Adil İşlem Sıralamasının İmkansızlığı ve Blockchain'ler için Çözüm Önerileri

Dağıtık sistemlerde, özellikle Byzantine konsensüsü ve durum makinesi replikasyonu alanında yapılan araştırmalar, uzun yıllardır tutarlılık ve canlılık üzerine odaklanmıştır. Ancak bu özellikler, kötü niyetli aktörlerin işlemlerin sıralamasını değiştirmesini engelleyemez. Bu durum, maksimal çıkarılabilir değer (MEV) olarak bilinen, blok sıralamasındaki ayrıcalıklı rolden faydalanma uygulamalarına yol açmaktadır. Bu manipülasyonlar, kârlı frontrunning, backrunning ve işlemlerin sandwich'lenmesini içerir.

Bu kritik güvenlik açığını gidermek için, işlem sırası adaletliliği, üçüncü bir temel konsensüs özelliği olarak önerilmiştir. Adil sıralama protokolleri, işlemlerin nihai sırasının, geliş zamanları gibi dışsal ve objektif faktörlere bağlı olmasını sağlar. Bu protokoller, blok önericinin işlemleri yeniden sıralama gücünü sınırlayarak, blockchain'leri daha şeffaf, öngörülebilir ve MEV'ye dayanıklı hale getirir.

Condorcet paradoksu, mükemmel bir şekilde Receive-Order-Fairness'in (ROF) elde edilmesinin, eşzamansız ağlarda veya ortak bir saate sahip senkronize ağlarda bile imkansız olduğunu gösterir. Bu paradoks, sosyal tercih teorisiyle bağlantılıdır ve bir grup içindeki farklı tercihlerin tutarsız bir döngü oluşturabileceğini gösterir. Örneğin, bir işlem A, B'den önce, B, C'den önce ve C, A'dan önce gibi görünebilir. Bu durumda, hiçbir tek, tutarlı sıralama, tüm çoğunluk tercihlerini aynı anda karşılayamaz.

Hedera Hashgraph gibi sistemler, ROF'i yaklaştırmaya çalışır, ancak bu yaklaşım manipülasyona açıktır. Tek bir kötü niyetli düğüm, medyanı bozabilir ve işlemlerin sırasını tersine çevirebilir. Bunun yerine, pratik adil sıralama şemaları, Block-Order-Fairness (BOF) veya toplu sipariş adaletliliği gibi daha zayıf adalet tanımlamalarını benimser. BOF, çelişkili işlemleri aynı blok veya toplu işlem içinde gruplandırarak, tüm işlemlerin sıralamasının korunmasını sağlar.

Aequitas protokolleri BOF'u başarılı bir şekilde uygulamış olsa da, iletişim karmaşıklığı ve zayıf canlılık gibi sınırlamalara sahipti. Themis protokolü ise BOF'u daha iyi bir iletişim karmaşıklığı ile uygulamak için Batch Unspooling, Deferred Ordering ve Stronger Intra-Batch Guarantees gibi teknikler kullanır. Bu teknikler, ağın döngülerden etkilenmeden yeni işlemleri işlemeye devam etmesini sağlar. SNARK-Themis'te kullanılan özlü kriptografik ispatlar sayesinde iletişim yükü de azaltılmıştır.

Sonuç olarak, mükemmel adalet kavramı gerçek dağıtık sistemlerde imkansızdır. Aequitas ve Themis gibi protokoller, adalet kavramını yeniden tanımlayarak sipariş bütünlüğünü korumayı hedefler. Gerçek işlem sırası bütünlüğü, itibar, doğrulayıcı güveni veya izin verilen kontrolden değil, protokolün kendisine gömülü kriptografik doğrulamadan kaynaklanmalıdır.