a16z：區塊鏈機制設計中的 8 個挑戰

原文標題：《8 reasons why blockchain mechanism design is hard》

作者：Tim Roughgarden，a16z crypto 研究負責人

編譯：0xxz，金色財經

對一個領域的深入研究會教你認識到，現實世界中出現的問題不過是那些已被妥善解決的問題的拙劣偽裝。例如，當我教授演算法基礎知識時，學生學習如何識別歸結為最短路徑計算或線性規劃的問題。

這種模式匹配在機制設計中同樣有效，這是一種利用激勵來實現理想結果的「逆賽局理論」。機制設計的工具和經驗教訓在拍賣理論、市場設計和社會選擇理論中尤其有用。

Crypto 和 web3 充斥著機制設計問題。人們可能會認為，許多問題都可以透過套用教科書中的內容來解決，對舊想法進行新調整。但是，無需許可區塊鏈協議的獨特挑戰和限制往往迫使人們對看似已決問題的基本原則進行重新思考。這使得 web3 中的機制設計變得複雜。但也正是這些挑戰讓 web3 機制設計讓人著迷。

我將在本文探討 web3 機制設計面臨的一些挑戰。這些挑戰對於加密原生用戶來說可能很熟悉，但更深入地理解機制設計應該能為所有建造者提供一個新的視角，讓他們了解為什麼解決這些問題如此困難。對於機制設計人員來說，如果你正在思考新的應用程序，那麼你可能會對無需許可環境所帶來的挑戰感興趣。

但首先，我們要知道的是，什麼是機制設計？

機制設計領域的形成至少可以追溯到1961 年，當時哥倫比亞大學（Columbia University）經濟學家、後來的諾貝爾獲獎者威廉·維克瑞（William Vickrey）正式提出了第二價格密封拍賣方式。早在1797 年，這種拍賣方式在作者約翰·沃爾夫岡·馮·歌德（Johann Wolfgang von Goethe）出售他的史詩《赫爾曼與多蘿西婭》的手稿時就開始使用了，並在19 世紀被集郵者普遍使用，但直到1961 年才被維克瑞正式提出，現在常被稱為「Vickrey auction（維克瑞拍賣）」。在維克瑞拍賣模式下，出價最高的人獲勝，但支付的是第二高的出價。這種拍賣激發了競標者的真正偏好，並將拍品交付給估價最高的人。

維克瑞拍賣是一種優雅而高效的設計，已應用於現實世界，會根據新情況進行調整和更新，實踐為理論提供了信息，反之亦然。與維克瑞拍賣一樣，機制設計作為一門正式學科的發展史是理論與實踐交織的歷史，既深沉又美麗。

與賽局理論相反－賽局理論建立了策略互動維度，探索行為最合理的結果－機制設計領域並非從遊戲開始，而是從期望的結果開始。機制設計的目的是對某種形式的遊戲進行逆向工程，使期望的結果（可能以效率、公平或某些行為為特徵）達到平衡。在維克瑞拍賣的案例中，最終目標是在不懲罰參與者的情況下，吸引參與者支付願意支付的最大金額。

Web3 中的機制設計應用機會非常多。例如，區塊鏈協議可能希望實現協議參與者誠信行為（而不會偏離預期行為）的結果。或者，協議可能希望獲得有關交易價值的準確信息，以便有效地將區塊空間分配給最有價值的交易。

這樣的機制設計問題總是具有挑戰性的，而在區塊鏈環境中挑戰則更加獨特。

1、 缺乏信任

如果沒有可信的一方來執行機制，區塊鏈領域的設計就會變得更加困難。

使用無需許可的區塊鏈協議的全部意義在於，你不必信任任何一個實體或個人，只需要「平均」的信任假設，即在運行協議的節點中有足夠多的節點都是誠信的。

但許多區塊鏈架構的諷刺之處在於，添加到鏈歷史中的每一批要在協議維護的虛擬機器中執行的交易，都是單一節點單方面決策的產物。

你不清楚是否可以信任這個節點。

這就是為什麼在區塊鏈領域很少看到維克瑞拍賣的原因。天真地實施維克瑞拍賣很快就會遇到不受信區塊生產者操縱的問題。問題是，一個區塊生產者可以製造一個“shill bid”假出價，出價略低於即將成為獲勝者的出價，從而迫使獲勝者支付幾乎他們的全部出價（而非真正的次高出價）。

