a16z:強いチェーン品質の真意、ブロック空間を独占すべきではない

原題:コア・ブロックチェーン・プロパティを超えて：「強いチェーン品質」

原作者：ittaia、PGarimidi、jneu_net、a16z

元のコンパイル:AididiaoJP、フォーサイトニュース

チェーン品質（CQ）は、ブロックチェーンのコアプロパティです。簡単に言えば、次のことを意味します。

出資持分の3％を保有していれば、平均すると、ブロックスペースの3％をコントロールできます。

スループットの低い初期のブロックチェーンでは、チェーン品質はすでに十分に適用できる。しかし、現代のブロックチェーンは帯域幅が非常に大きく、1つのブロックに大量のトランザクションを含めることができます。

それが、より強く洗練されたコンセプトへと繋がっていく。時間の経過に伴う平均ブロック領域比率だけでなく、各ブロック内のブロック領域の割り当ても確認します。これを「強鎖質 」 （ SCQ）と呼んでいます。

出資持分の3％を保有していれば、各ブロックでブロックスペースの3％をコントロールできます。

本質的には、このプロパティにより、利害関係者は高スループットブロックチェーン内に「仮想レーン」を持つことができ、そのトランザクションを含めることができます。

ブロックチェーンにおける「チェーン品質」

ビットコインの主要なイノベーションの1つは、現在ほぼすべてのブロックチェーンに存在するが、プロトコル内にブロック提案者に対する報酬メカニズムを導入したことである。これらの報酬は状態遷移関数によって指定され、最終的にシステム状態に反映される。

従来の分散コンピューティングモデルでは、参加者は正直者と悪意者に分かれます。モデルにおけるデフォルトの仮定は正直な行動なので、ここでは正直な当事者に報酬を与える必要はありません。

暗号経済モデルでは、参加者は効用関数が未知であるかもしれない合理的なアクターと見なされる。目標は、これらの参加者の利益最大化の追求とプロトコルの成功運用を整合させるインセンティブを設計することである。プロトコルの内部報酬メカニズムを組み合わせることで、チェーン品質の次の理想的な定義を導き出すことができます。

チェーン品質(CQ):総持分のX%を保有するアライアンスは、グローバル安定時間(GST)後にチェーンに入る各ブロックの提案者となる確率がX%である。

チェーンがチェーン品質の要件から逸脱した場合、特定のアライアンスが通常の割合を超える報酬シェアを得ることを許し、その結果、正直な行動のモチベーションが弱まり、プロトコルのセキュリティが脅かされる可能性がある。

多くのブロックチェーンは 、 「 賭けの重み付けランダムリーダーローテーションメカニズム」を通じて、この特性を満たすか、満たすよう努力している。

現在直面している一般的な課題には、次のようなものがあります。ビットコインの「利己的マイニング」問題、モナドのテールフォーク耐性問題、イーサリアムのLMD GHOSTプロトコルの問題。

「強いチェーン品質」の原点

ブロック空間が十分に余裕があるとき、1人の提案者がブロックの内容全体を独占することを許す必要はない。代わりに、同じブロックのブロック空間を複数の参加者が共同で割り当てることができます。暗号経済学における強いチェーン品質の定義は、この考えを表しています。

Strong Chain Quality (SCQ):総持分のX%を保有するアライアンスは、グローバル安定時間(GST)後に各ブロックのブロックスペースのX%を制御できます。

この理想化された性質は、暗黙のうちに「仮想レーン」という抽象概念を導入する。つまり、アライアンスは実際に各ブロックの専用ブロックスペースの一定割合をコントロールできるのです。

経済的な観点では、仮想レーンを持つことは、取引手数料やMEV（Maximum Extractable Value：最大抽出可能価値）から得られるかもしれない、収益を生み出せる生産的な資産を保有することに等しい。外部エンティティは、これらのレーンを取得および維持するために持分を中心に競争し、基盤となるL1トークンの持続的な需要を創出します。レーンが生み出す経済的価値が大きければ大きいほど、当事者が持分を競い合う動機は強くなり、このブロック空間へのアクセスを制御することでL1持分が蓄積できる価値は高くなる。この抽象化によって、より強い検閲抵抗をプロトコル内のSCQの実効特性に翻訳することができる。

