तकनीकी सारांश: सर्वसम्मति द्वारा क्रम निर्धारण (Ordering by Unanimity)

1. समस्या विवरण

ब्लॉकचेन अनुप्रयोगों (applications) को सही ढंग से कार्य करने के लिए अक्सर लेनदेन के निष्पादन क्रम (execution order) के संबंध में विशिष्ट प्राथमिकताओं की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, ऑटोमेटेड मार्केट मेकर्स (AMMs) को स्वैप से पहले ऑरेकल मूल्य अपडेट की आवश्यकता होती है, ऑर्डर-बुक एक्सचेंजों को मार्केट ऑर्डर्स से पहले रद्दीकरण (cancellations) को निष्पादित करने की आवश्यकता होती है, और ऑन-चेन नीलामियों (auctions) को उच्चतम से निम्नतम क्रम में बोलियों (bids) को संसाधित करने की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, लेनदेन का क्रम निर्धारण अंतर्निहित ब्लॉकचेन (जैसे, ब्लॉक प्रपोजर्स या प्रायोरिटी फीस के माध्यम से) द्वारा किया जाता है, जो अनुप्रयोग-विशिष्ट आवश्यकताओं के साथ संरेखित नहीं हो सकता है।

क्रम निर्धारण लागू करने वाले मौजूदा समाधान अक्सर कंपोजेबिलिटी (composability) का त्याग करते हैं—जो एक साझा लेजर पर अनुप्रयोगों के स्वतंत्र रूप से परस्पर क्रिया करने की क्षमता है। उदाहरण के लिए, प्रोप-एएमएम (PropAMMs - ऑरेकल-निर्भर AMMs) सोलाना (Solana) पर अपने विशिष्ट क्रम निर्धारण नियमों के कारण व्यवहार्य हैं लेकिन अन्य स्थानों पर उन्हें लागू करना कठिन है; हाइपरलिक्विड (Hyperliquid) जैसे एक्सचेंजों ने अपने क्रम निर्धारण तर्क को सुरक्षित करने के लिए अलग श्रृंखलाएं (isolated chains) बनाई हैं; और रोलअप्स (rollups) केवल बेस लेयर से लेनदेन को अलग करके ही क्रम नियंत्रण प्राप्त करते हैं। यह शोध पत्र इस चुनौती का समाधान करता है कि कैसे ब्लॉकचेन को खंडित किए बिना या कंपोजेबिलिटी का त्याग किए बिना अनुप्रयोगों को अनुक्रमण अधिकार (sequencing rights) प्रदान किए जा जाएं।

2. कार्यप्रणाली: सर्वसम्मति ओवरराइड (Unanimity Override)

शोध पत्र एक प्रोटोकॉल-स्तरीय क्रम निर्धारण नियम प्रस्तावित करता है जिसे सर्वसम्मति ओवरराइड (unanimity override) कहा जाता है। मूल अंतर्ज्ञान यह है कि यदि लेनदेन के एक जोड़े में शामिल सभी अनुप्रयोग उनके सापेक्ष क्रम पर सहमत होते हैं, तो प्रोटोकॉल को उस सहमति का सम्मान करना चाहिए। यदि अनुप्रयोग असहमत हैं या यदि परिणामी प्राथमिकताएं एक चक्र (cycle) बनाती हैं, तो एक फॉलबैक तंत्र संघर्ष को हल करता है।

तंत्र (The Mechanism)

एल्गोरिदम दो प्राथमिक चरणों में कार्य करता है:

1. सर्वसम्मति संबंध ($\succ_u$): एक निर्देशित संबंध (directed relation) बनाया जाता है जहाँ $x_i \succ_u x_j$ तभी होता है जब प्रत्येक अनुप्रयोग जो $x_i$ और $x_j$ दोनों के साथ इंटरैक्ट करता है, $x_i$ को $x_j$ से ऊपर रखता है, और कम से कम एक अनुप्रयोग $x_i$ को सख्ती से प्राथमिकता देता है।

