a16z: ブロックチェーンのメカニズム設計における 8 つの課題を探る

原作者: Tim Roughgarden、a16z の暗号研究責任者

原文翻訳: 0x xz、ゴールデンファイナンス

ある分野を深く学ぶと、現実世界の問題は、すでに解決済みの問題の貧弱な偽装にすぎないことを認識できるようになります。たとえば、私がアルゴリズムの基礎を教えたとき、学生たちは、最短経路計算や線形計画法に要約される問題を認識する方法を学びました。

この種のパターン マッチングは、インセンティブを使用して望ましい結果を達成する一種の「逆ゲーム理論」であるメカニズム設計でも同様に機能します。メカニズム設計のツールと教訓は、オークション理論、市場設計、社会的選択理論で特に役立ちます。

暗号と Web3 にはメカニズム設計の問題が山積しています。多くの問題は、教科書に書かれていることを適用し、古いアイデアに新しい解釈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。しかし、許可のないブロックチェーン プロトコルに特有の課題と制限により、解決したように見える問題の基本を再考せざるを得なくなることがよくあります。このため、Web3 のメカニズム設計は複雑になります。しかし、これらの課題こそが、Web3 のメカニズム設計を魅力的なものにしているのです。

この記事では、Web3 メカニズム設計が直面している課題のいくつかについて説明します。これらの課題は、暗号ネイティブのユーザーには馴染み深いものかもしれませんが、メカニズム設計をより深く理解することで、これらの問題を解決することがなぜそれほど難しいのかについて、すべての開発者に新たな視点がもたらされるはずです。メカニズム設計者にとって、新しいアプリケーションを考えているなら、許可のない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、まずメカニズム設計とは何でしょうか?

メカニズムデザインの分野は、少なくとも 1961 年にまで遡ります。この年、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ったウィリアム ヴィックリーが、2 番手価格の密封入札オークションを公式化しました。このオークション形式は、1797 年にヨハン 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」の原稿を販売した際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一般的に使用されていましたが、1961 年までヴィックリーによって公式化されず、現在ではヴィックリー オークションと呼ばれることがよくあります。ヴィックリー オークション モデルでは、最高額入札者が落札しますが、2 番目に高い入札額を支払います。このオークションは入札者の真の好みを刺激し、最高額の入札額を見積もった人にアイテムを届けます。

ヴィックリー オークションは、実世界に適用され、新しい状況に合わせて適応および更新され、実践が理論に情報を与え、その逆もまた真である、エレガントで効率的な設計です。ヴィックリー オークションと同様に、正式な分野としてのメカニズム設計の歴史は、理論と実践が交わる、奥深く美しい歴史です。

戦略的相互作用の次元を確立し、行動の最も妥当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標は、望ましい結果 (効率性、公平性、または特定の行動によって特徴付けられる場合があります) がバランスが取れるように、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。ヴィックレイ 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与えることなく、最大限に支払ってもよい金額を支払うように促すことです。

Web3 ではメカニズム設計の機会が数多くあります。たとえば、ブロックチェーン プロトコルでは、プロトコル参加者が誠実に行動する (そして期待される行動から逸脱しない) という結果を達成したい場合があります。または、プロトコルでは、最も価値のあるトランザクションにブロック スペースを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の設計上の問題は常に困難ですが、ブロックチェーンのコンテキストではその課題はさらに独特です。

1. 信頼の欠如

メカニズムを強制する信頼できる当事者がいなければ、ブロックチェーン空間での設計ははるかに困難になります。

許可のないブロックチェーン プロトコルを使用する主なポイントは、特定のエンティティまたは人物を信頼する必要がなく、プロトコルを実行している十分な数のノードが正直であるという「平均的な」信頼の仮定だけが必要であることです。

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点は、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ためにチェーンの履歴に追加されるトランザクションのすべてのバッチが、単一の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は不明です。

