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コントロールする」の真の実現
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
チェーンクオリティ（Chain Quality, CQ）は、ブロックチェーンの基本的かつ重要な属性です。平易に言えば、次のように定義されます：
もし皆さんが全ステーキング权益の3％を保有している場合、平均的な時間スケールにおいて、皆さんはブロック空間全体の3％を制御できます。
低スループットの初期段階のブロックチェーンでは、このチェーンクオリティの概念は十分に機能します。しかし、現代のブロックチェーンは帯域幅が大幅に拡大しており、単一のブロック内に多数のトランザクションを収容することが可能です。
このような状況から、より強力で精緻な概念が導入されました。これは単に時間軸上の平均的なブロック空間割合を扱うだけでなく、各ブロック内部におけるブロック空間の配分にも着目します。これを「ストロングチェーンクオリティ」（Strong Chain Quality, SCQ）と呼びます：
もし皆さんが全ステーキング权益の3％を保有している場合、各ブロックにおいても、皆さんはブロック空間全体の3％を制御できます。
本質的に、この属性により、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（virtual lane）」を確保し、自身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できるようになります。
ブロックチェーンにおける「チェーンクオリティ」
ビットコインがもたらした画期的な革新の一つ——現在ではほぼすべてのブロックチェーンが採用している——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ことです。すなわち、状態機械へブロックを正常に追加できた参加者は、新規に発行されたトークンおよびトランザクション手数料を獲得できます。これらの報酬は状態遷移関数によって定義され、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、参加者は誠実な参加者と悪意ある参加者に二分されます。このモデルでは、誠実な行動を報いる必要はなく、なぜなら誠実性そのものが前提となる仮定だからです。
一方、暗号経済モデルでは、参加者は合理的な行動主体として捉えられ、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、自然とプロトコルの健全な運用と一致するようなインセンティブ設計を行うことです。プロトコル内部の報酬メカニズムと組み合わせることで、チェーンクオリティは以下のような理想化された定義を得られます：
チェーンクオリティ（CQ）：全ステーキング权益のX％を保有する連合は、グローバル安定時間（GST）以降、各チェーンに追加されるブロックの提案者となる確率がX％である。
もしブロックチェーンがチェーンクオリティの要件から逸脱すると、特定の連合が通常よりも過大な報酬シェアを獲得することとなり、結果として誠実な行動への動機が減退し、プロトコルのセキュリティが脅かされるおそれがあります。
多くのブロックチェーンは、「ステーキング権重に基づくランダムなリーダー交代メカニズム」を用いて、この属性を満たすか、あるいはその達成を目指しています。現在直面している典型的な課題には、ビットコインにおける「セルフィッシュマイニング（自己中心的マイニング）」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ります。
「ストロングチェーンクオリティ」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ありません。むしろ、同一ブロック内のブロック空間を複数の参加者で分割・配分することが可能です。この考え方に基づき、暗号経済学的に定式化された概念が「ストロングチェーンクオリティ（SCQ）」です：
ストロングチェーンクオリティ（SCQ）：全ステーキング权益のX％を保有する連合は、グローバル安定時間（GST）以降、各ブロックにおいてブロック空間全体のX％を制御できる。
この理想化された属性は、暗黙のうちに「仮想レーン」という抽象概念を導きます。すなわち、連合は実質的に各ブロックにおいて一定比率の専用ブロック空間を確保できるのです。
経済的観点から見れば、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します。その収益源はトランザクション手数料やMEV（最大抽出可能価値）などであり得ます。外部の実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权益をめぐって競い合い、これにより下位レイヤーのL1トークンに対して継続的な需要が創出されます。レーンが生み出す経済的価値が大きければ大きいほど、ステーキング权益を巡る競争は激化し、これらのブロック空間へのアクセス権を支配するL1ステーキング权益が蓄積する価値も高まります。このような抽象化を通じて、より強固な検閲耐性（anti-censorship）を、プロトコル内のSCQの有効性という属性へと変換することが可能となります。
ストロングチェーンクオリティと検閲耐性
最近の研究によると、検閲耐性を持つプロトコルは極めて重要です。こうしたプロトコルは、誠実な参加者の入力が最終的にブロックに含まれることを保証するだけでなく、その即時包含も保証しなければなりません。ストロングチェーンクオリティ（SCQ）は、ブロック容量が限られた状況下における、こうした属性の拡張版とみなすことができます。
実際の運用環境では、ブロックに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検閲耐性を満たすことはできません。SCQは、この制約に対処するためのより現実的なアプローチを提供します。つまり、すべての誠実なトランザクションが必ずブロックに含まれるとは要求せず、代わりに各ステーキングノードに「予算（budget）」を割り当て、その予算範囲内でのトランザクションの包含を保証するのです。
MCPプロトコルは、既存の実用的ビザンチン耐性フォールトトレランス（PBFT）型コンセンサスプロトコルの上位層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の要件も満たしており、ステーキング權益の比率に応じて提案者にブロック空間を割り当てます。また、既存の有向非巡回グラフ（DAG）ベースのBFTプロトコルは、マルチライター型メモリプールの実現を可能とし、ある程度の検閲耐性も備えています。
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、厳密なSCQを満たしていません。ただし、これらのプロトコルを若干修正することで、再びSCQを実現することが可能です。関連する研究方向の一つとして、「強制的トランザクション包含（forced transaction inclusion）」があり、これは検閲行為を抑制することを目的としています。
さらにMCPは、より強力な隠蔽属性（hiding property）の実現方法も示しています。この属性により、関係者は仮想的なプライベートレーンを作成でき、その内容はブロック全体が公開されるまで明らかになりません。この点については、今後の記事で詳しく解説します。
ストロングチェーンクオリティの実現方法
グローバル安定時間（GST）以降にストロングチェーンクオリティを実現する鍵は、提案者が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ります。これは、2ラウンドのプロトコルによって達成可能です。ほとんどすべてのビュー（view）ベースの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実現できます：
- 第1ラウンド：各参加者は、認証済みの入力を他のすべての参加者に送信します。
- 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「包含リスト（inclusion list）」に追加します。その後、その参加者は自身の包含リストをリーダーに送信します。これは、自身が「こ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」というコミットメントを意味します。
- BFT提案：リーダーはこれらのメッセージを受信後、受信したすべての包含リストの和集合をブロックに収録します。
- BFT投票：各参加者は、自身の包含リストに記載された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ます。
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を容易に理解できます。このプロトコルは、GST以降にストロングチェーンクオリティを満たし、検閲耐性を提供するとともに、リーダーが誠実である場合には活性（liveness）も保証します。もしGST以前にもSCQを実現したい場合は、各ラウンドにおいて法定数（quorum）に達する十分な数の値またはリストを待つ必要があります。このプロトコルおよびその拡張形についての詳細は、今後の記事で述べます。
最近の研究では、ストロングチェーンクオリティ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もの）を追加する必要があることが示されています。この結果についても、今後の記事で詳しく説明します。
ストロングチェーンクオリティ（SCQ）は、連合が制御できるブロック空間の割合を規定しますが、ブロック内におけるトランザクションの順序付けについては一切制約を設けていません。言い換えれば、SCQは各ステーキングノードにスペースを予約しますが、そのスペース内におけるトランザクションの並び順については何の保証も与えません。
これは、トランザクションの順序付けメカニズムの設計に豊かな研究領域を開きます。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と効率性をさらに高めることが期待されます。注目に値するアプローチの一つとして、優先手数料（priority fee）に基づくトランザクションの順序付けがあります。
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