   • यह संबंध आम तौर पर अपूर्ण (कुछ जोड़े अन-रैंक्ड होते हैं) और गैर-संक्रामक (non-transitive) होता है (चक्र बन सकते हैं)।
   • चक्र विशेष रूप से तब उत्पन्न होते हैं जब लेनदेन कई "मतदर्शी" (opinionated) अनुप्रयोगों (ऐसे अनुप्रयोग जिन्होंने सख्त प्राथमिकता व्यक्त की है) के साथ इंटरैक्ट करते हैं।

2. चक्र तोड़ना (Cycle Breaking - Fallback): एक पूर्ण निष्पादन क्रम (total execution order) प्राप्त करने के लिए, प्रोटोकॉल को चक्रों को तोड़ना होगा। शोध पत्र एक डिमोशन (demotion) नियम पेश करता है:

   • चक्रीय घटक (Cyclic Components): एल्गोरिदम सर्वसम्मति ग्राफ में अधिकतम स्ट्रॉन्गली कनेक्टेड कंपोनेंट्स (cycles) की पहचान करता है।
   • डिमोशन: एक चक्रीय घटक के भीतर, नियम लेनदेन के एक सेट को "डिमोट" (नीचे गिराने) के लिए चुनता है। महत्वपूर्ण रूप से, केवल मल्टी-ओपिनियन लेनदेन (वे जो $\ge 2$ मतदर्शी अनुप्रयोगों के साथ इंटरैक्ट करते हैं) ही डिमोशन के लिए पात्र हैं।
   • चयन तर्क (Selection Logic): फॉलबैक पुनरावृत्ति (iteratively) के माध्यम से उस मल्टी-ओपिनियन लेनदेन को डिमोट करता है जिसका "डिफ़ॉल्ट ऑर्डर" मान (जैसे, सबसे कम प्रायोरिटी फीस) सबसे कम है, जब तक कि घटक अचक्रीय (acyclic) न हो जाए।
   • रिपेयर्ड रिलेशन ($\tilde{\succ}_u$): डिमोट किए गए लेनदेन को चक्र के भीतर सर्वसम्मति तुलनाओं से हटा दिया जाता है और उस घटक के सभी गैर-डिमोटेड लेनदेन के नीचे रखा जाता है। उनका सापेक्ष क्रम डिफ़ॉल्ट ऑर्डर द्वारा निर्धारित किया जाता है।
   • पूर्णता (Completion): परिणामी अचक्रीय आंशिक क्रम (acyclic partial order) को रिवर्स-कान (reverse-Kahn) टोपोलॉजिकल सॉर्ट का उपयोग करके, एक पूर्ण निष्पादन क्रम ($\succ_e$) में विस्तारित किया जाता है, जिसमें परतों के भीतर टाई-ब्रेक के लिए डिफ़ॉल्ट ऑर्डर का उपयोग किया जाता है।

3. थ्रेट मॉडल (Threat Model)

विश्लेषण एक मजबूत सेंसरशिप प्रतिरोध (लेनदेन को रोका नहीं जा सकता) को मानता है। हमलावर को एक ऐसे खिलाड़ी के रूप में मॉडल किया गया है जो:

• मनमानी प्राथमिकताओं के साथ नए अनुप्रयोग तैनात कर सकता है।
• विशिष्ट विशेषताओं (जैसे, शुल्क, लक्षित अनुप्रयोग) के साथ ब्लॉक में लेनदेन इंजेक्ट कर सकता है।
• सबसे खराब स्थिति के परिदृश्य में (जैसे, ब्लॉक प्रपोजर के रूप में कार्य करते हुए) डिफ़ॉल्ट ऑर्डर ($U_d$) को नियंत्रित कर सकता है।
• हमलावर ईमानदार लेनदेन को संशोधित नहीं कर सकता या मौजूदा ईमानदार अनुप्रयोगों की प्राथमिकताओं को बदल नहीं सकता है।

4. मुख्य परिणाम और गारंटी

शोध पत्र दो प्राथमिक गारंटियाँ निकालता है जो किसी भी व्यवहार्य हमलावर रणनीति के विरुद्ध लागू होती हैं, जिसमें डिफ़ॉल्ट ऑर्डर को नियंत्रित करने वाला हमलावर भी शामिल है:

गारंटी 1: सिंगल-ओपिनियन गारंटी (The Single-Opinion Guarantee)

