a16z: ブロックチェーンのメカニズム設計における 8 つの課題

タイトル: 「ブロックチェーンのメカニズム設計が難しい 8 つの理由」

著者: Tim RoughGarden、A16z 暗号研究者

編集: 0xxz、Gold Financial

の研究現実の世界で起こる問題は、うまく解決された問題をうまく隠しているだけだということを、現場で学べます。たとえば、私がアルゴリズムの基礎を教えるとき、生徒は最短経路の計算や線形計画法に帰着する問題を特定する方法を学びます。

このようなパターンマッチングは、望ましい結果を達成するためにインセンティブを利用する「逆ゲーム理論」でもあります。メカニズム設計から得られるツールと教訓は、オークション理論、市場設計、社会的選択理論において特に役立ちます。

Crypto と web3 は機械設計上の問題が山積しています。多くの問題は、教科書の内容を適用し、古い考えに新しいひねりを加えることで解決できると考える人もいるかもしれません。ただし、パーミッションレス ブロックチェーン プロトコル特有の課題と制限により、解決したかに見える問題の基本原則の再考が必要になることがよくあります。これにより、web3 のメカニズムの設計が複雑になります。しかし、これらの課題こそが、Web3 メカニズムの設計を非常に魅力的なものにしているのです。

この記事では、Web3 メカニズムの設計が直面する課題のいくつかを検討します。これらの課題は暗号ネイティブのユーザーにはよく知られたものかもしれませんが、メカニズムの設計をより深く理解することで、すべての構築者に、これらの問題の解決がなぜそれほど難しいのかについて新たな視点が得られるはずです。メカニズム設計者にとって、新しいアプリケーションを検討している場合は、パーミッションレス環境によってもたらされる課題に興味があるかもしれません。

しかし、まず知っておく必要があるのは、機構設計とは何なのかということです。

機構設計分野の形成は、コロンビア大学の経済学者で後にノーベル賞受賞者となるウィリアム・ヴィックリーがセカンドプライスシールオークション方式を正式に提案した少なくとも1961年まで遡ることができます。このオークション方法は、作家ヨハン・ヴォルフガング・フォン・ゲーテが叙事詩「ヘルマンとドロテア」の原稿を販売した1797年にすでに使用されており、19世紀には切手収集家によって広く使用されていましたが、ヴィックリーによって正式に提案されたのは1961年になってからでした。現在では「ヴィックリー オークション」と呼ばれることが多いです。ビッカリー オークション モデルでは、最高額の入札者が落札しますが、支払い額は 2 番目に高い入札者になります。このタイプのオークションは、入札者間の真の好みを刺激し、最高の見積もりでロットを提供します。

ヴィックリー オークションは、現実世界に適用されたエレガントで効率的なデザインで、新しい状況に適応して更新され、実践が理論に影響を与えたり、その逆も行われます。ヴィッカリー オークションと同様、正式な学問としてのメカニズム デザインの歴史は理論と実践が絡み合った歴史であり、奥深く美しいものです。

戦略的相互作用の次元を確立し、行動の最も合理的な結果を探求するゲーム理論とは対照的に、メカニズム設計の分野はゲームから始まるのではなく、望ましい結果から始まります。メカニズム設計の目的は、望ましい結果 (おそらく効率、公平性、または特定の動作によって特徴付けられる) のバランスがとれるように、何らかの形式のゲームをリバース エンジニアリングすることです。 Vickery オークションの場合、最終的な目標は、参加者にペナルティを課すことなく、支払ってもよい最大金額を支払うよう誘導することです。

Web3 には機構設計の応用機会が数多くあります。たとえば、ブロックチェーン プロトコルは、プロトコルの参加者が (期待される動作から逸脱することなく) 誠実に動作するという結果を達成したい場合があります。あるいは、プロトコルは、ブロックスペースを最も価値のあるトランザクションに効率的に割り当てるために、トランザクション値に関する正確な情報を取得したい場合があります。

