a16z:真の金融市場を支えるために奮闘するDeFi

原題:オンチェーン市場の将来を可能にする：予測可能性の役割
原作者 ： @ PGarimidi 、 @ jneu_net 、 @ MaxResnick、a16z
翻訳:Peggy, BlockBeats

編集後記:ブロックチェーンの性能向上が進む中、業界の焦点は「どれだけの取引を処理できるか」から「取引が確認できたとき」に移っている。単なるスループット（TPS）として長い間見なされてきた金融システムのパフォーマンスは、トランザクションの予測可能性、つまり、トランザクションが一度送信されたら、それを迅速かつ確実にブロックに含めることができるかどうかに関係しています。

この記事は、ほとんどのブロックチェーンが現在、時間の経過とともに制御されずに「最終的にオンチェーンになる」という保証のみを提供していることを指摘している。この第2レベルの不確実性は、決済シナリオでは許容されるかもしれないが、ミリ秒レベルの対応が必要な金融取引では、価格低下、裁定機会、公平性の問題に直接つながり、オンチェーン市場の競争力を損なう。

さらに、この問題は、単一のリーダーブロック生産構造では、トランザクションの発注権と包含権が高度に一元化されているため、検閲、遅延、情報の非対称性などのリスクが生じやすいという根本的なメカニズムから生じています。

これらを踏まえ、著者らは、短期的で予測可能なトランザクション包摂保証の提供と、事前確認による情報隠蔽メカニズムの導入という2つの方向性を提示し、フロントランや逆淘汰の低減を図っている。結論として、ブロックチェーンが真に金融インフラになるためには、スループットよりもトランザクションの実行の決定性と公平性が重要になる。

以下は元記事です。

ブロックチェーンは、既存の金融インフラと競合するのに十分なキャパシティを自信を持って主張できるようになった。現在の生産システムは毎秒数万件のトランザクションを処理でき、近い将来には桁違いの増加が予測されます。

しかし、単なるスループット容量と比較すると、金融アプリケーションには予測可能性が求められます。マッチング取引、オークションへの参加、オプションの行使など、取引が送信される際には、その取引がチェーン上でいつ確認されるかがシステムによって確実に保証される必要があります。これは、金融システムの正常な運用に不可欠です。トランザクション確認が（敵対行為や偶発的な要因によるかを問わず）不確実な遅延に遭遇すると、多くのアプリケーションが可用性を失うことになります。

したがって、オンチェーン金融アプリケーションが競争力を持つためには、基盤となるブロックチェーンが短期的な包含保証を提供する必要があります。

オンチェーンの注文一覧を例に挙げてみましょう。効率的な注文一覧は、マーケットメーカーが市場を機能させ続けるために、常に買い注文と売り注文を発注することで、流動性を継続的に供給することに依存しています。マーケットメーカーが直面するコアな課題は、マーケットからの価格の乖離による不利な選択リスクを回避しながら、売買スプレッドを最小限に抑えることです。

したがって、流動性プロバイダーは、市況の変化を反映して注文を一貫して更新する必要があります。例えば、連邦準備制度理事会が資産価格の変動を引き起こすような発表をした場合、流動性提供者は直ちに相場を調整する必要がある。注文の更新に使用したこれらの取引が、瞬時にオンチェーンで決済できない場合、裁定者によって失効価格で執行され、損失が生じる可能性があります。その結果、流動性プロバイダーはリスクエクスポージャーを減らすためにスプレッドを拡大せざるを得なくなり、その結果、オンチェーン取引所の競争力は弱まる。

ブロックに予測可能なトレードを含めることで、流動性プロバイダーはオンチェーンイベントに迅速に対応できるようになり、オンチェーン市場の効率性が維持されます。

「What We Have vs.必要なもの

現在、ほとんどのブロックチェーンは、通常数秒以内に発生するプロセスである、最終決定のための強力な保証のみを提供しています。決済関連のアプリケーションではこれで十分ですが、複数の参加者からのリアルタイムな応答を必要とする金融アプリケーションでは、脆弱すぎるままです。