यदि एक लेनदेन $x$ ठीक एक मतदर्शी अनुप्रयोग के साथ इंटरैक्ट करता है (एक सिंगल-ओपिनियन लेनदेन), और वह अनुप्रयोग $x$ को दूसरे लेनदेन $y$ (जो अन्य अनुप्रयोगों के साथ इंटरैक्ट कर सकता है) से सख्ती से ऊपर रखता है, तो $x$ का निष्पादन $y$ से पहले होगा।

• तर्क: चूंकि $x$ सिंगल-ओपिनियन है, इसलिए कोई अन्य अनुप्रयोग $(x, y)$ जोड़ी पर प्राथमिकता व्यक्त नहीं कर सकता। अतः, सर्वसम्मति रैंकिंग एकल अनुप्रयोग की प्राथमिकता के अनुरूप होती है। क्योंकि फॉलबैक नियम कभी भी सिंगल-ओपिनियन लेनदेन को डिमोट नहीं करता है, यह प्राथमिकता अंतिम निष्पादन क्रम में सुरक्षित रहती है।
• महत्व: यह आइसोलेटेड रोलअप्स की गारंटी को बेस लेयर तक विस्तारित करता है। अनुप्रयोग अपने महत्वपूर्ण लेनदेन (जैसे, ऑरेकल अपडेट या रद्दीकरण) को सुरक्षित कर सकते हैं, यह सुनिश्चित करके कि वे केवल उस विशिष्ट अनुप्रयोग के साथ इंटरैक्ट करें, भले ही लेनदेन के अन्य हिस्से गैर-ओपिनियटेड कॉन्ट्रैक्ट्स को छूते हों।

गारंटी 2: गेटेड रीजन गारंटी (The Gated Region Guarantee)

लेनदेन का एक सेट $X^*$ मौजूद है, जिसे गेटेड रीजन कहा जाता है, जो पुन: क्रम निर्धारण (reordering) से सुरक्षित है। एक लेनदेन $X^*$ का सदस्य तब होता है जब:

1. $X^*$ के बाहर का कोई भी लेनदेन (चाहे पूर्व-मौजूद हो या हमलावर द्वारा इंजेक्ट किया गया हो) उसे सर्वसम्मति से ऊपर रैंक नहीं कर सकता।
2. $X^*$ के भीतर सीमित सर्वसम्मति संबंधों का सबग्राफ अचक्रीय (acyclic) है।

• परिणाम: $X^*$ का कोई भी सदस्य कभी डिमोट नहीं किया जाता है। फलस्वरूप, यदि $X^*$ का एक लेनदेन दूसरे से सर्वसम्मति से ऊपर रैंक किया जाता है, तो वह पहले निष्पादित होता है, चाहे हमलावर के पास लेनदेन इंजेक्ट करने या डिफ़ॉल्ट ऑर्डर को नियंत्रित करने की कितनी भी क्षमता क्यों न हो।
• अनुप्रयोग: यह निर्दिष्ट पतों से ऑरेकल अपडेट या उन रद्दीकरणों को सुरक्षित करता है जिन्हें सभी प्रासंगिक बाजारों द्वारा उच्चतम रैंक दी गई है, बशर्ते कि "गेट" (वे लेनदेन जो उन्हें आउट-रैंक कर सकते हैं) को हमलावर द्वारा भेदा न जा सके।

भेद्यता: मल्टी-ओपिनियन लेनदेन (Vulnerability: Multi-Opinion Transactions)

शोध पत्र पहचान करता है कि मल्टी-ओपिनियन लेनदेन ( $\ge 2$ मतदर्शी अनुप्रयोगों के साथ इंटरैक्ट करने वाले) ही पुन: क्रम निर्धारण हमलों के प्रति असुरक्षित हैं। एक हमलावर लक्षित मल्टी-ओपिनियन लेनदेन के साथ एक चक्र बना सकता है और लक्षित लेनदेन को डिमोट करने के लिए फॉलबैक को मजबूर करने हेतु लेनदेन इंजेक्ट कर सकता है। हालांकि, शोध पत्र नोट करता है कि यदि लक्ष्य एक सिंगल-ओपिनियन लेनदेन है, तो ऐसा हमला असंभव है।