このようなメカニズム設計の問題は常に困難ですが、ブロックチェーン環境ではその課題はさらに独特です。

1. 信頼の欠如

メカニズムを実行する信頼できる当事者がいない場合、ブロックチェーン分野の設計はより困難になります。

パーミッションレス ブロックチェーン プロトコルを使用する最大のポイントは、1 つのエンティティや個人を信頼する必要はなく、プロトコルを実行している十分なノードが誠実であるという「平均レベル」の信頼を仮定するだけでよいということです。

しかし、多くのブロックチェーンアーキテクチャの皮肉なことに、プロトコルによって維持される仮想マシンで実行されるチェーン履歴に追加されるトランザクションのすべてのバッチは、単一ノードによる一方的な決定の結果であるということです。

このノードを信頼できるかどうかわかりません。

これが、ブロックチェーン分野でヴィッカリーオークションがめったに見られない理由です。 Vickery オークションを単純に実装すると、信頼できないブロック プロデューサーによる操作の問題がすぐに発生します。問題は、ブロックプロデューサーが、すぐに勝者になる入札額よりわずかに低い「シル入札」の偽の入札を作成し、その結果、勝者に（本当の2番目に高い入札額ではなく）入札額のほぼ全額を支払うよう強制できることです。 。

信頼できないブロックプロデューサーからの偽入札により、実質的に Vickery Auctions はファーストプライス オークション モードに戻りました。これが、web3 でファーストプライス オークションが非常に一般的になっている理由の 1 つです。 (「信頼できるメカニズム」に関する従来のメカニズム設計文献の最新の分野でも、信頼できないオークション開催者のオークション設計が考慮されていますが、別の観点からです。)

2. 時には共謀が存在します

ブロックチェーンのメカニズム 設計のもう 1 つの理由問題は、ブロックチェーン参加者間の共謀の可能性です。たとえば、セカンドプライス オークションでは、補償金の支払いと簡単に共謀する可能性があります。考え方は単純です。落札者は 2 番目に高い入札額を支払うため、入札者は 2 番目に高い入札者に賄賂を渡して、さらに安く入札できるのです。

機構設計に関する学術文献では、この問題についてはあまり心配されていません。その理由の 1 つは、共謀、特に賠償金の支払いに関する共謀が現実の世界では実現するのが難しいことであると考えられます。共謀後、勝者は賄賂の支払いを拒否できるため、信頼できる賠償金を得ることが困難になります。 (諺にあるように、「泥棒に正義はない」。)

しかし、ブロックチェーンの文脈では、潜在的な共謀者は多くの場合、スマートコントラクトを使用して、共謀が実際に機能するための信頼できるコミットメントを提供できます。 2つ目の理由は、賠償金の談合を阻止する仕組み、つまり見積書のみを提示する「価格開示」の仕組みが欠如していることだ。

さらに悪いことに、プロトコルユーザー同士だけでなく、（信頼できない）ブロックプロデューサーとも共謀する可能性があります（現実世界のオークションにおける入札者と競売人の間の共謀に相当します）。

この最後の種類の共謀への抵抗は、イーサリアムの EIP-1559 取引手数料メカニズムで取引手数料を燃やす主な動機の 1 つです。 「バーン」（またはブロックプロデューサーからこれらの収益を差し控える）を行わなければ、ブロックプロデューサーとエンドユーザーは補償金の支払いを通じて共謀し、メカニズムが課そうとする予約価格を逃れることができます。

3. 法の支配だけに頼ることはできません

共謀の問題は明らかに新しい問題ではありません。この問題は何世紀にもわたって現実のメカニックを悩ませてきましたが、メカニズム設計の文献を見てみると、その問題がほとんど取り上げられていないことに驚くかもしれません。この文献は、メカニズムを一方的に操作しようとする個々の主体の動機を正面から扱っていますが、一般に、問題は「法の支配」というまだ予期されていない概念に委ねられています。たとえば、このメカニズムの参加者は、共謀しないことを規定する法的契約に署名する場合があります。共謀が発覚した場合は、法的手段に訴えさせていただきます。メカニズムの設計者は、共謀を比較的簡単に検出できるメカニズムを作成することで役立ちます。