注文一覧の例の続きです。流動性プロバイダーが「今後数秒でブロックに含まれる」という保証しか確保できない一方で、アービトラージのトレードでは、それより前のブロックにしてしまう可能性がある場合、この保証は無意味になります。強力な包括保証がなければ、流動性プロバイダーはスプレッドを広げることによって増加する不利な選択リスクをヘッジするしかなく、その結果、ユーザーは取引価格を悪化させることになります。また、これにより、執行の確実性が強い会場と比較して、オンチェーン取引の魅力が大幅に低下します。

ブロックチェーンが現代の資本市場インフラとしてのビジョンを真に実現するのであれば、注文帳のような高価値の金融アプリケーションが真の意味でオンチェーンで繁栄し、競争力を維持できるように、開発者はこれらの問題に対処する必要があります。

「予測可能性」の実現はなぜ難しいのか

これらのアプリケーションシナリオをサポートするために、既存のブロックチェーン上のトランザクション包括性保証を強化することは非常に困難な作業です。現在、一部のプロトコルは、ブロックに含めることができるトランザクションをいつでも1つのノード（「リーダー」）で決定することに依存しています。このメカニズムは、高性能ブロックチェーンのエンジニアリングを簡素化する一方で、これらのリーダーが価値を引き出すことができるという潜在的な経済的ボトルネックももたらします。通常、ノードがリーダーに選択された時間枠内で、どのトランザクションをブロックに含めるかを完全に制御できます。

金融活動をホストするあらゆるブロックチェーンにおいて、リーダーは特権的な地位を保持しています。この単一のリーダーが特定のトランザクションを含めないことを決定した場合、唯一の手段は、それを含める意思のある次のリーダーを待つことです。

権限のないネットワークでは、リーダーは価値抽出のためのインセンティブを自然に持ち、これはしばしばマイナー抽出可能価値（MEV）と呼ばれる。MEVは、AMM取引のサンドイッチ攻撃の域をはるかに超えている。トランザクションの組み込みを数十ミリ秒遅らせるだけでも、基盤となるアプリケーションの効率を損ないながら、大きな利益につながる可能性があります。特定のトレーダーからの注文を優先的に処理する注文一覧は、他の参加者を不公平な競争環境に置きます。最も極端なケースでは、リーダーは強い敵対行動を示すことさえあり、トレーダーはプラットフォームを完全に放棄する原因となります。

このシナリオを想像してみてください。利上げが発生すると、ETHの価格は瞬時に5％下落する。注文一覧のすべてのマーケット メイカーは、既存の注文を速やかにキャンセルし、新しい価格で新規注文を発注します。一方、裁定者は、これらの古い注文を利用するために売り注文を発注します。この注文一覧が単一のリーダーのプロトコルで実行される場合、リーダーは大きな力を持ちます。リーダーは、すべてのマーケットメイカーの注文取消のレビューを直接選択でき、裁定取引業者が巨額の利益を上げることができます。また、完全なレビューをしなくても、ブロック単位で裁定取引が優先されるのを待って、取消しのオンチェーン時間を遅らせることができます。さらに、リーダーは独自の裁定取引を挿入し、この価格の不一致を十分に利用することもできます。

2つの主な目的:検閲抵抗と情報の隠蔽

この権力構造では、市場メーカーは参加する経済的インセンティブを失う。価格が変わるたびに、組織的な「収穫」のリスクにさらされる。この問題の核心は、リーダーが次の2つの面で過剰な特権を持っていることです。

1)リーダーが他人の取引をレビューできる。

2)リーダーは他者の取引内容を見て、それに応じて自分の取引行動を調整できる。

この2点のいずれかが破滅的な結果をもたらす可能性がある。

ケーススタディ

この問題を簡単な例でさらに説明できます。入札者が2人だけのオークションシナリオを考えます。アリスとボブ ボブは そのブロックのリーダーでもある（この2入札シナリオは、ここでは説明のために使用します。この問題は、任意の数の参加者に適用されます。）

オークションは、たとえば時間t=0からt=1まで、ブロックの時間枠内で行われます。アリスは時刻 tA に入札 bA を、ボブは時刻 tB (tB> tA) に入札 bB を発注する。ボブはブロックのリーダーなので、常に最終入札を確実に行うことができます。

