nos próximos segundos” é irrelevante se as transações dos arbitradores forem registadas em blocos anteriores. Sem garantias de inclusão fortes, os criadores de mercado têm de considerar a maior seleção adversa, alargando spreads e oferecendo preços menos favoráveis aos utilizadores. Isto torna a negociação onchain menos atrativa comparativamente a outros locais que oferecem garantias mais robustas.
Para que as blockchains cumpram verdadeiramente o objetivo de servirem de infraestrutura para modernizar os mercados de capitais, os desenvolvedores precisam de resolver estas questões, para que aplicações de elevado valor, como livros de ordens, possam prosperar.
Porque é tão difícil obter previsibilidade?
Reforçar a garantia de inclusão nas cadeias existentes para suportar estes casos de uso é desafiante. Alguns protocolos atuais podem depender de um único nó (“líder”) que dita a inclusão de transações em qualquer momento. Embora isto simplifique o desafio de engenharia de criar uma cadeia eficiente, também introduz um potencial ponto de estrangulamento económico, onde esses líderes podem extrair valor. Durante o período em que um nó é eleito líder, detém poder total sobre as transações incluídas num bloco.
Numa cadeia que processa qualquer volume de atividade financeira, o líder ocupa uma posição privilegiada. Se decidir não incluir uma determinada transação, a única alternativa é esperar pelo próximo líder disposto a incluí-la. Numa rede permissionless, os líderes são incentivados a extrair valor, conhecido como MEV. O MEV vai muito além de estratégias como o “sandwich” em negociações AMM. Até a capacidade de um líder para atrasar a inclusão de transações por dezenas de milissegundos pode gerar lucros substanciais e degradar a eficiência das aplicações subjacentes. Um livro de ordens que prioriza apenas um subconjunto de transações coloca os restantes participantes numa posição injusta. No pior cenário, o líder pode ser tão adverso que os negociadores abandonam a plataforma.
Suponha que há um aumento da taxa de juro e o preço do ETH cai imediatamente 5%. Todos os criadores de mercado num livro de ordens apressam-se a cancelar as ordens em aberto e a criar novas ordens aos novos preços. Ao mesmo tempo, todos os arbitradores submetem ordens para vender ETH às ordens em aberto desatualizadas. Se este livro de ordens estiver num protocolo com um único líder, este detém um poder extraordinário. O líder pode censurar todos os cancelamentos dos criadores de mercado, permitindo assim que os arbitradores obtenham lucros significativos. Ou pode atrasar os cancelamentos até que os arbitradores registrem as suas transações. O líder pode até inserir diretamente as suas próprias transações de arbitragem para maximizar o aproveitamento da discrepância de preços.
Uma história de dois desideratos: Resistência à censura e ocultação
Face a estas vantagens, torna-se antieconómico para os criadores de mercado participarem ativamente; sempre que há uma alteração de preço, podem ser prejudicados. O problema resume-se ao facto de o líder ser privilegiado em dois aspetos: 1) O líder pode censurar transações de outros participantes, e 2) pode ver as transações dos outros e submeter as suas próprias em resposta. Qualquer um destes problemas pode ser catastrófico.
Um exemplo
Podemos precisar o problema com o seguinte exemplo. Considere um leilão com dois licitantes, Alice e Bob, sendo Bob o líder para o bloco em que o leilão ocorre. (O facto de haver apenas dois licitantes é meramente ilustrativo; o mesmo raciocínio aplica-se independentemente do número de participantes.)
O leilão aceita licitações durante o tempo de produção do bloco, de t=0 a t=1. Alice submete uma licitação bA em tA e Bob submete uma licitação bB em tB > tA. Como Bob é o líder do bloco, pode garantir que atua por último. Alice e Bob têm uma fonte de verdade continuamente atualizada para o preço do ativo, que podem consultar (por exemplo, o preço médio numa bolsa centralizada). Em t, esse preço é pt. Assumimos que, em t, o preço esperado do ativo em t=1 (quando o leilão termina) é sempre pt. Ou seja, em qualquer momento, o preço que Alice e Bob esperam para o ativo quando o leilão termina é igual ao preço que veem atualmente. As regras do leilão são simples: quem tiver a licitação mais alta entre Alice e Bob vence o leilão e paga a sua licitação.