機構設計文献の多くには、法の支配への依存という暗黙の秘密があります。パーミッションレス ブロックチェーン プロトコルの領域に法の支配が存在しないとは言えませんが、法執行機関がパーミッションレス ブロックチェーン上で犯罪をうまく訴追しているのをよく見かけますが、法の支配の程度は従来のメカニズム設計アプリケーションに比べてはるかに一般的ではありません。 。

メカニズムの外側で法の支配に頼ることができない場合、メカニズム内で問題を解決するのは設計者の責任です。このアプローチは、ブロックチェーン分野のメカニズム設計の決定において広く普及しています。特にイーサリアムプロトコルでは、EIP-1559による基本料金収入の焼き払いから、コンセンサスプロトコルで不正行為を行ったバリデーターの切り捨てまで、例が豊富にあります。

4. より広い設計スペース

Web3 の設計スペースは、メカニズム設計者が慣れているものよりも広いです。したがって、設計者は与えられた問題を再考する必要があります。たとえば、多くのメカニズムには、従来のメカニズム設計アプリケーションでは米ドルなどの法定通貨で行われる支払いが含まれます。多くのブロックチェーン プロトコルには独自のネイティブ通貨があり、プロトコル内のメカニズムはこれらの通貨を操作できます。

あなたが従来のメカニズム設計についての記事を書いた場合、そのメカニズムの説明の一部が「大量の新しい通貨を印刷して、参加者のグループに配布する」であると想像してください。ブロックチェーンの文脈を超えて見ると、これはばかげています。しかし、ブロックチェーン プロトコルのコンテキストでメカニズムの設計について話す場合、それは間違いなく可能です。プロトコルは通貨を制御するため、プロトコルの仕組みの一部でトークンを鋳造したり、トークンを焼いたりすることができます。

これは、自国の通貨がなければ不可能だったいくつかのデザインが可能になることを意味します。たとえば、ビットコインマイナーが意図したとおりにプロトコルを実行するようにインセンティブを与えるにはどうすればよいでしょうか?新しいコイン (ビットコイン) を印刷するというインフレ報酬を通じて、これらのブロック生産者にインセンティブを与えます。自国の通貨がなければ、このようなデザインは不可能でしょう。

5. ネイティブ通貨は他の問題を引き起こす可能性があります

前の理由は、ネイティブ通貨の力を強調しています。ネイティブ通貨を使用してできることは 2 つあります。それは、「鋳造」 (採掘者にインセンティブを与えるためにビットコイン プロトコルが新しいビットコインを鋳造する方法) と「トークンの燃焼」 (イーサリアムの EIP-1559 取引手数料メカニズムが共謀を防ぐために ETH を燃焼する方法) です。ネイティブ通貨には、従来のメカニズム設計には存在しない危険性が潜んでいます。つまり、ミクロ経済的な設計上の決定がマクロ経済的な影響を与える可能性があります。

従来のメカニズム設計では、マクロ経済の力を心配する必要はありません。従来の入札は米国のマネーサプライやインフレ率に大きな影響を与えていない。これは、Web3 デザインの世界におけるまったく新しい挑戦です。何が問題になる可能性がありますか? 2 つの例をお話しましょう。1 つはビットコインの鋳造に関するもので、もう 1 つは ETH の燃焼に関するものです。

新しいコインを印刷することでマイナーにインセンティブを与えるブロック報酬の使用により、ビットコインはインフレを余儀なくされています。したがって、インフレ率とそれが時間の経過とともにどのように変化するかを決定する、対応する金融政策も必要です。サトシ・ナカモトはまた、ハード供給の上限を2,100万ビットコインに設定しました。ビットコインの数にはハードキャップがあるため、インフレ率はゼロに近づく必要があります。

