Axient: Canonical Protocol-Graph Composition for Leveraged Event Markets: Single State Authority, Atomic Composition, Durable Sagas, and Exactly-Once Recovery

In de wereld van digitale financiën is een nieuw soort markt ontstaan waar mensen kunnen wedden op de uitkomst van toekomstige gebeurtenissen, van sportuitslagen tot verkiezingsresultaten, waarbij ze geleend geld gebruiken om hun potentiële winsten te vergroten. Dit staat bekend als een gehefde evenementenmarkt (leveraged event market). Stel je een handelaar voor die wil wedden op een specifieke uitkomst, maar niet genoeg contant geld heeft om het volledige risico te dekken. Ze leveren een klein bedrag van hun eigen geld als borg, en een geldschieter voorziet de rest. Als de weddenschap wint, houdt de handelaar de winst; als deze verliest, neemt de geldschieter het verlies. Het systeem moet uiterst precies zijn omdat het om echt geld gaat, complexe regels over wie wanneer wordt uitbetaald, en de noodzaak om duizenden van deze weddenschappen tegelijkertijd te verwerken zonder dat iemand zijn fondsen verliest door een computercatastrofe. De centrale uitdaging bij het bouwen van een dergelijk systeem is ervoor te zorgen dat elk stukje van de financiële puzzel het eens is over de waarheid. Als het deel van de software dat schulden bijhoudt iets anders zegt dan het deel dat de wedstatussen beheert, kan het hele systeem instorten, waardoor beleggers hun geld verliezen en geen manier hebben om het terug te krijgen.

Een onderzoeker heeft een nieuw blauwdruk ontwikkeld voor het bouwen van deze digitale markten, ontworpen om de verwarring te elimineren die ontstaat wanneer verschillende onderdelen van een computerprogramma het oneens zijn. Hun werk richt zich op een concept dat ze een "single source of truth" (één bron van waarheid) noemen. In veel complexe computersystemen houden verschillende modules of programma's misschien hun eigen afzonderlijke lijsten bij van wie wat verschuldigd is, in de hoop dat deze lijsten uiteindelijk overeenkomen. De onderzoeker stelt dat deze aanpak gevaarlijk is. In plaats daarvan stellen zij een systeem voor waarbij elke specifieke soort financiële informatie—zoals het bedrag van de schuld, de status van een weddenschap, of het geld dat in reserve wordt gehouden—op precies één plek wordt opgeslagen, eigendom van één specifieke digitale contract. Geen enkel ander deel van het systeem mag een kopie van die gegevens bezitten of beslissingen nemen op basis van zijn eigen versie van de waarheid. Dit zorgt ervoor dat wanneer een transactie plaatsvindt, deze in één definitieve locatie wordt vastgelegd, en elk ander deel van het systeem naar diezelfde locatie moet kijken om te zien wat er is gebeurd.

De onderzoeker testte dit idee door een volledig, werkend model van een gehefde evenimentenmarkt te bouwen en dit door een reeks van twaalf specifieke scenario's te laten lopen om te zien of het standhield onder druk. Ze wilden bewijzen dat hun ontwerp in staat was om alles te verwerken, van het openen van een nieuwe weddenschap tot het uitbetalen van winsten, en zelfs het herstellen van een systeemcrash, zonder ooit een dubbel record van een financiële gebeurtenis te creëren. In hun tests simuleerden ze een situatie waarin een werkproces, dat de zware taken afhandelt bij het verplaatsen van geld, plotseling stopte met werken en opnieuw opstartte. In een minder veilig systeem zou deze herstart de werker er per ongeluk voor kunnen zorgen dat dezelfde schuld twee keer wordt uitbetaald, denkende dat de eerste poging was mislukt. Echter, in het systeem van de onderzoeker controleerde de werker het officiële, enkele record voordat hij actie ondernam. Het zag dat de schuld al was vereffend en deed simpelweg niets, waardoor het geld precies één keer werd verplaatst, niet meer en niet minder.

Om dit werkend te krijgen, creëerde de onderzoeker een reeks strikte regels die bepalen hoe de verschillende delen van het systeem met elkaar communiceren. Ze ontwierpen een "loss waterfall" (verlieswaterval), wat een specifieke volgorde is waarin geld van verschillende pools wordt genomen om een slechte weddenschap te dekken. Eerst wordt het geld van de specifieke weddenschap gebruikt; als dat niet genoeg is, gaat het systeem naar een reservefonds; als dat nog steeds niet genoeg is, nemen ze van een pool van junior geldschieters; en tot slot nemen ze van senior geldschieters. Deze volgorde is hardgecodeerd in het systeem zodat deze niet kan worden gewijzigd of omzeild. Ze bouwden ook een mechanisme om het hele systeem onmiddellijk te pauzeren als er iets misgaat, maar met een veiligheidsfunctie die voorkomt dat de pauze te snel wordt opgeheven. Alleen een getimede, vooraf goedgekeurde procedure kan het systeem herstarten, wat ervoor zorgt dat een paniekreactie niet leidt tot een gehaaste en gevaarlijke herstart.

