a16z: 블록체인 메커니즘 설계의 8가지 과제 탐구

원래 저자: Tim Roughgarden, a16z의 암호 연구 책임자

원문 번역: 0x xz, 골든 파이낸스

한 분야를 깊이 연구하면 실제 세계의 문제는 잘 해결된 문제의 형편없는 변장이라는 것을 인식하게 됩니다. 예를 들어, 제가 알고리즘 기본을 가르쳤을 때, 학생들은 최단 경로 계산이나 선형 프로그래밍으로 귀결되는 문제를 인식하는 법을 배웠습니다.

이런 종류의 패턴 매칭은 원하는 결과를 달성하기 위해 인센티브를 사용하는 일종의 "역 게임 이론"인 메커니즘 설계에서도 마찬가지로 잘 작동합니다. 메커니즘 설계의 도구와 교훈은 경매 이론, 시장 설계 및 사회적 선택 이론에서 특히 유용합니다.

Crypto와 web3는 메커니즘 설계 문제로 가득 차 있습니다. 교과서에 있는 내용을 적용하고 오래된 아이디어에 새로운 방향을 제시하면 많은 문제를 해결할 수 있다고 생각할 수 있습니다. 그러나 허가 없는 블록체인 프로토콜의 고유한 과제와 한계는 종종 해결된 것처럼 보이는 문제의 기본을 재고하게 만듭니다. 이로 인해 web3의 메커니즘 설계가 복잡해집니다. 그러나 이러한 과제가 web3 메커니즘 설계를 매력적으로 만듭니다.

이 글에서는 web3 메커니즘 설계가 직면한 몇 가지 과제를 살펴보겠습니다. 이러한 과제는 암호화 네이티브 사용자에게는 익숙할 수 있지만, 메커니즘 설계에 대한 더 깊은 이해는 모든 빌더에게 이러한 문제를 해결하는 것이 왜 그렇게 어려운지에 대한 새로운 관점을 제공해야 합니다. 메커니즘 설계자의 경우 새로운 애플리케이션을 고려하고 있다면 허가 없는 환경이 제기하는 과제에 관심이 있을 수 있습니다.

하지만 먼저, 메커니즘 설계란 무엇일까요?

메커니즘 설계 분야는 적어도 1961년으로 거슬러 올라가는데, 당시 컬럼비아 대학교의 경제학자이자 나중에 노벨상을 수상한 윌리엄 빅크리가 2등가 봉인 입찰 경매를 공식화했습니다. 이 경매 형식은 1797년 작가 요한 볼프강 폰 괴테가 서사시 헤르만과 도로테아의 원고를 팔았을 때 사용되었으며 19세기에 우표 수집가들이 일반적으로 사용했지만, 빅크리가 공식화한 것은 1961년이었고 지금은 종종 빅크리 경매라고 합니다. 빅크리 경매 모델에서 가장 높은 입찰자가 승리하지만 두 번째로 높은 입찰가를 지불합니다. 이 경매는 입찰자의 진정한 선호도를 자극하고 가장 높은 입찰가를 추정하는 사람에게 품목을 전달합니다.

Vickrey 경매는 우아하고 효율적인 디자인으로, 현실 세계에 적용되고, 새로운 환경에 맞게 조정되고 업데이트되었으며, 실무가 이론을 알려주고 그 반대도 마찬가지입니다. Vickrey 경매와 마찬가지로, 공식 학문으로서의 메커니즘 설계의 역사는 심오하면서도 아름다운 이론과 실무의 교차점에 대한 역사입니다.

전략적 상호작용의 차원을 확립하고 행동의 가장 그럴듯한 결과를 탐구하는 게임 이론과 대조적으로, 메커니즘 설계 분야는 게임에서 시작하지 않고 원하는 결과에서 시작합니다. 메커니즘 설계의 목표는 게임의 어떤 형태를 역공학하여 원하는 결과(효율성, 공정성 또는 특정 행동으로 특징지어질 수 있음)가 균형을 이루도록 하는 것입니다. Vickrey 경매의 경우 궁극적인 목표는 참가자가 처벌 없이 기꺼이 지불할 수 있는 최대 금액을 지불하도록 유도하는 것입니다.