インフレ率が本当にゼロである場合、マイナーがプロトコルの実行を継続し、ビットコインにセキュリティを提供するようにインセンティブを与えるには何を使用する必要がありますか?不足しているブロック報酬を取引手数料で補うことが期待されていますが、その可能性はかなり低いです。取引手数料がゼロに近づくと、ビットコインプロトコルは重大なセキュリティ問題に悩まされることが知られています。

プリンストン大学のコンピューター科学者、マイルズ・カールストン、ハリー・カロドナー、マシュー・ワインバーグ、アルビンド・ナラヤナンは、記事の中で取引手数料とブロック報酬の別の違いを指摘しました。ブロック報酬はすべてのブロックで同じですが（少なくとも連続する 2 つのブロック報酬「半減」の間）、トランザクション手数料は桁違いに変動する可能性があり、その結果、プロトコルに新たなゲーム理論上の不安定性が生じます。この意味で、供給上限を修正するというマクロ経済的な決定は、議定書とその参加者にとってミクロ経済的にマイナスの影響を及ぼします。

ブロック報酬の鋳造がビットコインのインフレ要因であったのと同じように、EIP-1559の取引手数料の燃焼はイーサリアムのデフレ要因です。イーサリアムプロトコル（インフレバリデーター報酬を使用します）では、これら 2 つの勢力の間に綱引きがあり、デフレが勝つことがよくあります。 ETHは現在、純デフレ通貨となっており、これはプロトコルの取引手数料メカニズムにおけるミクロ経済学に基づいた設計決定のマクロ経済的帰結です。

デフレはイーサリアムプロトコルにとって良いことですか、それとも悪いことですか? ETH保有者はデフレを好みます。他のすべてが同じであれば、時間の経過とともにトークンの価値が高まるからです。 （実際、この副産物が、最終的にEIP-1559の取引手数料制度への移行を支持する世論を動かしたものかもしれない。）しかし、デフレという用語は、1990年代の日本の経済スタグフレーションを思い出し、伝統的に訓練を受けたマクロ経済学者たちを尻込みさせる。

誰が正しいですか?個人的には、主権法定通貨は ETH のような暗号通貨の適切な例えではないと思います。では、適切な例えは何でしょうか?これは依然として未解決の疑問であり、ブロックチェーン研究者によるさらなる調査が必要です。なぜデフレ通貨はブロックチェーンプロトコルをサポートする暗号通貨として機能するのに、主権国家をサポートする法定通貨としては機能しないのでしょうか?

6. 基礎となるスタックを無視しないでください

コンピューター サイエンスにおいて、私たちが目指していることの 1 つは、システムの特定の部分を信頼できるようにするモジュール性とクリーンな抽象化です。システムの一部を設計および分析するとき、システムの他の部分からの出力の機能を知る必要がある場合があります。ただし、理想的には、この機能が内部でどのように実装されているかを知る必要はありません。

ブロックチェーンプロトコルでは、この理想的な状態にはまだ到達していません。ビルダーやメカニズムの設計者はアプリケーション層に注目したいかもしれませんが、インフラストラクチャ層の動作方法とその詳細を無視することはできません。

たとえば、自動マーケットメーカーを設計している場合は、信頼できないブロックプロデューサーがトランザクションの注文を担当する可能性を考慮する必要があります。あるいは、(L2) ロールアップのトランザクション手数料メカニズムの設計を検討する場合、L2 リソースの消費だけでなく、基礎となる L1 プロトコル (呼び出しデータの保存など) によって発生するすべてのコストも支払う必要があります。