De onderzoeker richtte zich ook op het idee van "bewijs" in een digitale zin. Ze creëerden een gedetailleerd logboek, of journaal, dat elke stap die het systeem neemt registreert, van het moment dat een gebruiker op een knop klikt tot de uiteindelijke update van het accountsaldo. Dit logboek is niet alleen een back-up; het is de basis voor het herbouwen van het geheugen van het systeem als het ooit corrupt raakt. Als het systeem crasht, kan een nieuw proces dit logboek lezen en de exacte staat van de markt reconstrueren zonder een andere computer of dienst te hoeven vertrouwen. Dit is cruciaal omdat het betekent dat het systeem niet vertrouwt op een centrale autoriteit om te zeggen wat er is gebeurd; het bewijs is aanwezig in het logboek, en iedereen kan het verifiëren. De onderzoeker liet haar model door twaalf verschillende tests lopen, inclusclusief scenario's waarbij een weddenschap gedeeltelijk was afgewikkeld, waar een conflict ontstond tussen twee stukken bewijs, en waar een gebruiker probeerde geld op te nemen terwijl een verlies nog werd berekend. In elk geval gedroeg het systeem zich exact volgens de regels, waarbij het weigerde geld te verplaatsen tenzij aan alle voorwaarden was voldaan en de officiële records waren bijgewerkt.

Een van de belangrijkste bevindingen was dat het systeem complexe, meerstaps-processen kon afhandelen zonder vast te lopen of fouten te maken. Bijvoorbeeld, wanneer een weddenschap wordt afgewikkeld, moet het systeem eerst het resultaat bevestigen, dan de schuld verminderen, en pas daarna het resterende geld vrijgeven aan de handelaar. Als het systeem probeerde deze stappen apart uit te voeren, zou het geld kunnen vrijgeven voordat de schuld was vereffend. Het ontwerp van de onderzoeker dwingt deze stappen af als een enkele, onbreekbare eenheid. Als een deel van het proces faalt, wordt de gehele eenheid geannuleerd en wordt er geen geld verplaatst. Dit voorkomt dat het systeem in een staat komt waarin het geld verschuldigd is dat het niet heeft, of geld heeft uitgekeerd dat het niet had moeten uitkeren. Ze toonden ook aan dat het systeem kon detecteren wanneer een gebruiker verouderde informatie probeerde te gebruiken, zoals een weddenschap die niet langer geldig was, en dit onmiddellijk afwees zonder de rest van de markt te beïnvloeden.

De onderzoeker was zorgvuldig om op te merken dat hun werk een simulatie was, een gecontroleerde test van de architectuur zelf, en geen live financieel product dat op een publiek netwerk draait. Ze hebben het systeem niet getest met echt geld of echte wereldgebeurtenissen, maar met een zorgvuldig geconstrueerde set regels en gegevens om te zien of de logica standhield. De resultaten toonden aan dat het ontwerp succesvol de creatie van dubbele financiële records voorkwam en een enkel, consistent beeld van de marktstatus in alle componenten behield. Ze ontdekten dat door strikt te beperken wie wat mocht wijzigen, en door ervoor te zorgen dat elke wijziging op een manier werd vastgelegd die onafhankelijk geverifieerd kon worden, ze een systeem konden bouwen dat robuust is tegen fouten en in staat is om te herstellen van storingen zonder gegevens te verliezen.

De studie benadrukte ook het belang van een "manifest", een digitaal document dat elk onderdeel van het systeem, het adres ervan en de regels ervan opsomt. Dit manifest fungeert als een contract tussen de verschillende onderdelen van de software, waardoor wordt gegarandeerd dat ze allemaal werken met dezelfde versie van de code en dezelfde set regels. Als een deel van het systeem probeert een ander adres of een andere regel te gebruiken, wijst het systeem dit onmiddellijk af. Dit voorkomt dat hackers of accidentele fouten een kwaadaardig stuk code introduceren dat fondsen kan stelen of de uitkomst van een weddenschap kan wijzigen. De onderzoeker toonde aan dat deze aanpak gebruikt kan worden om een systeem te creëren waarbij de regels transparant en de uitkomsten voorspelbaar zijn, zelfs in een complexe omgeving met veel verschillende actoren.

Uiteindelijk presenteert het artikel een nieuwe manier van denken over het bouwen van financiële systemen op het internet. In plaats van te proberen elk deel van het systeem perfect en onafhankelijk te maken, richtte de onderzoeker zich op het maken van de verbindingen tussen de delen rigide en ondubbelzinnig. Door ervoor te zorgen dat er slechts één plek is waar de waarheid leeft, en door ervoor te zorgen dat elke actie wordt vastgelegd en verifieerbaar is, creëerden ze een systeem dat moeilijk te breken is en gemakkelijk te vertrouwen. Het werk lost niet alle problemen in digitale financiën op, zoals wat er gebeurt als de bron van de gebeurtenisgegevens onjuist is, maar het lost het probleem op van hoe het geld te beheren zodra de gegevens bekend zijn. Het laat zien dat het met het juiste ontwerp mogelijk is om een digitale markt te bouwen die even betrouwbaar en eerlijk is als een traditionele bank, maar met de snelheid en transparantie van een computerprogramma. De onderzoeker heeft een blauwdruk geleverd voor een systeem dat de complexiteit van moderne financiën kan hanteren zonder de weg kwijt te raken, en biedt een pad vooruit voor het bouwen van veiligere en meer betrouwbare digitale economieën.