Web3에서 메커니즘 설계의 기회는 수없이 많습니다. 예를 들어, 블록체인 프로토콜은 프로토콜 참여자가 선의로 행동하고(예상되는 행동에서 벗어나지 않는) 결과를 달성하고자 할 수 있습니다. 또는 프로토콜은 가장 가치 있는 거래에 블록 공간을 효율적으로 할당하기 위해 거래 가치에 대한 정확한 정보를 얻고자 할 수 있습니다.

이런 메커니즘 설계 문제는 항상 어렵지만, 블록체인 맥락에서는 그 어려움이 더욱 특별합니다.

1. 신뢰 부족

메커니즘을 시행할 신뢰할 수 있는 당사자가 없다면 블록체인 공간을 설계하는 것은 훨씬 더 어려워집니다.

허가 없는 블록체인 프로토콜을 사용하는 요점은 어떤 한 개체나 사람을 신뢰할 필요가 없고, 프로토콜을 실행하는 노드 중 충분히 많은 노드가 정직하다는 "평균적인" 신뢰 가정만 있으면 된다는 것입니다.

하지만 많은 블록체인 아키텍처의 아이러니는 프로토콜이 유지 관리하는 가상 머신에서 실행되기 위해 체인의 기록에 추가된 모든 거래 일괄 처리가 단일 노드가 내린 일방적인 결정의 결과라는 점입니다.

이 노드를 신뢰할 수 있는지 여부는 불분명합니다.

이것이 Vickrey 경매가 블록체인 공간에서 거의 볼 수 없는 이유입니다. 순진하게 Vickrey 경매를 구현하면 신뢰할 수 없는 블록 생산자에 의한 조작 문제에 빠르게 부딪힙니다. 문제는 블록 생산자가 "shill bid"라는 가짜 입찰을 만들 수 있다는 것입니다. 이 입찰은 잠재적인 우승자의 입찰보다 약간 낮아서 우승자가 거의 전체 입찰(진짜 두 번째로 높은 입찰이 아닌)을 지불하도록 강요합니다.

신뢰할 수 없는 블록 생산자의 가짜 입찰은 Vickrey 경매가 일차 가격 경매로 효과적으로 되돌아가게 하는데, 이것이 일차 가격 경매가 web3에서 매우 흔한 이유 중 하나입니다. (신뢰할 수 있는 메커니즘에 대한 전통적인 메커니즘 설계 문헌의 최신 분야도 신뢰할 수 없는 경매인을 위한 경매 설계를 고려하지만, 다른 관점에서 고려합니다.)

2. 공모

블록체인 메커니즘 설계가 어려운 또 다른 이유는 블록체인 참여자 간에 공모가 있을 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 2차 가격 경매는 보상금 지급과 쉽게 공모될 수 있습니다. 이유는 간단합니다. 낙찰자가 2차로 높은 입찰가를 지불하기 때문에 낙찰자는 2차로 높은 입찰자에게 뇌물을 주어 훨씬 낮은 가격을 입찰하게 할 수 있습니다.

메커니즘 설계에 대한 학술 문헌은 이 문제에 대해 그다지 걱정하지 않았습니다. 한 가지 이유는 공모(특히 보상 지불과의 공모)가 현실 세계에서는 이루기 어렵기 때문일 수 있습니다. 공모 후, 승자는 뇌물 지불을 거부할 수 있으므로 신뢰할 수 있는 보상 지불을 얻기 어렵습니다. (속담처럼: 도둑 사이에는 정의가 없습니다.)

