Resumo Técnico: Ordenação por Unanimidade

1. Definição do Problema

Aplicações de blockchain frequentemente possuem preferências específicas em relação à ordem de execução das transações para funcionarem corretamente. Exemplos incluem market makers automatizados (AMMs) que exigem que atualizações de preços de oráculos precedam swaps, exchanges de livro de ordens (order-book) que precisam que cancelamentos sejam executados antes de ordens de mercado, e leilões on-chain que exigem que os lances sejam processados do mais alto para o mais baixo. Atualmente, a ordenação de transações é determinada pela blockchain subjacente (por exemplo, via propositores de blocos ou taxas de prioridade), o que pode não estar alinhado com esses requisitos específicos das aplicações.

Soluções existentes para impor a ordenação muitas vezes sacrificam a composibilidade — a capacidade de as aplicações interagirem livremente em um registro compartilhado. Por exemplo, PropAMMs (AMMs dependentes de oráculo) são viáveis na Solana devido às suas regras de ordenação específicas, mas difíceis de implementar em outros lugares; exchanges como a Hyperliquid criaram cadeias isoladas para assegurar sua lógica de ordenação; e rollups alcançam controle de ordenação apenas ao isolar transações da camada base. Este artigo aborda o desafio de conceder direitos de sequenciamento às aplicações sem fragmentar a blockchain ou sacrificar a composibilidade.

2. Metodologia: Sobrescrita por Unanimidade (Unanimity Override)

O artigo propõe uma regra de ordenação ao nível do protocolo chamada sobre書きta por unanimidade (unanimity override). A intuição central é que, se todas as aplicações envolvidas em um par de transações concordarem com sua ordem relativa, o protocolo deve respeitar esse acordo. Se as aplicações discordarem ou se as preferências resultantes formarem um ciclo, um mecanismo de fallback resolve o conflito.

O Mecanismo

O algoritmo opera em duas etapas primárias:

1. Relação de Unanimidade ($\succ_u$): Uma relação direcionada é construída onde uma transação $x_i \succ_u x_j$ se, e somente se, toda aplicação que interage com ambos $x_i$ e $x_j$ classifica $x_i$ acima de $x_j$, e pelo menos uma aplicação prefere estritamente $x_i$ acima de $x_j$.

   • Esta relação é geralmente incompleta (alguns pares não são classificados) e não transitiva (ciclos podem se formar).
   • Ciclos surgem especificamente quando transações interagem com múltiplas aplicações "opinativas" (aplicações que expressaram preferências estritas).

2. Quebra de Ciclo (Fallback): Para recuperar uma ordem de execução total, o protocolo deve quebrar ciclos. O artigo introduz uma regra de rebaixamento (demotion):

   • Componentes Cíclicos: O algoritmo identifica componentes fortemente conexos maximais (ciclos) no grafo de unanimidade.
   • Rebaixamento: Dentro de um componente cíclico, a regra seleciona um conjunto de transações para serem "rebaixadas". Crucialmente, apenas transações de múltipla opinião (aquelas que interagem com $\ge 2$ aplicações opinativas) são elegíveis para o rebaixamento.
   • Lógica de Seleção: O fallback rebaixa iterativamente a transação de múltipla opinião com o menor valor de "ordem padrão" (ex: menor taxa de prioridade) até que o componente se torne acíclico.
   • Relação Reparada ($\tilde{\succ}_u$): As transações rebaixadas são removidas das comparações de unanimidade dentro do ciclo e colocadas abaixo de todas as transações não rebaixadas naquele componente. Sua ordem relativa é determinada pela ordem padrão.
   • Conclusão: A ordem parcial acíclica resultante é estendida para uma ordem de execução total ($\succ_e$) usando um algoritmo de ordenação topológica de Kahn reversa, utilizando a ordem padrão para desempate dentro das camadas.

3. Modelo de Ameaça

A análise assume uma forma forte de resistência à censura (as transações não podem ser retidas). O atacante é modelado como um jogador que pode:

• Implantar novas aplicações com preferências arbitrárias.
• Injetar transações no bloco com atributos específicos (ex: taxa, aplicação alvo).
• Controlar a ordem padrão ($U_d$) no pior cenário possível (ex: atuando como o propositor do bloco).
• O atacante não pode modificar transações honestas ou alterar as preferências das aplicações honestas existentes.

4. Principais Resultados e Garantias

O artigo deriva duas garantias primárias que se mantêm contra qualquer estratégia de atacante viável, incluindo aqueles que controlam a ordem padrão:

Garantia 1: A Garantia de Opinião Única

Se uma transação $x$ interage com exatamente uma aplicação opinativa (uma transação de opinião única), e essa aplicação prefere estritamente $x$ sobre outra transação $y$ (que pode interagir com outras aplicações), então $x$ será executada antes de $y$.