Resistência à censura
Vejamos o que acontece quando Bob pode usar a sua vantagem de líder neste leilão. Se Bob puder censurar a licitação de Alice, o leilão colapsa. Bob pode licitar um valor arbitrariamente baixo e garantir a vitória, já que não há outras licitações. Isto faz com que o leilão seja liquidado com receitas praticamente nulas.
Ocultação
O caso mais complexo é quando Bob não pode censurar diretamente a licitação de Alice, mas pode vê-la antes de fazer a sua própria. Neste caso, Bob tem uma estratégia simples. Quando licita, verifica se ptB > bA. Se sim, Bob licita um valor ligeiramente acima de bA; se não, Bob não licita. Ao seguir esta estratégia, Bob coloca Alice em desvantagem. Só ganha quando o preço se atualiza de modo a que a sua licitação seja superior ao valor esperado do ativo. Sempre que Alice vence o leilão, espera perder dinheiro e seria melhor não participar. Com todos os licitantes concorrentes afastados, Bob pode novamente licitar um valor arbitrariamente baixo e vencer, com o leilão a gerar receitas praticamente nulas.
A principal conclusão é que não importa quanto tempo dura o leilão. Enquanto Bob puder censurar a licitação de Alice ou vê-la antes de fazer a sua própria licitação, o leilão está condenado ao fracasso.
Os mesmos princípios deste exemplo aplicam-se a qualquer contexto em que ativos são negociados com alta frequência, seja negociação à vista, perps ou numa bolsa de derivados: Se existir um líder com o poder de Bob, esse líder pode fazer com que o mercado se desfaça por completo. Para que os produtos onchain que servem estes casos de uso sejam viáveis, não podem conceder ao líder estes poderes.
Como surgem estes problemas na prática atualmente?
O cenário acima pinta um quadro sombrio para a negociação onchain em qualquer protocolo permissionless com um único líder. No entanto, os volumes das bolsas descentralizadas (DEX) em muitos protocolos de líder único continuam saudáveis, então o que explica isto?
Na prática, dois fatores contrariam estes problemas:
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Os líderes não exploram totalmente o seu poder económico, pois estão geralmente fortemente investidos no sucesso da cadeia subjacente;
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As aplicações criaram soluções alternativas para não serem tão vulneráveis a estes problemas.
Embora estes fatores tenham mantido o funcionamento das finanças descentralizadas (DeFi) até agora, não serão suficientes para que os mercados onchain sejam verdadeiramente competitivos face aos seus homólogos offchain a longo prazo.
Para ser elegível como líder numa cadeia com atividade económica significativa é necessário uma grande quantidade de stake. Assim, ou o líder detém muito stake, ou tem reputação suficiente para que outros detentores de tokens lhe deleguem stake. Em ambos os casos, os grandes operadores de nós são geralmente entidades conhecidas, com reputações em risco. Para além da reputação, este stake significa que estes operadores têm incentivos financeiros para que as suas cadeias prosperem. Por isso, não temos visto líderes a explorar totalmente o seu poder de mercado como descrito acima — mas isto não significa que estes problemas não existam.
Por um lado, depender da boa vontade dos operadores de nós através de pressão social e dos seus incentivos de longo prazo não é uma base robusta para o futuro das finanças. À medida que aumenta a magnitude da atividade financeira onchain, aumentam também os potenciais lucros para os líderes. Quanto mais cresce este potencial, maior é a pressão sobre a camada social para contrariar os interesses imediatos dos líderes.
Em segundo lugar, o grau em que os líderes podem usar o seu poder de mercado é um espectro, desde o benigno até ao colapso total do mercado. Os operadores de nós podem tomar decisões unilaterais para explorar o seu poder em busca de maiores lucros. À medida que alguns operadores testam os limites do que é considerado aceitável, outros seguem rapidamente o exemplo. O comportamento de um nó individual pode parecer insignificante, mas quando todos mudam, o impacto é evidente.