그러나 블록체인의 맥락에서 잠재적 공모자는 종종 스마트 계약을 사용하여 신뢰할 수 있는 약속을 제공하여 공모가 실제로 작동하도록 할 수 있습니다. 두 번째 이유는 지불 공모를 억제하고 보상할 메커니즘이 없기 때문입니다. 견적만 제공하고 다른 것은 제공하지 않는 가격 공개 메커니즘입니다.

더 나쁜 점은, 프로토콜 사용자가 서로 공모할 가능성이 있을 뿐만 아니라 (신뢰할 수 없는) 블록 생산자와도 공모할 가능성이 있다는 것입니다(실제 경매에서 입찰자와 경매인 간의 공모와 동일).

마지막 종류의 공모에 대한 보호는 Ethereum의 EIP-1559 거래 수수료 메커니즘에서 거래 수수료의 일부를 소각하는 주요 동기 중 하나입니다. "소각"(또는 다른 방식으로 블록 생산자에게 이러한 수익을 원천징수)하지 않고도 블록 생산자와 최종 사용자는 보상 지불을 통해 공모하고 메커니즘이 부과하려는 모든 예비 가격을 회피할 수 있습니다.

3. 법치주의에만 의지할 수는 없다

공모 문제는 분명 새로운 것이 아닙니다. 이 문제는 수세기 동안 다양한 실제 메커니즘을 괴롭혀 왔지만, 메커니즘 설계 문헌을 살펴보면 이 문제를 얼마나 적게 다루었는지 놀랄 수 있습니다. 이 문헌은 개별 행위자가 메커니즘을 일방적으로 조작하려는 인센티브를 정면으로 다루지만, 일반적으로 이 문제를 인식되지 않은 "법의 지배" 개념에 맡깁니다. 예를 들어, 메커니즘 참여자는 공모하지 않겠다고 규정하는 법적 계약에 서명할 수 있습니다. 공모가 감지되면 법적 채널로 전달됩니다. 메커니즘 설계자는 공모를 비교적 쉽게 감지할 수 있는 메커니즘을 만들어 도움을 줄 수 있습니다.

메커니즘 설계 문헌의 대부분에는 말하지 않은 비밀이 있습니다. 법치주의에 대한 의존성입니다. 허가 없는 블록체인 프로토콜의 영역에 법치주의가 없다고 말할 수는 없지만(법 집행 기관이 허가 없는 블록체인에서 범죄를 성공적으로 기소하는 것을 종종 봅니다) 법치주의의 범위는 기존 메커니즘 설계 애플리케이션보다 훨씬 적습니다.

메커니즘 외부의 법치에 의존할 수 없다면, 메커니즘 내에서 문제를 해결하는 것은 설계자의 책임입니다. 이 접근 방식은 블록체인 공간에서 메커니즘 설계 결정에서 널리 사용됩니다. 특히 이더리움 프로토콜에서는 EIP-1559 기본 수수료 수익 소각부터 합의 프로토콜에서 잘못된 행동을 하는 검증자를 삭감하는 것까지 많은 사례가 있습니다.

4. 더 넓은 디자인 공간

web3의 디자인 공간은 메커니즘 설계자들이 익숙한 것보다 큽니다. 따라서 설계자는 주어진 모든 문제를 재고해야 합니다. 예를 들어, 많은 메커니즘에는 지불이 포함되는데, 이는 기존 메커니즘 설계 애플리케이션에서는 미국 달러와 같은 법정 통화로 이루어집니다. 많은 블록체인 프로토콜에는 자체 네이티브 통화가 있으며, 이러한 프로토콜 내의 메커니즘은 이러한 통화를 조작할 수 있습니다.

전통적인 메커니즘 설계 기사를 썼고 메커니즘 설명의 일부가 다음과 같다고 상상해보세요. 새로운 통화를 대량으로 인쇄하여 많은 참가자에게 분배합니다. 블록체인 맥락을 벗어나면 이는 터무니없는 일입니다. 하지만 블록체인 프로토콜 맥락에서 메커니즘 설계에 대해 이야기할 때는 반드시 이렇게 할 수 있습니다. 프로토콜이 통화를 제어하므로 프로토콜 메커니즘의 일부가 토큰을 주조하거나 소각할 수 있습니다.