同時に、アリスとボブは、資産のリアルタイム価格（例：集中取引所からの中間価格）に継続的にアクセスできます。任意の時刻 t において、この価格は pt と表される。時刻 t において、t=1（オークション終了）での価格に対する市場の期待値は常に pt に等しいと仮定する。つまり、いかなる瞬間においても、最終的な価格に対する双方の期待は、現在観察されている価格に等しい。オークションのルールは単純で、高い金額を入札した方が落札となり、入札額を支払う。

検閲抵抗の必要性

まず、ボブがリーダーの利点をどのように活用できるかを考えます。ボブがアリスの入札をレビューできれば、オークションの仕組みは直接侵害される。ボブは、競争なしでオークションに勝つために非常に低い入札を提出する必要があります。そうなるとオークション収入はほぼゼロになってしまいます。

情報隠蔽の重要性

より複雑なシナリオは次のようになります。ボブはアリスの入札を検査できないが、自分で入札する前にアリスの入札を見ることができる。この場合、ボブの戦略は単純明快で、入札を行う際、ptBがbAより大きいかどうかをチェックするだけです。入札額がある場合はbAより若干高く入札します。入札額がない場合は入札に参加しません。

この作戦でボブはアリスを不利な立場に追い込む。アリスの入札額が資産の期待値を上回るような市場価格の変化があったときのみ、アリスは競売に勝ちます。しかし、この場合、彼女は実際に途方に暮れているので、オークションに参加しないのが合理的な選択です。他の入札者が脱落すると、ボブは再び非常に低い価格でオークションに勝つことができ、オークションの収益をゼロに近づけることができます。

主な結論

この例の重要な結論は、オークションの期間は重要ではないということです。ボブが自分の入札をする前に、アリスの入札を検査したり、アリスの入札を見ることができたりする限り、オークションの仕組みは失敗する運命にあります。

スポット取引、永久契約、デリバティブ取引など、高頻度取引のあらゆるシナリオに同じ原則が適用されます。上記のような力を持つリーダーがいれば、そのリーダーは市場構造全体を崩壊させる力を持っている。したがって、オンチェーン製品がこれらのシナリオで実行可能であることを望む場合、リーダーにそのような権限を付与することは避けなければなりません。

これらの問題は現実にどのように現れるのか？

上記の分析は、許可のないシングルリーダープロトコルでオンチェーントランザクションを行うと構造的な問題に直面するという、かなり悲観的な図式を描いています。しかし、実際には、そのようなプロトコル上の多くの分散型取引所（DEX）は、依然として活発な取引高を維持している。その背景には何があるのでしょうか。

実際には、2つの勢力が上記の問題をある程度緩和している。1つ目は、リーダーが通常、根底にあるチェーンの長期的な成功に合致した深い関心を持っているため、その経済力を十分に活用できていないこと。2つ目は、アプリケーション層がさまざまな「回避策」を通じて、これらの問題に対する感受性を低下させていることである。

これら2点は、現在の分散型金融（DeFi）の運営をある程度支えているものの、長期的にはオンチェーン市場がオフチェーン市場と真に競争できるようにするには不十分である。

実際の経済活動と繋がるオンチェーンのリーダーになるためには、通常、大きな出資が必要です。したがって、ノード自体が大量のトークンを保持しているか、他のトークン保有者が喜んで出資を委任するほど評判がよい。どちらの場合も、通常、大規模ノードオペレータは評判が危うい有名なエンティティです。さらに、この利害関係自体が、チェーンの長期的な発展を牽引する経済的インセンティブがあることを意味している。したがって、すでに説明したように、リーダーが市場権力を乱用している例はまだ広く見られていない。しかし、それは問題が存在しないことを意味しない。

第一に、ノードオペレータの「良い行動」や社会的圧力、長期的利益への配慮だけに頼っていては、将来の金融システムの強固な基盤を形成することはできない。オンチェーンの金融活動がスケールアップするにつれて、リーダーは増加する潜在的な利益を引き出すことができます。潜在的な利益が大きいほど、短期的な利益を追求するのを抑止するために、社会的な制約に頼ることは難しくなる。