Talvez o melhor exemplo deste fenómeno sejam os jogos de timing: Quando os líderes optam por atrasar o anúncio de um bloco até ao último momento possível, mantendo-o válido para o protocolo, para obter maiores recompensas. Isto pode provocar tempos de bloco mais longos e blocos a serem ignorados quando um líder é demasiado agressivo. Apesar de a rentabilidade destas estratégias ser amplamente conhecida, os líderes optaram por não as aplicar, principalmente em nome de serem bons gestores da cadeia. No entanto, este era um equilíbrio social frágil. Assim que um operador de nó começou a aplicar estas estratégias para obter maiores recompensas sem consequências, outros rapidamente aderiram. Os jogos de timing são apenas um exemplo de como os líderes podem aumentar os seus lucros sem explorar totalmente o seu poder de mercado. Existem muitas outras medidas que os líderes podem tomar para aumentar as suas recompensas à custa das aplicações. Isoladamente, estas medidas podem ser toleráveis para as aplicações, mas eventualmente o balanço inclina-se até ao ponto em que os custos de estar onchain superam os benefícios.
O outro fator que mantém o DeFi funcional é o facto de as aplicações moverem lógica importante para offchain e apenas publicarem os resultados onchain. Por exemplo, qualquer protocolo que precise de realizar rapidamente um leilão fá-lo offchain. Estas aplicações executam frequentemente os seus mecanismos num conjunto permissionado de nós para evitar problemas com líderes adversos. Por exemplo, a UniswapX executa o seu leilão holandês para preencher negociações na Ethereum mainnet offchain e, de forma semelhante, a Cowswap executa o seu leilão em batch offchain. Embora isto funcione para as aplicações, coloca a camada base e a proposta de valor de construir onchain numa posição precária. Um mundo em que a lógica de execução das aplicações vive offchain faz com que a camada base seja usada apenas para liquidação. Um dos principais argumentos de venda do DeFi é a composabilidade. Num mundo em que toda a execução ocorre offchain, estas aplicações vivem, por natureza, em ambientes isolados. Depender da execução offchain também introduz novas suposições nos modelos de confiança destas aplicações. Em vez de depender apenas da cadeia subjacente estar ativa, esta infraestrutura offchain também precisa de estar disponível para que as aplicações funcionem.
Como obter previsibilidade
Para resolver estas questões, há duas propriedades que o protocolo precisa de satisfazer: regras consistentes de inclusão e ordenação de transações e privacidade das transações antes da confirmação (para uma definição rigorosa destas propriedades e uma discussão alargada, ver https://arxiv.org/abs/2509.23984, especialmente as definições 9 e 11).
Desiderato #1: Resistência à censura
A primeira propriedade pode ser encapsulada por resistência à censura de curto prazo. Um protocolo é resistente à censura de curto prazo se qualquer transação que chegue a um nó honesto for garantidamente incluída no próximo bloco possível:
Resistência à censura de curto prazo: Qualquer transação válida que chegue a um nó honesto a tempo será certamente incluída nesse próximo bloco possível.
Mais precisamente, assumimos que o protocolo opera num relógio fixo, em que cada bloco é produzido em horários definidos, por exemplo, a cada 100 ms. Queremos então a garantia de que, se uma transação chega a um nó honesto em t=250 ms, será incluída no bloco produzido em t=300 ms. Um adversário não deve ter discricionariedade para incluir seletivamente certas transações e deixar outras de fora. O espírito desta definição é que utilizadores e aplicações devem ter uma forma extremamente fiável de registar transações em qualquer momento. Não deve acontecer que um nó, por acaso, deixe cair pacotes, seja por malícia ou por problemas operacionais, e isso provoque que uma negociação não seja registada.
Embora esta definição exija garantias de inclusão para transações que chegam a qualquer nó honesto, na prática o overhead de alcançar isto pode ser demasiado elevado. O aspeto importante é que o protocolo deve ser robusto, de modo que os pontos de entrada onchain se comportem de forma extremamente previsível e fácil de analisar. Um protocolo permissionless com um único líder claramente não satisfaz esta propriedade, porque se o líder for bizantino em determinado momento, não há outra forma de registar uma transação. No entanto, mesmo um conjunto de quatro nós que possam garantir inclusão de transações em cada slot melhora significativamente as opções disponíveis para utilizadores e aplicações. Vale a pena sacrificar algum desempenho por um protocolo que permita, de forma fiável, que as aplicações prosperem. Há mais trabalho a fazer para encontrar o equilíbrio certo entre robustez e desempenho, mas as garantias dos protocolos existentes não são suficientes.