• Raciocínio: Como $x$ é de opinião única, nenhuma outra aplicação pode expressar uma preferência sobre o par $(x, y)$. Assim, a classificação de unanimidade coincide com a preferência daquela aplicação específica. Como a regra de fallback nunca rebaixa transações de opinião única, essa preferência é preservada na ordem de execução final.
• Significância: Isso estende as garantias de rollups isolados para a camada base. Aplicações podem assegurar suas transações críticas (como atualizações de oráculo ou cancelamentos) garantindo que interajam apenas com aquela aplicação específica, mesmo que outras partes da transação toquem contratos não opinativos.

Garantia 2: A Garantia da Região Protegida (Gated Region)

Existe um conjunto de transações, $X^*$, denominado a região protegida (gated region), que é protegida contra reordenação. Uma transação pertence a $X^*$ se:

1. Nenhuma transação fora de $X^*$ (seja pré-existente ou injetável pelo atacante) pode ser unanimemente classificada acima dela.
2. O subgrafo de relações de unanimidade restrito a $X^*$ é acíclico.

• Resultado: Nenhum membro de $X^*$ é jamais rebaixado. Consequentemente, se uma transação em $X^*$ é unanimemente classificada acima de outra, ela executa primeiro, independentemente da capacidade do atacante de injetar transações ou controlar a ordem padrão.
• Aplicação: Isso protege transações como atualizações de oráculo de endereços designados ou cancelamentos que são classificados como mais altos por todos os mercados relevantes, desde que o "portão" (o conjunto de transações que poderiam superar o ranking deles) não possa ser rompido pelo atacante.

Vulnerabilidade: Transações de Múltipla Opinião

O artigo identifica que transações de múltipla opinião (que interagem com $\ge 2$ aplicações opinativas) são as únicas vulneráveis a ataques de reordenação. Um atacante pode construir um ciclo envolvendo uma transação de múltipla opinião alvo e injetar transações para forçar o fallback a rebaixá-la. No entanto, o artigo observa que se o alvo for uma transação de opinião única, tal ataque é impossível.

5. Comparação com Referenciais

• Vs. Ordem Padrão Controlada pelo Atacante: A sobrescrita por unanimidade reduz estritamente o conjunto de pares de transações reversíveis em comparação com um sistema onde o atacante tem controle total sobre a ordem do bloco.
• Vs. Ordenação por Taxa de Prioridade: A comparação é sutil. A sobrescrita por unanimidade protege transações de opinião única e transações da região protegida, independentemente das taxas. Contudo, para transações de múltipla opinião não protegidas, o custo de um ataque (ex: front-running) pode ser maior ou menor dependendo da topologia específica do ciclo e da estrutura de taxas. O artigo nota que ataques de griefing (reordenar transações honestas para prejudicar um competidor) são possíveis sob a sobrescrita por unanimidade, mas impossíveis sob a pura ordenação por taxa de prioridade.

6. Significância e Escopo

O artigo afirma fornecer um mecanismo que expande o espaço de design de aplicações em blockchains sem sacrificar a composibilidade.

• Preservação de Garantias: Permite que aplicações imponham preferências de ordenação (como atualizações de oráculo antes de swaps ou cancelamentos antes de negociações) sem exigir isolamento em cadeias ou rollups separados.
• Alinhamento de Incentivos: O mecanismo informa aos remetentes antecipadamente quais transações são seguras. Por exemplo, em um leilão on-chain, os licitantes são incentivados a manter seus lances como transações de opinião única para garantir que não sejam rebaixados, assegurando assim que o leilão funcione conforme pretendido.
• Contribuição Teórica: O trabalho conecta a ordenação de transações à teoria da escolha social. Ele reconhece que a relação de unanimidade é não transitiva (uma consequência do Teorema da Impossibilidade de Arrow) e propõe uma regra de agregação paretiana específica que sacrifica a "independência de alternativas irrelevantes" para alcançar uma ordem de execução completa e acíclica.

O artigo conclui observando que a definição de "conjuntos de interação" (quais aplicações uma transação toca) é um desafio prático. Discute-se o compromisso entre usar interações declaradas (mais fáceis de verificar, mas potencialmente superestimando o status de múltipla opinião) e interações reais (garantias mais fortes, mas exigindo uma solução de ponto fixo para consistência). A análise atual assume que os conjuntos de interação são fornecidos.