a16z：探索区块链机制设计的8大挑战

原文作者：a16z 加密研究主管 Tim Roughgarden

原文翻译：0x xz，Golden Finance

深入研究一个领域可以让你认识到，现实世界的问题只是一些可以很好地解决的问题的拙劣伪装。例如，当我教授算法基础知识时，学生们学会了如何识别归结为最短路径计算或线性规划的问题。

这种模式匹配在机制设计中同样有效，机制设计是一种利用激励措施实现预期结果的“逆博弈论”。机制设计的工具和经验在拍卖理论、市场设计和社会选择理论中特别有用。

加密和 web3 中充斥着机制设计问题。人们可能会认为，许多问题可以通过应用教科书上的内容来解决，对旧想法进行新的诠释。然而，无需许可的区块链协议的独特挑战和局限性往往迫使人们重新思考看似已解决的问题的基本原理。这使得 web3 中的机制设计变得复杂。但正是这些挑战使得 web3 机制设计令人着迷。

在本文中，我将探讨 web3 机制设计面临的一些挑战。这些挑战对于加密原生用户来说可能很熟悉，但对机制设计的更深入了解应该为所有构建者提供新的视角，让他们了解解决这些问题为何如此困难。对于机制设计者来说，如果你正在考虑新的应用程序，你可能会对无许可环境带来的挑战感兴趣。

但首先，什么是机制设计？

机制设计领域至少可以追溯到 1961 年，当时哥伦比亚大学经济学家、后来的诺贝尔奖获得者威廉·维克里 (William Vickrey) 正式确立了第二价格密封拍卖。这种拍卖形式早在 1797 年就已使用，当时作家约翰·沃尔夫冈·冯·歌德 (Johann Wolfgang von Goethe) 出售了他的史诗《赫尔曼与多萝西娅》的手稿，并在 19 世纪被集邮者广泛使用，但直到 1961 年维克里才正式确立了这种拍卖形式，现在通常被称为维克里拍卖。在维克里拍卖模型中，出价最高的人获胜，但要支付第二高的出价。这种拍卖会激发竞标者的真实偏好，并将物品交给估价最高的人。

维克里拍卖是一种优雅而高效的设计，它已应用于现实世界，并根据新情况进行调整和更新，实践指导理论，理论指导实践。与维克里拍卖一样，机制设计作为一门正式学科的历史是理论与实践交汇的历史，既深刻又美丽。

与博弈论不同，博弈论建立了战略互动的维度并探索行为最可能的结果，而机制设计领域不是从博弈开始，而是从期望结果开始。机制设计的目标是对某种形式的博弈进行逆向工程，以便平衡期望结果（其特征可能是效率、公平或某些行为）。在维克里拍卖中，最终目标是诱导参与者支付他们愿意支付的最高金额，而不会惩罚他们。

Web3 中的机制设计机会很多。例如，区块链协议可能希望实现协议参与者诚信行事（并且不偏离预期行为）的结果。或者，协议可能希望获得有关交易价值的准确信息，以便有效地将区块空间分配给最有价值的交易。

这样的机制设计问题始终具有挑战性，但在区块链环境下的挑战更加独特。

1. 缺乏信任

如果没有一个可信赖的一方来执行机制，区块链领域的设计就会变得更加困难。

使用无需许可的区块链协议的全部意义在于你不必信任任何一个实体或个人，你只需要一个“平均”的信任假设，即运行该协议的足够多的节点是诚实的。

但许多区块链架构的讽刺之处在于，添加到链历史记录中并在协议维护的虚拟机中执行的每一批交易都是单个节点单方面决策的产物。

目前尚不清楚您是否可以信任该节点。

这就是维克里拍卖在区块链领域很少见的原因。天真地实施维克里拍卖很快就会遇到不受信任的区块生产者操纵的问题。问题是，区块生产者可以创建一个称为“虚假出价”的虚假出价，该出价略低于潜在获胜者的出价，从而迫使获胜者支付几乎全部出价（而不是真正的第二高出价）。

来自不受信任的区块生产者的虚假出价实际上导致维克里拍卖恢复为第一价格拍卖，这也是第一价格拍卖在 web3 中如此常见的原因之一。（传统机制设计文献中关于可信机制的最新分支也考虑了不受信任的拍卖商的拍卖设计，但从不同的角度考虑。）

2. 串谋

区块链机制设计困难的另一个原因是区块链参与者之间可能存在勾结。例如，第二价格拍卖很容易与补偿支付勾结。原因很简单：由于中标者支付第二高的出价，因此投标人可以贿赂第二高的出价者，使其出价低得多。

机制设计方面的学术文献并没有过多地担心这个问题。原因之一可能是，现实世界中很难实现合谋（尤其是有补偿性支付的合谋）。合谋之后，获胜者可以简单地拒绝支付贿赂，因此很难获得可信的补偿性支付。（俗话说：盗贼之间没有正义。）