どちらの例でも、ある層で効果的なメカニズムを設計するには、他の層についての詳細な知識が必要です。おそらく、ブロックチェーンテクノロジーがより成熟するにつれて、さまざまなレイヤーが明確に分離されるでしょう。しかし、私たちはまだそこまで到達していません。

7. コンピューティングが制限された環境で動作する必要があります

ブロックチェーンプロトコルによって実装された「空のコンピューター」は、コンピューティングが制限された環境です。従来のメカニズムの設計は、経済的インセンティブのみに焦点を当てており、計算の問題を無視しています（たとえば、有名なヴィックリー・クラーク・グローブのメカニズムは、非常に複雑な割り当て問題には実行できません）。

ニサンとロネンが 1999 年にアルゴリズム機構設計を提案したとき、機構を現実世界で意味のあるものにするためには、ある種の計算によるトレーサビリティが本当に必要であると指摘しました。したがって、問題パラメータとして特定の量を（指数関数ではなく）多項式関数拡張として使用する計算および通信のメカニズムに注意を限定することを推奨しています。

ブロックチェーンプロトコル仮想マシンの計算負荷は非常に小さいため、オンチェーンメカ​​ニズムは非常に軽量でなければなりません。多項式時間と通信は必要ですが、それだけでは十分ではありません。たとえば、指値注文ブックのような従来のソリューションではなく、自動マーケットメーカーがイーサリアム DeFi を完全に支配している主な理由は、希少性です。

8. まだ初期段階です

通常、Web3 が初期段階にあると言うとき、それは投資機会または採用のいずれかを指します。しかし、科学的な観点から見ると、私たちはそれよりもさらに早い段階にいます。たとえチャンスが大きかったとしても、それはますます困難になるだろう。

確立された研究分野で働くことの利点は誰もが当然のことと考えています。一般に受け入れられているモデルと定義があります。最も重要な問題については合意に達した。進捗状況の測定に関して重要な調整も行われました。共通の語彙と膨大な公開知識ベースが存在します。厳密に精査された教科書、オンライン コース、その他のリソースなど、速度を上げる方法もあります。

同時に、ブロックチェーン空間の多くの側面において、私たちは明確に考えて重要な問題を前進させるための「正しい」モデルと定義をまだ知りません。たとえば、ブロックチェーン プロトコルのコンテキストにおける互換性インセンティブの最も重要な概念は何ですか? Web3 スタックのレイヤーは何ですか?最大抽出可能価値 (MEV) の構成要素は何ですか?これらはすべて答えのない質問です。

ブロックチェーン科学に興味がある人にとって、この分野の未熟さは確かに課題です。しかし、早い段階で、つまり今から参加することで、またとないチャンスが得られる可能性もあります。

メカニズム設計は、リアルタイム広告オークションや、電子商取引から共同購入に至るまで、今日のほとんどのオンライン消費者アプリケーションで普及している両面市場設計など、インターネット アプリケーション層で常に便利なツールです。 。

しかし、Web3 では、メカニズムの設計はインフラストラクチャ自体の設計上の決定にも影響します。

インターネット ルーティング プロトコルがまだ議論と設計の段階にあった 1970 年代と 1980 年代を思い出してください。私の知る限り、インセンティブやメカニズムの設計の専門家がテーブルに着いている人は一人もいません。今にして思えば、そのような人が設計に有益な情報を提供してくれた可能性があることが分かりました。一方、web3 では、オリジナルのビットコイン ホワイト ペーパーのリリースに伴い、インセンティブは最初から議論の一部でした。

Web3 の「正しい」モデル、定義、成功指標をめぐる混乱は、実際、私たちが黄金時代に入っていることを物語っています。将来の世代の学生や科学者は、私たちがこのテクノロジーの軌道を形作る機会を得て、適切なタイミングで適切な場所にいたことを羨むでしょう。したがって、この分野の教科書はそれほど多くないかもしれませんが、いつかは教科書が登場し、これらの本に記載されていることは、私たちが現在行っていることです。

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