これが、ビックレイオークションがブロックチェーンの分野でめったに見られない理由です。ビックレイ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にすぐに直面します。問題は、ブロックプロデューサーが「シル入札」と呼ばれる偽の入札を作成し、勝者候補の入札額よりわずかに低い入札額を作成できるため、勝者は入札額のほぼ全額（実際の2番目に高い入札額ではなく）を支払わなければならないことです。

信頼できないブロックプロデューサーからの偽の入札により、実質的に Vickrey オークションはファーストプライスオークションに戻ります。これが、ファーストプライスオークションが Web3 で非常に一般的である理由の 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は、信頼できないオークション主催者向けのオークション設計も検討されていますが、異なる観点からのものです。)

2. 共謀

ブロックチェーンのメカニズム設計が難しいもう 1 つの理由は、ブロックチェーンの参加者間で共謀が発生する可能性があることです。たとえば、2 番手オークションでは補償金の支払いと共謀することが簡単にできます。理由は簡単です。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、はるかに低い価格で入札させることができます。

メカニズム設計に関する学術文献では、この問題についてあまり心配されていません。その理由の 1 つは、共謀 (特に補償金を伴う共謀) が現実世界では実現しにくいことにあると考えられます。共謀後、勝者は賄賂の支払いを拒否するだけでよいため、信頼できる補償金を得ることが困難です (諺にあるように、「泥棒に正義なし」)。

しかし、ブロックチェーンの文脈では、潜在的な共謀者はスマート コントラクトを使用して信頼性の高いコミットメントを提供することが多く、共謀が実際に機能するようになります。2 つ目の理由は、支払い共謀を抑制および補償するメカニズム、つまり見積もりのみを提供し、それ以外は何も提供しない価格開示メカニズムが欠如していることです。

さらに悪いことに、プロトコル ユーザーは、互いに共謀するだけでなく、(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共謀に相当)。

最後の種類の共謀に対する保護は、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の一部をバーンする主な動機の 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) を行わないと、ブロック プロデューサーとエンド ユーザーは補償支払いを通じて共謀し、メカニズムが課そうとする最低価格を回避することができます。

3. 法の支配だけに頼ることはできない

共謀の問題は、もちろん新しいものではありません。何世紀にもわたってさまざまな現実のメカニズムを悩ませてきましたが、メカニズム設計の文献を見ると、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。文献は、個々のアクターがメカニズムを一方的に操作する動機に正面から取り組んでいますが、通常、問題は「法の支配」という認識されていない概念に委ねられています。たとえば、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、法的手段に訴えられます。メカニズム設計者は、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、この問題に貢献できます。

メカニズム設計に関する文献の多くには、法の支配への依存という暗黙の秘密があります。許可のないブロックチェーン プロトコルの領域に法の支配がないとは言えませんが (許可のないブロックチェーンで法執行機関が犯罪を起訴するのを目にすることはよくあります)、法の支配の範囲は従来のメカニズム設計アプリケーションよりもはるかに狭くなります。

メカニズムの外部で法の支配に頼ることができない場合、メカニズム内の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で広く採用されています。特に Ethereum プロトコルでは、EIP-1559 による基本手数料収入の焼却から、コンセンサス プロトコルで不適切な行動をとるバリデーターの削減まで、例が数多くあります。

4. より広い設計スペース

Web3 の設計空間は、メカニズム設計者が慣れているものよりも広くなっています。したがって、設計者は与えられた問題をすべて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支払いが伴いますが、従来のメカニズム設計アプリケーションでは、支払いは米ドルなどの法定通貨で行われます。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、そのような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。

従来のメカニズム設計の記事を書いていて、メカニズムの説明の一部が「新しい通貨を大量に印刷し、それを多数の参加者に配布する」というものだったと想像してください。ブロックチェーンのコンテキスト以外では、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設計について話しているときは、これを絶対に実行できます。プロトコルが通貨を制御するので、プロトコル メカニズムの一部はトークンを鋳造したり、トークンを焼却したりできます。