Dado que um protocolo pode garantir inclusão, a ordenação surge quase de forma automática. Os protocolos podem usar qualquer regra de ordenação determinística que desejem para garantir ordenação consistente. A solução mais simples é ordenar por taxa de prioridade ou permitir que as aplicações tenham flexibilidade para ordenar transações que interagem com o seu estado. A forma ótima de ordenar transações permanece como área ativa de investigação, mas, independentemente disso, as regras de ordenação só são relevantes se as transações a ordenar forem registadas.
Desiderato #2: Ocultação
Após a resistência à censura de curto prazo, a próxima propriedade mais importante é que o protocolo ofereça uma forma de privacidade que denominamos ocultação.
Ocultação: Nenhuma parte, exceto o nó a que uma transação é submetida, pode saber qualquer informação sobre essa transação antes de a sua inclusão ser finalizada pelo protocolo.
Um protocolo com ocultação pode permitir que os nós vejam todas as transações submetidas a eles em texto simples, mas exige que o resto do protocolo permaneça cego até que o consenso esteja concluído e a ordem da transação no registo finalizado já esteja determinada. Por exemplo, o protocolo pode usar encriptação com timelock, de modo que todo o conteúdo de um bloco fique oculto até um determinado prazo; ou pode usar encriptação por limiar, de modo que o bloco seja desencriptado quando um comité concorda que está irreversivelmente confirmado.
Isto significa que um nó pode abusar da informação de qualquer transação submetida a ele, mas o resto do protocolo não conhece o conteúdo do que está a consensuar até depois do facto. Quando a informação da transação é revelada ao resto da rede, a transação já foi ordenada e confirmada, pelo que nenhuma outra parte pode antecipar-se. Para que esta definição seja útil, é necessário que múltiplos nós possam registar transações em qualquer slot.
A razão para não adotarmos a noção mais forte, em que apenas o utilizador sabe algo sobre a sua transação antes de ser confirmada (por exemplo, como em mempools encriptados), é que o protocolo precisa de algum passo para atuar como filtro de transações de spam. Se o conteúdo das transações estiver totalmente oculto para toda a rede, esta não tem forma de filtrar transações inúteis das relevantes. A única solução seria revelar algum metadado não oculto, como o endereço do pagador da taxa, que é cobrado independentemente da validade da transação. No entanto, este metadado pode revelar informação suficiente para um adversário tirar proveito. Preferimos, por isso, que um único nó tenha total visibilidade da transação, mas nenhum outro nó na rede tenha qualquer visibilidade. Para que esta propriedade seja útil, é necessário que o utilizador tenha pelo menos um nó honesto como ponto de entrada para registar uma transação em cada slot.
Um protocolo que seja simultaneamente resistente à censura de curto prazo e ofereça ocultação proporciona a base ideal para construir aplicações financeiras. Voltando ao exemplo de tentar realizar um leilão onchain, estas duas propriedades resolvem diretamente as formas como Bob poderia desestabilizar o mercado. Bob não pode censurar a licitação de Alice nem usá-la para informar a sua própria, resolvendo exatamente os problemas 1) e 2) do exemplo anterior. (Para mais detalhes, ver este preprint recente.)
Com resistência à censura de curto prazo, qualquer pessoa que submeta uma transação, seja uma negociação ou uma licitação de leilão, tem garantida a inclusão instantânea. Os criadores de mercado podem mudar as suas ordens; os licitantes podem colocar licitações rapidamente; as liquidações podem ser registadas de forma eficiente. Os utilizadores podem estar certos de que qualquer ação será executada imediatamente. Isto permitirá que a próxima geração de aplicações financeiras de baixa latência, do mundo real, seja construída totalmente onchain. Para que as blockchains possam verdadeiramente competir com — e superar o desempenho da — infraestrutura financeira existente, é necessário resolver muito mais do que apenas o throughput.
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