a16z：強いチェーンの質の真の意味、ブロックスペースは独占されるべきではない

原文タイトル：コアブロックチェーン特性を超えて：「強いチェーン品質」

原文著者：ittaia、PGarimidi、jneu_net，a16z

原文翻訳：AididiaoJP，Foresight News

チェーン品質（Chain Quality, CQ）はブロックチェーンのコア特性の一つです。簡単に言うと、その意味は：

もしあなたが3%のステークを持っているなら、平均的な時間範囲内で、あなたは3%のブロックスペースを制御できるということです。

スループットが低い初期のブロックチェーンにとって、チェーン品質は十分に適用可能です。しかし、現代のブロックチェーンははるかに大きな帯域幅を持ち、単一のブロック内に大量の取引を含めることができます。

これにより、より強力で、より精緻な概念が導入されます。それは、時間の平均的なブロックスペースの割合だけでなく、各ブロック内部のブロックスペースの分割にも焦点を当てています。これを「強いチェーン品質」（Strong Chain Quality, SCQ）と呼びます：

もしあなたが3%のステークを持っているなら、各ブロック内であなたは3%のブロックスペースを制御できるのです。

本質的に、この特性は利害関係者が高スループットのブロックチェーン内で「仮想レーン」を持つことを可能にし、自分の取引が含まれることを保証します。

ブロックチェーンにおける「チェーン品質」

ビットコインの重要な革新の一つ------現在ほぼすべてのブロックチェーンが備えているもの------は、プロトコル内部にブロック提案者への報酬メカニズムを導入したことです：ブロックを状態機械に追加することに成功した側は、新たに鋳造されたトークンと取引手数料を得ることができます。これらの報酬は状態遷移関数によって規定され、最終的にはシステムの状態に反映されます。

従来の分散コンピューティングモデルでは、参加者は誠実な者と悪意のある者に分けられます。ここでは、誠実な者に報酬を与える必要はありません。なぜなら、誠実な行動自体がモデル内のデフォルトの仮定だからです。

一方、暗号経済モデルでは、参加者は合理的な行動者と見なされ、その効用関数は未知である可能性があります。目標は、これらの参加者が自己の利益最大化を追求する過程で、自然にプロトコルの成功した運用と一致するようにインセンティブを設計することです。プロトコル内部の報酬メカニズムを組み合わせることで、次のような理想的なチェーン品質の定義を導き出すことができます：

チェーン品質（CQ）：総ステークのX%を持つアライアンスは、全体の安定時間（GST）後に、X%の確率で各ブロックの提案者になることができます。

もしチェーンがチェーン品質の要件から逸脱すると、特定のアライアンスが通常の割合を超える報酬を得る可能性があり、誠実な行動の動機を弱め、プロトコルの安全性を脅かすことになります。

多くのブロックチェーンは「ステーク重みベースのランダムリーダー交代メカニズム」を通じて、この特性を満たすか、満たそうとしています。

現在直面している典型的な課題には、ビットコインの「自己中心的なマイニング」問題、Monadの尾部分岐耐性問題、そしてイーサリアムLMD GHOSTプロトコルの問題が含まれます。

「強いチェーン品質」の由来

ブロックスペースが十分に豊富な場合、私たちは単一の提案者に全ブロックの内容を独占させる必要はありません。むしろ、同じブロックのブロックスペースは複数の参加者によって共同で分割することができます。強いチェーン品質という暗号経済の定義が表現しているのは、まさにこの考えです：

強いチェーン品質（SCQ）：総ステークのX%を持つアライアンスは、全体の安定時間（GST）後に、各ブロック内でX%のブロックスペースを制御できることです。

この理想的な特性は、暗黙的に「仮想レーン」という抽象概念を導き出します。つまり、アライアンスは実際に各ブロック内で一定の割合の専用ブロックスペースを制御できるのです。

経済的な観点から見ると、仮想レーンを持つことは、取引手数料やMEV（最大抽出可能価値）から得られる収益を生み出す生産的資産を持つことに相当します。外部の実体はこれらのレーンを獲得し維持するためにステークを巡って競争し、これが基盤となるL1トークンに持続的な需要を生み出します。レーンが生み出す経済的価値が大きいほど、各方面がステークを競う動機が強まり、これらのブロックスペースへのアクセス権を制御するL1ステークが蓄積できる価値も高くなります。この抽象を通じて、より強い検閲耐性をプロトコル内のSCQの有効性属性に変換することができます。