但在区块链的背景下，潜在的合谋者往往可以利用智能合约提供可靠的承诺，让合谋行为真正发挥作用。第二个原因是缺乏一种抑制和补偿支付合谋的机制——一种只提供报价而不提供其他内容的价格披露机制。

更糟糕的是，协议用户不仅可能相互勾结，还可能与（不受信任的）区块生产者勾结（相当于现实世界拍卖中的竞标者和拍卖师之间的勾结）。

防止最后一种勾结是以太坊 EIP-1559 交易费机制中销毁部分交易费的主要动机之一。如果不“销毁”（或以其他方式扣留区块生产者的这些收入），区块生产者和最终用户可以通过补偿支付进行勾结，并逃避该机制试图施加的任何底价。

3. 我们不能仅仅依赖法治

共谋问题显然并非新问题。几个世纪以来，它一直困扰着各种现实机制，但如果你看看机制设计文献，你可能会惊讶地发现它对这个问题的解决之道如此之少。文献确实直面了个体行为者单方面操纵机制的动机，但它通常将问题留给一些未被认识到的“法治”概念。例如，机制的参与者可能会签署一份法律合同，规定他们不会共谋。如果发现共谋，就会诉诸法律渠道。机制设计师可以通过创建一种相对容易检测共谋的机制来提供帮助。

机制设计文献中有一个不为人知的秘密：依赖法治。虽然我们不能说在无需许可的区块链协议领域没有法治——我们经常看到执法部门在无需许可的区块链上成功起诉犯罪——但法治的程度远低于传统机制设计应用。

如果不能依赖机制之外的法治，那么设计师就有责任解决机制内部的问题。这种方法在区块链领域的机制设计决策中很普遍。特别是在以太坊协议中，例子比比皆是，从 EIP-1559 销毁基础费用收入到削减在其共识协议中行为不当的验证者。

4.更大的设计空间

web3 中的设计空间比机制设计者习惯的要大。因此，设计者必须重新思考所有给定的问题。例如，许多机制涉及付款，在传统的机制设计应用中，付款将以美元等法定货币进行。许多区块链协议都有自己的原生货币，并且此类协议中的机制能够操纵这些货币。

想象一下，如果你写了一篇传统的机制设计文章，其中部分机制描述是：印制一堆新货币并将其分发给一群参与者。在区块链之外，这是荒谬的。但当你在区块链协议的背景下谈论机制设计时，你绝对可以这样做。协议控制货币，因此协议机制的一部分可以铸造代币或销毁代币。

这意味着一些没有原生货币就不可能实现的设计成为可能。例如，如何激励比特币矿工按预期执行协议？通过通胀奖励：印制新币（比特币）来激励这些区块生产者。如果没有原生货币，这样的设计就不可能实现。

5. 本土货币可能带来其他问题

前面的原因凸显了原生货币的力量。原生货币可以做两件事：铸币（比特币协议铸造新比特币以激励矿工的方式）和销毁代币（以太坊 EIP-1559 交易费机制销毁 ETH 以抵制勾结的方式）。原生货币潜藏着传统机制设计中不存在的危险：微观经济设计决策可能会产生宏观经济后果。

在传统的机制设计中，没有理由担心宏观经济力量。传统的拍卖对美国的货币供应量或通货膨胀率没有产生有意义的影响。这对 web3 设计领域来说是一个全新的挑战。可能出现什么问题？我给大家举两个例子，一个是关于比特币的铸造，一个是关于 ETH 的销毁。

由于使用区块奖励（通过印发新币来激励矿工），比特币被迫出现通货膨胀。因此，它还必须有相应的货币政策来确定通货膨胀率及其随时间的变化。中本聪还设定了 2100 万比特币的硬性供应上限。由于比特币数量存在硬性上限，因此通货膨胀率必须接近于零。

如果通货膨胀率真的为零，那么应该用什么来激励矿工继续运行协议并为比特币提供安全保障呢？人们一直希望交易费能够弥补缺失的区块奖励，尽管这种情况发生的可能性很小。众所周知，如果交易费接近于零，那么比特币协议将遭受重大安全问题。

普林斯顿大学计算机科学家 Miles Carlston、Harry Kalodner、Matthew Weinberg 和 Arvind Narayanan 在一篇文章中指出了交易费和区块奖励之间的另一个区别。虽然每个区块的区块奖励都相同（至少在区块奖励连续“减半”之间），但交易费可能会相差几个数量级——这反过来又给协议带来了新的博弈论不稳定性。从这个意义上说，确定供应上限的宏观经济决策对协议及其参与者产生了负面的微观经济影响。