不受信的區塊生產者的假出價有效地導致了維克瑞拍賣退回到第一價格拍賣模式，這也是第一價格拍賣在web3 中如此普遍的原因之一。 （傳統機制設計文獻關於「可信機制」的最新分支也考慮了關於不受信拍賣人的拍賣設計，但角度有所不同。）

2、時有串通

區塊鏈機制設計困難的另一個原因是區塊鏈參與者之間會串通勾結。例如，第二價格拍賣很容易與補償支付相勾結。道理很簡單：既然得標者支付第二高出價，因此競標者可以賄賂第二高的競標者，使其出價低得多。

機制設計的學術文獻並沒有過度擔心這個問題。其中一個原因可能是，串通（尤其是與補償支付的串通）在現實世界中很難實現。在串通後，贏家大可以拒絕支付賄賂，所以很難獲得可信的補償支付。 （俗話說：「賊間無道」。）

然而，在區塊鏈背景下，潛在的串通者通常可以使用智慧合約提供可靠承諾，讓串通真正發揮作用。第二個原因是缺乏抑制與補償支付串通的機制－「價格公示」機制，此機制只提供報價，再無其他。

更糟糕的是，協議用戶不僅可能彼此串通，還可能與（不受信的）區塊生產者串通（相當於現實世界拍賣中投標人與拍賣商的串通）。

對最後一種串通的抵禦是以太坊 EIP-1559 交易費機制中 burn 部分交易費的主要動機之一。如果沒有「burn」（或以其他方式從區塊生產者扣留這些收入），區塊生產者和最終用戶就可以透過補償支付串通並逃避該機制試圖施加的任何保留價格。

3、不能只靠法治

串通問題顯然不是什麼新問題。幾個世紀以來，它一直困擾著現實生活中的各種機制，但如果你查看機制設計文獻，就可能會驚訝地發現它幾乎沒有解決這個問題。這些文獻確實正面討論了個別參與者單方面操縱機制的動機，但通常都把問題留給了一些未現模式的「法治」概念。例如，該機制的參與者可能會簽署一份法律合同，合約規定他們不會進行串通。如果發現有串通行為，則會將其交往法律管道。機制設計者可以透過創建一個相對容易檢測串通行為的機制來提供幫助。

在許多機制設計文獻中都有一個心照不宣的秘密：對法治的依賴。雖然我們不能說在無需許可區塊鏈協議領域沒有法治——我們經常看到執法部門成功地起訴無需許可區塊鏈上的犯罪行為——但法治程度要比傳統的機制設計應用程式少得多。

如果你無法在這個機制外依賴法治，那麼設計師就有責任在機制內解決問題。這種方法普遍存在於區塊鏈領域的機制設計決策中。特別是在以太坊協議中，從 EIP-1559 燃燒基礎費用收益到在其共識協議中罰沒行為不當的驗證者，示例比比皆是。

4、設計空間更大

web3 中的設計空間比機制設計人員所習慣的還要大。因此，設計人員必須重新思考所有給定的問題。例如，許多機制涉及支付，在傳統的機制設計應用程式中，這些支付將以美元等法定貨幣進行。許多區塊鏈協議都有自己的原生貨幣，而這種協議內的機制是能夠操縱這些貨幣的。

想像一下，如果你寫了一篇傳統機制設計的文章，你的機制描述的部分內容是：「印一堆新貨幣，然後分給一群參與者。」跳出區塊鏈的背景來看，這很荒謬。但當你在區塊鏈協議的背景下談論機制設計時，你完全可以做到這一點。協議控制貨幣，因此協議的部分機制可以鑄造代幣或燃燒代幣。