強いチェーン品質と検閲耐性

最近の研究は、検閲耐性のあるプロトコルが非常に重要であることを示しています。この種のプロトコルは、誠実な者の入力が最終的に含まれることを保証するだけでなく、それらが即座に含まれることを保証する必要があります。強いチェーン品質（SCQ）は、この特性がブロック容量が限られている場合の拡張と見なすことができます。

実際のシナリオでは、含まれるべき取引量が利用可能なブロックスペースを超える場合、理想的な意味での検閲耐性を満たすプロトコルは存在しません。SCQは、この制限に対処するために、より実用的なアプローチを取ります：すべての誠実な取引が常に含まれることを強制するのではなく、各ステークノードに「予算」を割り当て、その予算内で取引が含まれることを保証します。

MCPプロトコルは、既存の実用的なビザンチン耐障害（PBFT）型コンセンサスプロトコルの上に提案されたコンポーネントであり、これらのプロトコルに検閲耐性を持たせることを目的としています。このプロトコルは同時にSCQの要件を満たします------それはステークの割合に基づいて提案者に相応のブロックスペースを割り当てます。既存の有向非巡回グラフ（DAG）ベースのBFTプロトコルは、マルチライターの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ます。

これらのプロトコルの標準実装は、通常、リーダーが特定の取引のサブセットを選択的に遅延させることを許可するため、SCQを厳密に満たすことができません。しかし、これらのプロトコルを少し修正することで、SCQを再実現することが可能です。関連する方向の一つは「強制取引包含」であり、検閲行為を減少させるために使用されます。

MCPは、より強力な隠蔽特性を実現する方法も示しています。この特性を利用することで、利害関係者は仮想のプライベートレーンを作成でき、これらのレーン内の内容はブロック全体が外部に公開されるまで明らかにされません。この点については、今後の記事でさらに詳しく説明します。

強いチェーン品質を実現する方法

全体の安定時間（GST）後に強いチェーン品質を得るための鍵は、提案者が利害関係者の入力を自由に検閲できないことを保証することです。これは二段階のプロトコルを通じて実現できます。ほぼすべてのビューに基づくBFTプロトコルの基盤の上に、2つの小さな変更を加えるだけです：

第一段階：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。

第二段階：各参加者は、参加者iからの認証された入力を受け取った場合、iを自分の包含リストに追加します。その後、その参加者は自分の包含リストをリーダーに送信します。この操作は、リーダーがそのリストに含まれるすべての入力を含むブロックのみを受け入れることを約束することに相当します。

BFT提案：リーダーはこれらのメッセージを受け取った後、受け取った包含リストの和をブロックに収録します。

BFT投票：特定のブロックがその参加者自身の包含リストに含まれるすべての入力を含む場合、その参加者は賛成票を投じます。

このプロトコルの草案に従えば、完全なプロトコルを構築することができることは明らかです。このプロトコルは、全体の安定時間（GST）後に強いチェーン品質を満たし、検閲耐性を提供し、リーダーが誠実な者である場合に活性を維持します。GSTの前にもSCQを実現するには、各ラウンドで十分な数（法定人数）の値またはリストを待つ必要があります。このプロトコルとその拡張形式については、今後の記事で詳しく説明します。

最近の研究は、強いチェーン品質と検閲耐性を実現するには、通常のBFTプロトコルの投票ラウンドにさらに2ラウンドを追加する必要があることを示しています（上記のプロトコル草案に示されているように）。この結果についても、今後の記事で詳しく説明します。

強いチェーン品質（SCQ）は、アライアンスが制御できるブロックスペースの割合を規定していますが、ブロック内の取引の順序を完全に限定するものではありません。SCQは、各ステークノードにスペースを予約することを理解できますが、これらのスペース内の取引の順序については何の保証もありません。

これにより、取引の順序付けメカニズムの設計に豊富な研究空間が開かれます。良い順序付けメカニズムは、ブロックチェーンエコシステムにおいて公平性と効率をさらに向上させることが期待されます。注目すべき方向の一つは、優先手数料に基づいて取引を順序付けることです。