正如区块奖励铸造是比特币的通胀力量一样，EIP-1559 中的交易费销毁是以太坊的通货紧缩力量。在以太坊协议（确实使用通胀验证者奖励）中，这两股力量之间存在着拉锯战，通货紧缩往往获胜。ETH 现在是一种净通货紧缩货币，这是协议交易费机制中受微观经济驱动的设计决策的宏观经济后果。

通货紧缩对以太坊协议来说是好事还是坏事？ETH 持有者喜欢通货紧缩，因为在其他条件相同的情况下，他们的代币会随着时间的推移变得更有价值。（事实上，这种副产品可能最终影响了公众舆论，支持转向 EIP-1559 的交易费机制。）然而，通货紧缩这个词吓跑了受过传统训练的宏观经济学家，让人想起 1990 年代日本的经济滞胀。

谁说得对？我个人认为主权法币并不是 ETH 等加密货币的正确类比。那么，什么才是正确的类比呢？这仍然是一个悬而未决的问题，需要区块链研究人员进一步探索：为什么通货紧缩货币可以是支持区块链协议的加密货币，但不能是支持主权国家的法币？

6. 不要忽视底层堆栈

我们在计算机科学中努力实现的目标之一是模块化和清晰的抽象，这使我们能够信任系统的各个部分。在设计和分析系统的一部分时，您可能需要了解系统其他部分输出的功能。但理想情况下，您不需要知道此功能在后台是如何实现的。

在区块链协议中，我们还没有达到这种理想状态。虽然构建者和机制设计者可能喜欢专注于应用层，但他们不能忽视基础设施层的运作方式及其细节。

例如，如果你正在设计一个自动化做市商，你就必须考虑不受信任的区块生产者负责交易排序的可能性。或者，如果你正在考虑为（L2）rollup 设计一个交易费用机制，你不仅要为 L2 的资源消耗买单，还要为底层 L1 协议产生的所有成本买单（例如，存储 calldata）。

在这两个例子中，一层的有效机制设计需要对其他层有详细的了解。也许，随着区块链技术的成熟，我们将对不同的层进行明确的划分。但我们肯定还没有做到这一点。

7. 需要在计算受限的环境中工作

区块链协议实现的天空计算机是一个计算受限的环境，传统的机制设计只注重经济激励，而忽略了计算问题（例如著名的维克里-克拉克-格罗夫斯机制对于高度复杂的分配问题就不适用）。

当 Nisan 和 Ronen 在 1999 年提出算法机制设计时，他们指出我们确实需要某种计算可追溯性，以使机制在现实世界中具有实际意义。因此，他们建议将注意力限制在计算和通信机制上，这些机制会随着问题参数的多项式（而非指数）函数的增加而扩展。

由于区块链协议虚拟机执行的计算非常少，因此链上机制必须非常轻量——多项式时间和通信是必要的，但还不够。例如，稀缺性是自动做市商完全主导以太坊 DeFi 的主要原因，而不是限价订单簿等更传统的解决方案。

8. 仍处于早期阶段

通常当人们说 web3 处于早期阶段时，他们指的是投资机会或采用机会。但从科学角度来看，我们甚至比这还要早。尽管机会巨大，但事情只会变得越来越难。

在成熟的研究领域工作的好处是每个人都认为理所当然的。有公认的模型和定义。对最重要的问题有共识。对如何衡量进展有关键的协调。有共同的词汇和庞大的公共知识库。还有加速发展的途径，包括经过良好评价的教科书、在线课程和其他资源。

与此同时，在区块链领域的许多方面，我们还不知道“正确”的模型和定义，以便清晰地思考并在重要问题上取得进展。例如，在区块链协议的背景下，兼容性激励最重要的概念是什么？web3 堆栈的层是什么？最大可提取值 (MEV) 的组成部分是什么？这些都是悬而未决的问题。

对于那些对区块链科学感兴趣的人来说，该领域的不成熟是一个挑战。但现在尽早参与也会带来独特的机会。

机制设计一直是互联网应用层的有用工具——例如实时广告拍卖，或者从电子商务到团购等当今大多数在线消费应用中流行的双边市场设计。

但在 web3 中，机制设计也为基础设施本身的设计决策提供信息。

回想一下 20 世纪 70 年代和 80 年代，当时互联网路由协议仍在讨论和设计中。据我所知，没有一个在激励和机制设计方面具有专业知识的人参与其中。现在回想起来，我们意识到这些人可以为设计提供有用的信息。与此同时，在 web3 中，随着原始比特币白皮书的发布，激励机制从一开始就成为讨论的一部分。

围绕 web3 的正确模型、定义和成功指标的困惑实际上告诉我们，我们正处于黄金时代。未来的学生和科学家会羡慕我们在正确的时间出现在正确的地点，有机会塑造这项技术的轨迹。因此，虽然这个领域的教科书可能不多，但总有一天会有，而这些书将描述的正是我们现在正在做的工作。

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