これは、ネイティブ通貨がなければ不可能な設計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にプロトコルを意図どおりに実行するよう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。インフレ報酬を通じて、つまり、新しいコイン (ビットコイン) を印刷して、これらのブロックプロデューサーにインセンティブを与えます。ネイティブ通貨がなければ、このような設計は不可能です。

5. ネイティブ通貨は他の問題を引き起こす可能性がある

前述の理由は、ネイティブ通貨の威力を強調しています。ネイティブ通貨では、コイン発行 (ビットコイン プロトコルがマイナーにインセンティブを与えるために新しいビットコインを鋳造する方法) とトークンのバーン (イーサリアム EIP-1559 取引手数料メカニズムが共謀に抵抗するために ETH をバーンする方法) の 2 つのことを行うことができます。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が潜んでいます。ミクロ経済設計の決定がマクロ経済に影響を与える可能性があるのです。

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。従来のオークションは、米国のマネーサプライやインフレ率に意味のある影響を与えていません。これは、Web3設計分野にとってまったく新しい課題です。どのような問題が発生する可能性がありますか？ 2つの例を挙げてみましょう。1つはビットコインの鋳造について、もう1つはETHのバーンについてです。

ブロック報酬（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）の使用により、ビットコインはインフレを余儀なくされます。したがって、インフレ率とそれが時間とともにどのように変化するかを決定するための対応する金融政策も必要です。サトシ・ナカモトは、ビットコインの供給上限を 2,100 万に設定しました。ビットコインの数に上限があるため、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なら、マイナーがプロトコルの実行を継続し、ビットコインのセキュリティを確保するよう動機付けるにはどうすればよいのでしょうか? 取引手数料が不足しているブロック報酬を補うと期待されていますが、これが起こる可能性は非常に低いです。取引手数料がゼロに近い場合、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はよく知られています。

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、ある記事の中で、取引手数料とブロック報酬のもうひとつの違いを指摘した。ブロック報酬はどのブロックでも同じだが（少なくともブロック報酬の連続した「半減期」の間は）、取引手数料は桁違いに変わる可能性があり、それが今度はプロトコルに新たなゲーム理論上の不安定性をもたらす。この意味で、供給上限を固定するというマクロ経済的決定は、プロトコル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もたらす。

ブロック報酬の鋳造がビットコインにとってインフレの要因であるのと同様に、EIP-1559 での取引手数料のバーンはイーサリアムにとってデフレの要因です。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) では、これら 2 つの要因の間で綱引きが行われ、デフレが勝つことがよくあります。ETH は現在、純デフレ通貨であり、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な結果です。

デフレはイーサリアム プロトコルにとって良いことでしょうか、悪いことでしょうか? ETH 保有者は、他の条件が同じであれば、トークンが時間の経過とともに価値を増すため、デフレを好みます。(実際、この副産物が、最終的に EIP-1559 の取引手数料メカニズムへの移行を支持する世論を左右したのかもしれません。) しかし、デフレという言葉は、1990 年代の日本の経済スタグフレーションを思い起こさせ、古典的な訓練を受けたマクロ経済学者を怖がらせます。

どちらが正しいでしょうか? 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、ブロックチェーン研究者によるさらなる調査が必要な未解決の問題です。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になり得るのに、主権国家をサポートする法定通貨にはなり得ないのでしょうか?