5. बेंचमार्क के साथ तुलना

• हमलावर-नियंत्रित डिफ़ॉल्ट ऑर्डर बनाम: सर्वसम्मति ओवरराइड, उस प्रणाली की तुलना में परिवर्तनीय लेनदेन जोड़ों के सेट को सख्ती से कम करता है जहाँ हमलावर का ब्लॉक ऑर्डर पर पूर्ण नियंत्रण होता है।
• प्रायोरिटी-फी (Priority-Fee) ऑर्डरिंग बनाम: तुलना सूक्ष्म है। सर्वसम्मति ओवरराइड फीस के बावजूद सिंगल-ओपिनियन और गेटेड लेनदेन की रक्षा करता है। हालांकि, असुरक्षित मल्टी-ओपिनियन लेनदेन के लिए, हमले की लागत (जैसे, फ्रंट-रनिंग) चक्र की विशिष्ट टोपोलॉजी और शुल्क संरचना के आधार पर अधिक या कम हो सकती है। शोध पत्र नोट करता है कि शुद्ध प्रायोरिटी-फी ऑर्डरिंग के तहत संभव नहीं, लेकिन सर्वसम्मति ओवरराइड के तहत ग्रीफिंग हमले (प्रतिद्वंद्वी को नुकसान पहुँचाने के लिए ईमानदार लेनदेन को पुन: क्रमबद्ध करना) संभव हैं।

6. महत्व और दायरा

शोध पत्र दावा करता है कि यह एक ऐसा तंत्र प्रदान करता है जो कंपोजेबिलिटी का त्याग किए बिना ब्लॉकचेन पर अनुप्रयोग डिजाइन स्पेस का विस्तार करता है।

• गारंटी का संरक्षण: यह अनुप्रयोगों को (जैसे, स्वैप से पहले ऑरेकल अपडेट या ट्रेड से पहले रद्दीकरण) अलग श्रृंखलाओं या रोलअप्स पर आइसोलेशन की आवश्यकता के बिना अपनी प्राथमिकता क्रम निर्धारण को लागू करने की अनुमति देता है।
• प्रोत्साहन संरेखण (Incentive Alignment): तंत्र प्रेषकों (senders) को पहले ही बता देता है कि कौन से लेनदेन सुरक्षित हैं। उदाहरण के लिए, एक ऑन-चेन नीलामी में, बोली लगाने वालों को अपनी बोलियों को सिंगल-ओपिनियन लेनदेन के रूप में रखने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है ताकि वे डिमोट न हों, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि नीलामी इच्छित रूप से कार्य करे।
• सैद्धांतिक योगदान: यह कार्य लेनदेन के क्रम निर्धारण को सोशल चॉइस थ्योरी (social choice theory) से जोड़ता है। यह स्वीकार करता है कि सर्वसम्मति संबंध गैर-संक्रामक है (एरो के इम्पॉसिबिलिटी थ्योरम का एक परिणाम) और एक विशिष्ट परेटियन एग्रीगेशन नियम (Paretian aggregation rule) प्रस्तावित करता है जो एक पूर्ण, अचक्रीय निष्पादन क्रम प्राप्त करने के लिए "स्वतंत्रता के अप्रासंगिक विकल्पों" (independence of irrelevant alternatives) का त्याग करता है।

शोध पत्र यह नोट करते हुए समाप्त करता है कि "इंटरैक्शन सेट्स" (एक लेनदेन किन अनुप्रयोगों को छूता है) की परिभाषा एक व्यावहारिक चुनौती है। यह घोषित इंटरैक्शन (सत्यापित करने में आसान, लेकिन संभावित रूप से मल्टी-ओपिनियन स्थिति को बढ़ाकर दिखाना) और वास्तविक इंटरैक्शन (मजबूत गारंटी, लेकिन निरंतरता के लिए फिक्स्ड-पॉइंट समाधान की आवश्यकता) के बीच ट्रेड-ऑफ पर चर्चा करता है। वर्तमान विश्लेषण यह मानता है कि इंटरैक्शन सेट्स दिए गए हैं।