즉, 네이티브 통화 없이는 불가능했을 일부 디자인이 가능해집니다. 예를 들어, 비트코인 채굴자가 의도한 대로 프로토콜을 실행하도록 어떻게 인센티브를 제공할까요? 인플레이션 보상을 통해: 이러한 블록 생산자에게 인센티브를 제공하기 위해 새로운 코인(비트코인)을 인쇄합니다. 네이티브 통화 없이는 이러한 디자인이 불가능할 것입니다.

5. 토착화폐는 다른 문제를 가져올 수 있다

이전 이유는 네이티브 통화의 힘을 강조합니다. 네이티브 통화로 두 가지를 할 수 있습니다. 주화(비트코인 프로토콜이 채굴자에게 인센티브를 제공하기 위해 새로운 비트코인을 주조하는 방식)와 토큰 소각(이더리움 EIP-1559 거래 수수료 메커니즘이 공모에 저항하기 위해 ETH를 소각하는 방식). 네이티브 통화는 기존 메커니즘 설계에는 존재하지 않는 위험과 함께 숨어 있습니다. 미시경제적 설계 결정은 거시경제적 결과를 초래할 수 있습니다.

전통적인 메커니즘 설계에서는 거시경제적 힘에 대해 걱정할 이유가 없습니다. 전통적인 경매는 미국의 통화 공급이나 인플레이션율에 의미 있는 영향을 미치지 않았습니다. 이는 웹3 설계 분야에 완전히 새로운 도전입니다. 어떤 문제가 발생할 수 있을까요? 두 가지 예를 들어보겠습니다. 하나는 비트코인 주조에 대한 것이고 다른 하나는 ETH 소각에 대한 것입니다.

블록 보상을 사용하기 때문에(새로운 코인을 인쇄하여 채굴자에게 인센티브를 제공) 비트코인은 인플레이션을 겪을 수밖에 없습니다. 따라서 인플레이션율과 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하는지를 결정하는 상응하는 통화 정책도 있어야 합니다. 사토시 나카모토는 또한 2,100만 개의 비트코인으로 하드 공급 한도를 설정했습니다. 비트코인 수에 하드 캡이 있기 때문에 인플레이션율은 0에 가까워야 합니다.

인플레이션율이 정말로 0이라면, 채굴자들이 프로토콜을 계속 실행하고 비트코인에 대한 보안을 제공하도록 인센티브를 제공하는 데 무엇을 사용해야 할까요? 거래 수수료가 누락된 블록 보상을 메울 것으로 기대되었지만, 그럴 가능성은 매우 낮습니다. 거래 수수료가 0에 가까우면 비트코인 프로토콜이 심각한 보안 문제를 겪을 것이라는 것은 잘 알려진 사실입니다.

프린스턴 컴퓨터 과학자 마일즈 칼스턴, 해리 칼로드너, 매튜 와인버그, 아빈드 나라야난은 한 기사에서 거래 수수료와 블록 보상의 또 다른 차이점을 지적했습니다. 블록 보상은 모든 블록에서 동일하지만(적어도 블록 보상의 연속적인 "반감기" 사이에는), 거래 수수료는 규모가 다를 수 있습니다. 이는 프로토콜에 새로운 게임 이론적 불안정성을 도입합니다. 이런 의미에서 공급 상한을 고정하려는 거시경제적 결정은 프로토콜과 참여자에게 부정적인 미시경제적 결과를 초래합니다.