強力なチェーン品質と検閲耐性

最近の研究によると、検閲に強いプロトコルは極めて重要である。そのようなプロトコルは、正直な当事者の意見が最終的に含まれることを保証するだけでなく、すぐに含まれることができることを保証しなければならない。ブロック容量が制限された条件下では、この特性の延長としてストロングチェーン品質（SCQ）が捉えられる。

現実的なシナリオでは、含まれるトランザクションの量が利用可能なブロック空間を超過した場合、どのプロトコルも理想的な検閲耐性を達成できない。SCQは、すべての正直なトランザクションが常に含まれることを要求せず、各ステークノードに「予算」を割り当て、この予算内でそれらのトランザクションを含めることができるようにするという、より実用的なアプローチでこの制限に対処しています。

MCPプロトコルは、既存のPractical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) コンセンサスプロトコルの上にコンポーネントとして提案され、これらのプロトコルに検閲耐性を付与した。このプロトコルはSCQの要件、つまり出資比率に基づいて提案者にブロックスペースを割り当てるという要件も満たしている。既存の有向非巡回グラフ（DAG）ベースのBFTプロトコルは、マルチライターメモリプールを実現する方法を提供し、一定の検閲耐性も備えている。

これらのプロトコルの標準実装では、リーダーがトランザクションの特定のサブセットを選択的に遅延させることができるため、SCQを厳密に満たすことができないことがよくあります。しかし、これらのプロトコルにわずかな変更を加えると、SCQを再確立できる可能性がある。関連する方向性として、検閲行動の削減を目的とした「トランザクション・インクルージョンの義務化」がある。

MCPは、より強力な隠蔽特性を実現する方法も示します。このプロパティにより、利害関係者は仮想プライベートレーンを作成できます。このプライベートレーンの内容は、ブロック全体が一般に公開された場合にのみ明らかになります。この点については、以降の記事で詳しく説明します。

強力なチェーン品質を実現する方法

グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に強力なチェーン品質を実現するには、提案者が利害関係者の意見を恣意的に検閲できないようにすることが鍵となります。これは、2ラウンドプロトコルによって実現できます。ほとんどすべてのビューベースのBFTプロトコルに基づいており、必要な変更は2つの小さな変更だけです。

第一ラウンド:各参加者は、認証された入力を他のすべての参加者に送信します。

セカンドラウンド：各参加者は、参加者 i から認証された入力を受け取った場合、i を包含リストに追加します。その後、その参加者がリーダーにインクルージョンリストを送ります。この操作はコミットメントと等価です。つまり、そのリストのすべての入力を含むブロックのみを受け入れます。

BFT提案：これらのメッセージを受信した後、リーダーは受信したすべての包含リストの結合をブロックに含めます。

BFT投票：参加者が賛成票を投じるのは、ブロックに自身の包含リストからの入力がすべて含まれている場合だけです。

このプロトコルスケッチによれば、完全なプロトコルを構築できることは明らかである。このプロトコルは、グローバル安定時間（GST）後の強力なチェーン品質を満たすことができ、検閲耐性を提供し、リーダーが正直な政党である場合もアクティブなままです。GSTの前にSCQを達成するには、各ラウンドで十分な数（クォーラム）の値またはリストを待つ必要もあります。このプロトコルとその拡張形式については、以降の記事で詳しく説明します。

最近の研究では、強力なチェーン品質と検閲耐性を実現するには、従来のBFTプロトコルの投票ラウンドに加えて、2つのラウンドを追加する必要があることが示されています（上のプロトコルスケッチを参照 ） 。この結果については、以降の記事でも詳しく説明します。

強力なチェーン品質（SCQ）は、アライアンスが制御できるブロック空間の割合を指定しますが、ブロック内のトランザクションの順序を完全に制約するものではありません。SCQは、各ステーキングノード用の領域を予約するものと理解できますが、その領域内のトランザクションの順序を保証するものではありません。

これにより、トランザクション順序メカニズムの設計に関する豊富な研究機会が開けます。優れた発注メカニズムにより、ブロックチェーンエコシステム内での公平性と効率性がさらに向上することが期待されます。注目すべき方向性のひとつは、優先手数料による取引の注文です。