第二に、リーダーが市場の力をどの程度活用するかは、ほとんど温和なものから市場を完全に蝕むのに十分なものまで、連続的なスペクトルである。ノードオペレータは、より高い報酬を得るために、徐々に「許容される行動」の限界を押し上げることができる。あるノードがいったんこの空間を悪用しようとすると、他のノードもすぐにそれに追随する。単一ノードの動作は影響が限定的に見えるかもしれませんが、集合的な動作が変化すると、影響は大きくなります。

典型的な例が「タイミングゲーム」と呼ばれるもので、リーダーはブロックの妥当性を確保しながら、より高い報酬を得るためにブロックの公開を可能な限り遅らせることがあります。この動作はブロック時間の延長につながり、過度に攻撃的な場合にはブロックがスキップされる結果になることもあります。これらの戦略の収益性は以前から知られていたが、従来のノードオペレータは「ネットワークの健全性の維持」を考慮し、これらの戦略を採用しないのが一般的だった。しかし、これは脆弱な社会均衡である。あるノードがこれらの戦略を使い始め、ペナルティを受けることなくより高い報酬を獲得すると、他のノードはすぐにエミュレートします。「タイミングゲーム」はほんの一例です。リーダーは、アプリケーション層を犠牲にして、権力を完全に乱用することなく、自分の報酬を増やすためのさまざまな方法を持っています。個人としては許容できる行動かもしれませんが、ある程度蓄積されると、チェーン運営のコストがメリットを上回ることになります。

DeFiの動作を維持するもう1つの重要な要素は、アプリケーション層が重要なロジックをオフチェーンに移行し、その結果のみをオンチェーンに置くことです。例えば、迅速なオークション実行が必要なプロトコルは、通常オフチェーンでオークションを実施します。これらのアプリケーションは、敵対的リーダーからのリスクを軽減するための主要なメカニズムを運用するために、許可されたノードのセットに依存していることが多い。たとえば、ユニスワップのUniswapXは、イーサリアムのメインネットでオランダのオークションをオフチェーンで実施し、貿易マッチングを完了しています。同様に、CowSwapもオフチェーンで一括オークションを行っている。これらのソリューションはアプリケーション層では有効ですが、基盤となる層の価値提案を脆弱にしてしまいます。アプリケーションの実行ロジックがすべてオフチェーンに移動すれば、基盤となるブロックチェーンは決済レイヤーとしての役割しか果たさなくなる。DeFiの最もコアなセールスポイントの1つであるコンポーザビリティも弱まるだろう。すべての実行がオフチェーンで行われる世界では、さまざまなアプリケーションが孤立した環境で自然に存在することになる。さらに、オフチェーンの実行に依存することは、基盤となるブロックチェーンが稼働し続ける必要があるだけでなく、オフチェーンのインフラストラクチャも安定し、利用可能でなければならないという、新たな信頼の前提をもたらす。

「予測可能性」を実現する方法

上記の問題に対処するために、プロトコルは2つの主要な特性を満たす必要がある: 順序付け規則による一貫したトランザクションの包含と、事前確認トランザクションのプライバシー（より詳細な定義は関連論文で参照できる）。

目的一：検閲抵抗

最初の性質を「短期検閲抵抗」としてまとめる。トランザクションが任意の正直なノードによって受信される限り、次のマイニング可能なブロックに含まれることが保証されなければならない。

より具体的には、プロトコルは固定クロックで動作すると仮定できる。例えば、100ミリ秒ごとにブロックを生成する。したがって、t=250msで何らかの正直なノードがトランザクションを受信した場合、t=300msで生成されるブロックに含める必要がある。攻撃者は、一部のトランザクションを選択的に含め、他のトランザクションを除外する自由を持つべきではありません。この定義の中核となる精神は、ユーザーとアプリケーションがいつでも信頼性の高い方法でチェーンにトランザクションを送信できることです。ノードがトランザクションをドロップしたためにトランザクションがオンチェーンにならない状況はあってはならない（故意か偶然かにかかわらず）。