블록 보상 채굴이 비트코인에 인플레이션을 유발하는 힘이듯이, EIP-1559에서 거래 수수료를 소각하는 것은 이더리움에 디플레이션을 유발하는 힘입니다. 이더리움 프로토콜(인플레이션 검증자 보상을 사용함)에서 이 두 힘 사이에 줄다리기가 벌어지고, 디플레이션이 종종 승리합니다. ETH는 이제 순 디플레이션 통화이며, 프로토콜 거래 수수료 메커니즘에서 미시경제적으로 동기를 부여받은 설계 결정의 거시경제적 결과입니다.

디플레이션은 이더리움 프로토콜에 좋은가 나쁜가? ETH 보유자들은 다른 모든 것이 동일하다면 시간이 지남에 따라 토큰의 가치가 높아지기 때문에 디플레이션을 좋아합니다. (실제로 이 부산물이 결국 여론을 EIP-1559의 거래 수수료 메커니즘으로 전환하는 데 영향을 미쳤을 수 있습니다.) 그러나 디플레이션이라는 용어는 고전적으로 훈련된 거시경제학자들에게 두려움을 주며 1990년대 일본의 경제적 스태그플레이션을 떠올리게 합니다.

누가 옳은가? 개인적으로, 저는 주권적 법정 통화가 ETH와 같은 암호화폐에 대한 올바른 비유라고 생각하지 않습니다. 그렇다면 올바른 비유는 무엇일까요? 이는 블록체인 연구자들이 더 탐구해야 할 미해결 문제로 남아 있습니다. 왜 디플레이션 통화는 블록체인 프로토콜을 지원하는 암호화폐가 될 수 있지만, 주권 국가를 지원하는 법정 통화는 될 수 없는 것일까요?

6. 기본 스택을 무시하지 마세요

컴퓨터 과학에서 우리가 달성하고자 노력하는 것 중 하나는 모듈성과 깨끗한 추상화로, 이를 통해 시스템의 일부를 신뢰할 수 있는 능력을 얻을 수 있습니다. 시스템의 한 부분을 설계하고 분석할 때 시스템의 다른 부분에서 출력되는 기능을 알아야 할 수도 있습니다. 하지만 이상적으로는 이 기능이 어떻게 후드 아래에서 구현되는지 알 필요가 없습니다.

우리는 아직 블록체인 프로토콜에서 이 이상적인 상태에 도달하지 못했습니다. 빌더와 메커니즘 설계자는 애플리케이션 계층에 집중하고 싶어할 수 있지만 인프라 계층이 작동하는 방식과 세부 사항을 무시할 수는 없습니다.

예를 들어, 자동화된 마켓 메이커를 설계하는 경우 신뢰할 수 없는 블록 생산자가 거래 주문에 대한 책임이 있을 가능성을 고려해야 합니다. 또는 (L2) 롤업에 대한 거래 수수료 메커니즘을 설계하는 것을 고려하는 경우 L2의 리소스 소비뿐만 아니라 기본 L1 프로토콜(예: 콜 데이터 저장)에서 발생하는 모든 비용도 지불해야 합니다.

두 예 모두에서 한 계층에 대한 효과적인 메커니즘 설계에는 다른 계층에 대한 자세한 지식이 필요합니다. 아마도 블록체인 기술이 성숙해짐에 따라 서로 다른 계층을 명확하게 구분할 수 있을 것입니다. 하지만 아직은 확실히 거기에 이르지 못했습니다.

7. 계산적으로 제한된 환경에서 작업해야 함

블록체인 프로토콜에 의해 구현된 하늘의 컴퓨터는 계산적으로 제약된 환경입니다. 전통적인 메커니즘 설계는 경제적 인센티브에만 초점을 맞추고 계산 문제를 무시합니다(예를 들어, 유명한 Vickrey-Clark-Groves 메커니즘은 매우 복잡한 할당 문제에는 실행 불가능합니다).

니산과 로넨이 1999년에 알고리즘 메커니즘 설계를 제안했을 때, 그들은 메커니즘이 현실 세계에서 실질적인 의미를 갖기 위해서는 어떤 종류의 계산적 추적성이 필요하다고 지적했습니다. 따라서 그들은 문제 매개변수의 다항식(지수적이지 않음) 함수의 어느 정도와 함께 확장되는 계산 및 통신 메커니즘에 대한 주의를 제한할 것을 제안했습니다.