6. 基礎となるスタックを無視しない

コンピュータ サイエンスで私たちが目指すものの 1 つは、モジュール性と明確な抽象化です。これにより、システムの各部分を信頼できるようになります。システムの一部を設計および分析する場合、システムの他の部分によって出力される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、まだこの理想的な状態に到達していません。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重点を置きたいかもしれませんが、インフラストラクチャ層の動作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 メーカーを設計する場合、信頼されていないブロック プロデューサーがトランザクションの順序付けを担当する可能性を考慮する必要があります。または、(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している場合は、L2 のリソース消費だけでなく、基礎となる L1 プロトコルによって発生するすべてのコスト (コールデータの保存など) も支払う必要があります。

どちらの例でも、1 つのレイヤーの効果的なメカニズム設計には、他のレイヤーに関する詳細な知識が必要です。おそらく、ブロックチェーン技術が成熟するにつれて、異なるレイヤーが明確に分離されるようになるでしょう。しかし、まだそこまでには至っていません。

7. 計算上の制約がある環境で作業する必要がある

ブロックチェーン プロトコルによって実装される空中のコンピューターは、計算上の制約がある環境です。従来のメカニズム設計は、経済的インセンティブのみに焦点を当て、計算上の問題を無視しています (たとえば、有名な Vickrey-Clark-Groves メカニズムは、非常に複雑な割り当て問題には実行不可能です)。

1999 年に Nisan と Ronen がアルゴリズム メカニズム設計を提案したとき、メカニズムが現実世界で実用的な意味を持つためには、何らかの計算上の追跡可能性が必要であると指摘しました。そのため、彼らは、問題のパラメータの多項式 (指数関数ではない) 関数の量に応じてスケーリングする計算と通信のメカニズムにのみ注意を向けることを提案しました。

ブロックチェーン プロトコルの仮想マシンは計算をほとんど行わないため、オンチェーン メカニズムは極めて軽量である必要があります。多項式時間と通信は必要ですが、十分ではありません。たとえば、希少性は、指値注文帳などの従来のソリューションではなく、自動化されたマーケット メーカーが Ethereum DeFi を完全に支配する主な理由です。

8. まだ初期段階

通常、Web3 が初期段階にあると言われる場合、それは投資機会または採用のどちらかを指しています。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あります。チャンスは大きいにもかかわらず、状況はますます困難になるでしょう。

成熟し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。受け入れられているモデルと定義があります。最も重要な質問に対するコンセンサスがあります。進捗を測定する方法について重要な調整が行われています。共通の語彙と大規模な公開知識ベースがあります。また、十分に評価された教科書、オンライン コース、その他のリソースなど、加速への道もあります。

同時に、ブロックチェーン分野の多くの側面において、重要な問題を明確に考え、前進するための「正しい」モデルと定義はまだわかっていません。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しょうか。Web3 スタックのレイヤーは何でしょうか。最大抽出可能値 (MEV) のコンポーネントは何でしょうか。これらはすべて未解決の問題です。

ブロックチェーン科学に関心のある人にとって、この分野の未成熟さは課題です。しかし、今から早くから参加することで、またとないチャンスが生まれます。

メカニズム設計は、リアルタイム広告オークションや、電子商取引からグループ購入まで、今日のほとんどのオンライン消費者向けアプリケーションで普及している双方向市場設計など、インターネット アプリケーション層では常に役立つツールでした。

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を及ぼします。

インターネット ルーティング プロトコルがまだ議論され、設計されていた 1970 年代と 1980 年代を思い出してください。私が知る限り、インセンティブとメカニズムの設計に関する専門知識を持つ人は誰も議論に参加していませんでした。今となっては、そのような人々が設計に役立つ情報を提供できたかもしれないと気づきました。一方、Web3 では、オリジナルの Bitcoin ホワイトペーパーが公開され、インセンティブ メカニズムは最初から議論の対象となっていました。

Web3 の適切なモデル、定義、成功の指標をめぐる混乱は、実は私たちが黄金時代にいることを示しています。未来の世代の学生や科学者は、私たちが適切な時期に適切な場所にいて、このテクノロジーの軌道を形成する機会を持っていることを羨ましがるでしょう。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、いつかは出版されるでしょう。そして、それらの本に書かれているのは、私たちが現在行っている仕事です。

この記事はインターネットから引用したものです: a16z: ブロックチェーンメカニズム設計における8つの課題を探る

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