a16z：「強力なチェーンの品質」により、各ステーキング参加者がブロック内で専用のスペースを確保
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a16z：「強力なチェーンの品質」により、各ステーキング参加者がブロック内で専用のスペースを確保
チェーンの品質から強固なチェーンの品質へ：高スループット時代における「私のトランザクションは私が完全にコントロールする」の真の実現方法
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：@ittaia、@PGarimidi、および@jneu_net
翻訳：AididiaoJP、Foresight News
チェーン品質（Chain Quality, CQ）は、ブロックチェーンの基本的な性質の一つである。平易に言えば、次のように定義される：
あなたが総ステーキング割合の3％を保有している場合、平均的には、すべてのブロック空間のうち3％を制御できる。
低スループットの初期段階のブロックチェーンでは、このチェーン品質の概念は十分に適用可能であった。しかし、現代のブロックチェーンは帯域幅がはるかに広く、単一のブロック内に多数のトランザクションを収容できる。
これにより、より強くかつ精緻な概念が必要となる。それは、単に時間軸上の平均的なブロック空間占有率を扱うだけでなく、各ブロック内部におけるブロック空間の分配にも注目するものである。これを「強チェーン品質」（Strong Chain Quality, SCQ）と呼ぶ：
あなたが総ステーキング割合の3％を保有している場合、各ブロックにおいても、そのブロック空間の3％を制御できる。
本質的に、この性質は、高スループットのブロックチェーン内で利害関係者に「仮想レーン」を提供し、自らのトランザクションが確実にブロックに含まれることを保証する。
ブロックチェーンにおける「チェーン品質」
ビットコインが成し遂げた重要なイノベーションの一つ——現在ではほぼすべてのブロックチェーンが備えている——は、プロトコル内部にブロック提案者に対する報酬メカニズムを導入した点にある。すなわち、状態機械にブロックを正常に追加できた参加者は、新規発行トークンおよびトランザクション手数料を受け取る。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る。
従来の分散コンピューティングモデルでは、参加者は「誠実な参加者」と「悪意ある参加者」に分類される。ここでは、誠実な行動を報いる必要はなく、むしろ誠実さがモデルのデフォルト前提とされている。
一方、暗号経済モデルでは、参加者は合理性に基づいて行動するエージェントと見なされ、その効用関数は未知である可能性がある。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、自然とプロトコルの成功運営と一致するようなインセンティブ設計を行うことである。プロトコル内部の報酬メカニズムと組み合わせて、チェーン品質（CQ）の理想化された定義は以下の通りである：
チェーン品質（CQ）：総ステーキング割合のX％を保有する同盟は、グローバル安定時間（GST）以降、各チェーンへの追加ブロックの提案者となる確率がX％である。
もしチェーンがチェーン品質の要件から逸脱すると、特定の同盟が通常よりも高い割合の報酬を獲得できてしまうため、誠実な行動の動機が弱まり、プロトコルのセキュリティが脅かされる。
多くのブロックチェーンは、「ステーキング重みに基づくランダムリーダー交代メカニズム」を用いることで、この性質を満たす、あるいは満たそうと試みている。現在直面している典型的な課題には、ビットコインにおける「セルフィッシュ・マイニング」問題、Monadにおける末尾フォーク耐性の問題、およびイーサリアムのLMD GHOSTプロトコルにおける問題などがある。
「強チェーン品質」の起源
ブロック空間が十分に余裕がある場合、ブロック全体の内容を単一の提案者に独占させる必要はない。代わりに、同一ブロック内のブロック空間を複数の参加者で分割することが可能である。この思想を暗号経済学的に表現したものが、強チェーン品質（SCQ）という定義である：
強チェーン品質（SCQ）：総ステーキング割合のX％を保有する同盟は、グローバル安定時間（GST）以降、各ブロックにおいてX％のブロック空間を制御できる。
この理想化された性質は、暗に「仮想レーン」という抽象概念を導き出す。すなわち、同盟は実質的に各ブロックにおいて一定割合の専用ブロック空間を制御できるのである。
経済的観点から見ると、仮想レーンを保有することは、収益を生む生産的資産を所有することに相当する。その収益源はトランザクション手数料であり得るし、MEV（最大可抽出価値）でもある。外部主体はこうしたレーンを獲得・維持するために、ステーキング権益を巡って競争し、それにより基盤となるL1トークンに継続的な需要が創出される。レーンが生み出す経済的価値が大きければ大きいほど、ステーキング権益を確保しようとする競争は激化し、これらのブロック空間へのアクセス権を支配するL1ステーキング権益が蓄積する価値も高まる。このような抽象化により、より強い検閲耐性を、プロトコル内のSCQ有効性属性へと変換することが可能になる。