這意味著一些沒有原生貨幣就不可能實現的設計成為了可能。例如，你如何激勵比特幣礦工按照預期執行協議？透過通膨獎勵：印新幣（比特幣）來激勵這些區塊生產者。如果沒有原生貨幣，這樣的設計就不可能實現。

5、原生貨幣可能會帶來其他問題

#上一點原因強調了原生貨幣的力量。你可以用原生貨幣做兩件事：「鑄幣」（比特幣協議鑄造新比特幣以激勵礦工的方式）和「燃燒代幣」（以太坊 EIP-1559 交易費機制燃燒 ETH 抵禦串通的方式）。原生貨幣潛伏著在傳統機制設計中不存在的危險：微觀經濟設計決策可能會產生宏觀經濟後果。

在傳統的機制設計中，沒有理由擔心宏觀經濟力量。傳統拍賣方式並沒有對美國的貨幣供應或通貨膨脹率產生有意義的影響。這對 web3 設計領域來說是全新的挑戰。會發生什麼問題呢？我來告訴你兩個例子，一個關於比特幣的鑄造，一個關於 ETH 的燃燒。

由於使用區塊獎勵——透過印刷新幣來激勵礦工——比特幣被迫出現通貨膨脹。因此，它還必須有相應的貨幣政策來決定通膨率以及通膨率如何隨時間而演變。中本聰也設定了 2,100 萬個比特幣的硬供應上限。由於比特幣的數量有一個硬上限，因此通膨率必須趨近於零。

如果通膨率真的為零，應該用什麼來激勵礦工繼續運行協議，為比特幣提供安全保障？人們一直希望交易費能彌補缺失的區塊獎勵，儘管發生這種情況的機會相當渺茫。眾所周知，如果交易費接近零，那麼比特幣協議將遭受重大的安全問題。

普林斯頓大學電腦科學家 Miles Carlston、Harry Kalodner、Matthew Weinberg 和 Arvind Narayanan 在一篇文章中指出了交易費和區塊獎勵之間的另一個區別。雖然每個區塊的區塊獎勵都是相同的（至少在區塊獎勵的連續兩次的「減半」之間是這樣），但交易費用可能會發生數量級的變化——這反過來又給協議引入了新的博弈論不穩定因素。從這個意義上說，固定供應上限的宏觀經濟決策對協議及其參與者有負面的微觀經濟後果。

就像區塊獎勵鑄造對比特幣來說是一股通膨力量一樣，EIP-1559 中交易費用的燃燒對以太坊來說是一股通貨緊縮力量。在以太坊協議（確實使用通膨驗證者獎勵）中，這兩股力量之間會上演一場拉鋸戰，通縮常常獲勝。 ETH 現在是一種淨通貨緊縮貨幣，這是協議交易費用機制中微觀經濟動機設計決策的宏觀經濟後果。

通貨緊縮對以太坊協議是好還是壞？ ETH 持有者喜歡通貨緊縮，因為在其他條件相同的情況下，隨著時間的推移，他們的代幣會變得更有價值。 （事實上，這個副產品可能是最終促使公眾輿論支持轉向EIP-1559 交易費機制的原因。）然而，通縮一詞讓受傳統訓練的宏觀經濟學家望而卻步，讓人想起上世紀90 年代日本的經濟滯脹。

誰才是對的？就我個人而言，我不認為主權法定貨幣是對像 ETH 這樣的加密貨幣的正確類比。那麼，正確的類比是什麼呢？這仍然是一個懸而未決的問題，需要區塊鏈研究人員進一步探索：為什麼通貨緊縮貨幣可以作為支持區塊鏈協議的加密貨幣，而不能成為支持主權國家的法定貨幣？