블록체인 프로토콜 가상 머신은 계산을 거의 하지 않기 때문에 온체인 메커니즘은 매우 가벼워야 합니다. 다항식 시간과 통신은 필요하지만 충분하지는 않습니다. 예를 들어, 희소성은 자동화된 마켓 메이커가 제한 주문장과 같은 보다 전통적인 솔루션이 아닌 Ethereum DeFi를 완전히 지배하는 주된 이유입니다.

8. 아직 초기 단계

일반적으로 사람들이 웹3가 초기 단계에 있다고 말할 때, 그들은 투자 기회나 채택을 말합니다. 하지만 과학적 관점에서 보면, 우리는 그보다 더 일찍입니다. 기회는 엄청나지만, 더 어려워질 뿐입니다.

성숙한 연구 분야에서 일하는 것의 이점은 모든 사람에게 당연하게 여겨진다. 수용된 모델과 정의가 있다. 가장 중요한 질문에 대한 합의가 있다. 진행 상황을 측정하는 방법에 대한 중요한 조정이 있다. 공통된 어휘와 방대한 대중 지식 기반이 있다. 또한 잘 검토된 교과서, 온라인 과정 및 기타 리소스를 포함하여 가속화로 가는 경로도 있다.

동시에 블록체인 공간의 많은 측면에서 우리는 아직 명확하게 생각하고 중요한 문제에 대해 진전을 이루기 위한 "올바른" 모델과 정의를 알지 못합니다. 예를 들어, 블록체인 프로토콜의 맥락에서 호환성 인센티브의 가장 중요한 개념은 무엇입니까? web3 스택의 계층은 무엇입니까? 최대 추출 가능 가치(MEV)의 구성 요소는 무엇입니까? 이것들은 모두 열린 질문입니다.

블록체인 과학에 관심이 있는 사람들에게 이 분야의 미숙함은 도전입니다. 하지만 일찍(지금) 참여하는 것도 독특한 기회를 제공합니다.

메커니즘 설계는 실시간 광고 경매나 오늘날 전자 상거래에서 단체 구매에 이르기까지 대부분의 온라인 소비자 애플리케이션에 널리 퍼져 있는 양면 시장 설계와 같이 인터넷 애플리케이션 계층에서 항상 유용한 도구였습니다.

하지만 web3에서는 메커니즘 설계가 인프라 자체에 대한 설계 결정에도 영향을 미칩니다.

1970년대와 1980년대를 떠올려 보세요. 그때는 인터넷 라우팅 프로토콜이 아직 논의되고 설계되고 있었습니다. 제가 아는 한, 인센티브와 메커니즘 설계에 대한 전문 지식을 가진 사람은 아무도 그 자리에 앉지 못했습니다. 지금 돌이켜보면, 그런 사람들이 설계에 유용한 정보를 제공할 수 있었을 것입니다. 한편, web3에서는 원래 비트코인 백서가 공개되면서 인센티브 메커니즘이 처음부터 논의의 일부가 되었습니다.

웹3에 대한 올바른 모델, 정의, 성공 지표를 둘러싼 혼란은 실제로 우리가 황금기를 맞고 있다는 것을 말해줍니다. 미래 세대의 학생과 과학자들은 우리가 적절한 시기에 적절한 장소에 있고, 이 기술의 궤적을 형성할 기회가 있다는 것을 부러워할 것입니다. 따라서 이 분야에 대한 교과서는 많지 않을지 몰라도 언젠가는 있을 것이고, 그 책들이 설명할 것은 우리가 지금 하고 있는 일입니다.

이 기사는 인터넷에서 발췌한 것입니다: a16z: 블록체인 메커니즘 설계의 8가지 과제 탐구

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