この定義では「任意の正直なノード」がトランザクションの包含を保証することが要求されるが、実際には、これを実現するためのコストは高すぎる可能性がある。さらに重要なことは、このプロトコルはチェーンに入るトランザクションのパスを高度に予測可能にするのに十分な堅牢性を備えていることです。明らかに、現在のリーダーがビザンチン的な振る舞いを見せると、トランザクションがオンチェーンで取得できなくなるため、権限のないシングルリーダープロトコルはこの要件を満たすことができません。しかし、少数のノード（例えば4ノード）が集合的に各タイムスロットのトランザクションインクルージョンを確保する場合でも、ユーザーやアプリケーションにとってのオンチェーンオプションを大幅に強化することができます。アプリケーションが真に繁栄するためには、パフォーマンスのトレードオフを行う価値があります。堅牢性と性能の最適なバランスは、まださらに探求する必要があるが、既存のプロトコルの保証は明らかに不十分である。

プロトコルがトランザクションの包含を保証することができれば、順序付けの問題はある程度解決されます。プロトコルは、料金優先ソートなど、一貫性を確保するために任意の決定論的順序付けルールを採用できます。また、アプリケーションが状態に関連するトランザクションの順序をカスタマイズすることもできます。最適なソート方法は現在も活発な研究課題であるが、トランザクションを最初に正常に含める必要があるという前提条件は常に残っている。

目的第二隠蔽

短期間の検閲耐性を達成した後、次の重要な特性は、取引確認前のプライバシー保護メカニズムである「非表示」です。

トランザクションが最終的に確認され、ブロックに含まれる前に、受信ノード以外の他のパーティがそのトランザクションに関する情報を取得できない、と定義されています。

プライバシー保持プロトコルでは、ノードは自分自身に送信されたトランザクションのプレーンテキストを見ることができますが、ネットワークの残りの部分は、合意が成立してトランザクションの順序が確定するまでトランザクションの内容を認識しないままです。例えば、ある時点までブロックの内容を復号不可能にするタイムロック暗号化や、委員会がその復元不可能性を確認した後にブロックを均一に復号する閾値暗号化によって実現できます。

つまり、トランザクションの受信側ノードが情報を悪用する可能性があり、コンセンサスプロセス中にネットワーク内の他のノードがトランザクションの内容を知らないことを意味します。いったん取引情報が明らかになると、その注文は決済され、不変となり、フロントランニングを防ぎます。このメカニズムを有効にするためには、プロトコルは、同じスロット内の複数のノードによって受信され、オンチェーンに含まれているトランザクションをサポートする必要があります。

プロトコルはスパムトランザクションをフィルタリングできる必要があるため、より強力なプライバシーモデル（ユーザーのみが参照できる完全に暗号化されたメモリプールなど）は採用していません。トランザクションの内容がネットワークから完全に隠蔽されている場合、有効なトランザクションとスパムトランザクションの区別ができなくなります。唯一の代替手段は、一部のメタデータ（料金を支払うアドレスなど）を漏洩することですが、そのような情報も攻撃者に悪用される可能性があります。したがって、より実用的な設計は、1つのノードがトランザクションの内容を完全に表示できるようにする一方で、ネットワーク内の他のノードが確認されるまで情報にアクセスできないようにすることです。また、このプロパティを維持するには、各スロットにトランザクションゲートウェイとして少なくとも1つの正直なノードが必要です。

「短期間の検閲耐性」と「プライバシー」の両方を備えたプロトコルは、金融アプリケーションを構築するのに理想的な基盤を提供するだろう。前述のオークションの例を遡ると、ボブが市場を混乱させる2つの能力、すなわちアリスの入札を検査できないことと、入札前にアリスの情報を得ることができないことが、この2つの性質によって正確に排除され、問題は根本的に解決される。

短期間の検閲抵抗により、マッチング、入札、決済のいずれであっても、提出されたトランザクションの下に瞬時に含めることができます。マーケットメーカーはリアルタイムで注文を調整でき、入札者は迅速に入札でき、決済を効率的に執行できます。ユーザーは、自分のアクションのどれでもすぐに実行されるという確信を持つことができます。これにより、次世代の低レイテンシのリアルワールド金融アプリケーションを、完全にオンチェーンで実行できるようになります。

ブロックチェーンを既存の金融インフラと真に競合し、さらには凌駕するには、スループットの向上だけでは不十分です。

[元記事リンク]