強チェーン品質と検閲耐性
最近の研究によれば、検閲耐性を持つプロトコルは極めて重要である。このようなプロトコルは、誠実な参加者の入力が最終的に含められることを保証するだけでなく、即時に含められることも保証しなければならない。強チェーン品質（SCQ）は、ブロック容量が限られている状況下におけるこの性質の拡張と見なすことができる。
実際の運用場面では、含めるべきトランザクション量が利用可能なブロック空間を上回った場合、いかなるプロトコルも理想的な意味での検閲耐性を満たすことはできない。SCQは、この制約に対してより現実的なアプローチを提供する：すべての誠実なトランザクションが必ず含められるという要求を緩和し、各ステーキングノードに「予算」を割り当て、その範囲内でのトランザクションの含められることを保証する。
MCPプロトコルは、既存の実用的バイザンチン耐性（PBFT）型コンセンサスプロトコルの上位レイヤーとして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付与することを目的としている。このプロトコルは同時にSCQの要件も満たしており、ステーキング権益の割合に応じて提案者にブロック空間を割り当てる。また、既存の有向非巡回グラフ（DAG）を用いたBFTプロトコルは、マルチライター型メモリプールを実現する手法を提供しており、ある程度の検閲耐性も備えている。
これらのプロトコルの標準的な実装では、リーダーが特定のトランザクションのサブセットを意図的に遅延させることを許容しているため、厳密にはSCQを満たしていない。ただし、これらのプロトコルをわずかに修正することで、再びSCQを達成することが可能である。関連する研究方向の一つとして、「強制トランザクション含め」（forced transaction inclusion）があり、これは検閲行為を抑制するための手段である。
さらにMCPは、より強い隠蔽性質（hiding property）の実現方法も示している。この性質を活用することで、利害関係者は仮想的なプライベートレーンを作成でき、そのレーン内の内容は、ブロック全体が公開されるまで明らかにされない。この点については、今後の記事で詳しく解説する予定である。
強チェーン品質の実現方法
グローバル安定時間（GST）以降に強チェーン品質を実現する鍵は、提案者が利害関係者の入力を恣意的に検閲できないようにすることにある。これは、2ラウンドのプロトコルによって実現可能である。ほとんどすべてのビューに基づくBFTプロトコルに、わずか2つの小さな変更を加えるだけでよい：
- 第1ラウンド：各参加者は、自身の認証済み入力を他のすべての参加者に送信する。
- 第2ラウンド：各参加者は、参加者iから認証済み入力を受信した場合、iを自身の「含めリスト」に追加する。その後、その参加者は自身の含めリストをリーダーに送信する。これは、自分は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理するというコミットメントを意味する。
- BFT提案：リーダーは、これらのメッセージを受信した後、受信したすべての含めリストの和集合を含むブロックを生成する。
- BFT投票：各参加者は、自身の含めリストに含まれるすべての入力を含むブロックに対してのみ賛成票を投じる。
このプロトコルの概要から、完全なプロトコルを構築できることは容易に理解できる。このプロトコルは、GST以降に強チェーン品質を満たし、検閲耐性を提供するとともに、リーダーが誠実な場合に活性（liveness）を保証する。GST以前にもSCQを実現したい場合は、各ラウンドで法定数（quorum）に達する十分な数の値またはリストを待つ必要がある。このプロトコルおよびその拡張形については、今後の記事で詳細に説明する予定である。
最近の研究によれば、強チェーン品質および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、さらに2ラウンド（上記のプロトコル概要に示す通り）を追加する必要があることが示されている。この結果についても、今後の記事で詳細に説明する予定である。
強チェーン品質（SCQ）は、同盟が制御できるブロック空間の割合を規定するが、ブロック内のトランザクションの順序付けまでは完全には限定しない。言い換えれば、SCQは各ステーキングノードに対して空間を予約するが、その空間内のトランザクション順序については一切保証しない。
これは、トランザクション順序付けメカニズムの設計に豊かな研究空間を開く。優れた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ける公平性および効率性をさらに向上させる可能性がある。注目に値する方向性の一つとして、優先手数料（priority fee）に基づくトランザクション順序付けが挙げられる。
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