6、不能忽視底層堆疊

#在電腦科學中，我們所追求實現的其中之一就是模組化和乾淨的抽象，這賦予了我們信任系統中某部分的能力。在設計和分析系統的一部分時，你可能需要知道系統的其他部分輸出的功能。但理想情況下，你並不需要知道這個功能在底層是如何實現的。

在區塊鏈協定中，我們還沒有達到這種理想狀態。雖然建造者和機制設計人員可能喜歡關注應用層，但他們不能忽視基礎設施層的運作方式及其細節。

例如，如果你正在設計一個自動做市商，你必須考慮到不受信的區塊生產者負責交易排序的可能性。或者，當你考慮為一個（L2）rollup 設計交易費用機制時，你不僅必須為 L2 的資源消耗付費，還必須為底層 L1 協議產生的所有成本付費（例如，儲存 calldata）。

在這兩個例子中，一個層的有效機制設計需要對其他層的詳細了解。也許，隨著區塊鏈技術越來越成熟，我們將對不同的層進行清晰的分割。但我們現在肯定還沒達到這個程度。

7、要求在運算受限的環境下工作

#區塊鏈協定實現的「computer in sky」是一個運算受限的環境。傳統的機制設計只關注經濟激勵，而忽略了計算問題（例如，著名的維克瑞 - 克拉克 - 格羅夫斯機制對於高度複雜的分配問題是不可行的）。

當 Nisan 和 Ronen 在 1999 年提出演算法機制​​設計時，他們指出，我們確實需要某種計算可追溯性，使機制在現實世界中具有實際意義。因此，他們建議將注意力限制在使用一定量作為問題參數的多項式（而非指數）函數擴展的計算和通信的機制上。

由於區塊鏈協定虛擬機的運算量非常少，因此鏈上機制必須高度輕量級——多項式時間和通訊是必要的，但還不夠。例如，稀缺性是自動做市商完全主導以太坊 DeFi 的主要原因，而不是像限價訂單簿這種更傳統的解決方案。

8、尚處於早期階段

通常，當人們說 web3 還處於早期階段時，他們指的要么是投資機會，要么是採用情況。但從科學的角度來看，我們甚至比這更早。這只會難上加難——儘管機會巨大。

在成熟的研究領域工作所帶來的好處被所有人視為理所當然。有公認的模型和定義。在最重要的問題上達成了共識。在進展衡量方面也形成了關鍵協調。存在一個公共詞彙表和一個龐大的公共知識庫。還有一些提速途徑，包括經過嚴格審查的教科書、線上課程以及其他資源。

同時，在區塊鏈領域的許多方面，我們還不知道「正確」的模型和定義，無法清晰地思考並在重要問題上取得進展。例如，在區塊鏈協議背景下，相容性激勵最重要的概念是什麼？ web3 棧有哪些層？最大可提取值（MEV）有哪些組成部分？這都是些懸而未決的問題。

對於那些對區塊鏈科學感興趣的人來說，該領域的不成熟的確是一個挑戰。但是，儘早參與其中──趁現在──也會帶來獨特的機會。

機制設計一直是網路應用層的有用工具——例如即時廣告拍賣，或從電商到拼團等如今大多數的線上消費應用中普遍存在的雙邊市場設計。

但在 web3 中，機制設計也為基礎設施本身的設計決策提供了資訊。

回想上世紀七、八十年代，當時網際網路路由協定仍處於討論與設計階段。據我所知，沒有一個激勵和機制設計方面的專業人士在其中佔有一席之地。事後看來，我們現在意識到這樣的人本來可以為設計提供有用的信息。同時，在 web3 中，隨著最初的比特幣白皮書的發布，激勵機制從一開始就是討論的一部分。

圍繞 web3 的「正確」模型、定義和成功指標的困惑，實際上是在告訴我們，我們正處於一個黃金時代。後代的學生和科學家會羨慕我們的，我們在正確的時間，在正確的地點，有機會塑造這項技術的發展軌跡。因此，雖然這個領域的教科書可能不多，但總有一天會有的，而這些書中將要描述的內容就是我們現在正在做的工作。

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