Auteur original : Tim Roughgarden, responsable de la recherche crypto chez a16z

Compilation originale : 0x xz, Golden Finance

Une étude approfondie d'un domaine vous apprend que les problèmes du monde réel ne sont que de mauvais déguisements pour des problèmes qui ont été bien résolus. Par exemple, lorsque j'enseigne les bases des algorithmes, les étudiants apprennent à identifier des problèmes qui se résument aux calculs du plus court chemin ou à la programmation linéaire.

Ce type de correspondance de modèles est également efficace dans la conception de mécanismes, qui est une sorte de « théorie des jeux inverses » qui utilise des incitations pour obtenir les résultats souhaités. Les outils et les enseignements tirés de la conception de mécanismes sont particulièrement utiles dans la théorie des enchères, la conception des marchés et la théorie des choix sociaux.

Crypto et Web3 sont confrontés à des problèmes de conception mécanique. On pourrait penser que de nombreux problèmes peuvent être résolus en appliquant des éléments issus des manuels scolaires, en donnant une nouvelle tournure à d’anciennes idées. Cependant, les défis et les limites uniques des protocoles blockchain sans autorisation obligent souvent à repenser les principes fondamentaux d’un problème apparemment réglé. Cela complique la conception des mécanismes dans web3. Mais ce sont ces défis qui rendent la conception des mécanismes Web3 si fascinante.

Dans cet article, j'explorerai certains des défis rencontrés par la conception des mécanismes Web3. Ces défis sont peut-être familiers aux utilisateurs crypto-natifs, mais une compréhension plus approfondie de la conception des mécanismes devrait offrir à tous les constructeurs une nouvelle perspective sur les raisons pour lesquelles il est si difficile de résoudre ces problèmes. Pour les concepteurs de mécanismes, si vous réfléchissez à de nouvelles applications, vous pourriez être intéressé par les défis posés par un environnement sans autorisation.

Mais d’abord, ce que nous devons savoir, c’est qu’est-ce que la conception d’un mécanisme ?

Le domaine de la conception de mécanismes remonte au moins à 1961, lorsque l'économiste de l'Université de Columbia et futur lauréat du prix Nobel, William Vickrey, a officiellement proposé la méthode des enchères scellées au deuxième prix. Cette méthode d'enchères a été utilisée dès 1797 lorsque l'auteur Johann Wolfgang von Goethe a vendu le manuscrit de son poème épique Hermann et Dorothea. Elle a été largement utilisée par les collectionneurs de timbres au 19e siècle, mais elle n'a été officiellement proposée par Vickrey qu'en 1961. et est maintenant souvent appelée « vente aux enchères Vickrey ». Dans le modèle d'enchères Vickery, le plus offrant gagne, mais paie la deuxième offre la plus élevée. Ce type d'enchères suscite une véritable préférence parmi les enchérisseurs et livre le lot à l'estimation la plus élevée.

La vente aux enchères Vickery est une conception élégante et efficace qui a été appliquée au monde réel, s'adaptant et se mettant à jour aux nouvelles situations, la pratique éclairant la théorie et vice versa. À l’instar de Vickery Auction, l’histoire de la conception de mécanismes en tant que discipline formelle est une histoire de théorie et de pratique étroitement liées, à la fois profonde et belle.

Contrairement à la théorie des jeux – qui établit la dimension de l’interaction stratégique et explore les résultats les plus raisonnables des actions – le domaine de la conception des mécanismes ne commence pas par le jeu, mais par le résultat souhaité. Le but de la conception de mécanismes est de procéder à l'ingénierie inverse d'une certaine forme de jeu afin qu'un résultat souhaité (peut-être caractérisé par l'efficacité, l'équité ou certains comportements) soit équilibré. Dans le cas de Vickery Auctions, le but ultime est d’inciter les participants à payer le montant maximum qu’ils sont prêts à payer sans les pénaliser.

Il existe de nombreuses opportunités d'application pour la conception de mécanismes dans Web3. Par exemple, un protocole blockchain peut souhaiter obtenir des résultats dans lesquels les participants au protocole se comportent avec intégrité (sans s’écarter du comportement attendu). Alternativement, un protocole peut souhaiter obtenir des informations précises sur les valeurs des transactions afin d'allouer efficacement l'espace de bloc aux transactions les plus précieuses.

De tels problèmes de conception de mécanismes sont toujours difficiles, et les défis sont encore plus uniques dans un environnement blockchain.

1. Manque de confiance

Sans une partie de confiance pour appliquer les mécanismes, la conception dans l’espace blockchain devient plus difficile.

L’intérêt de l’utilisation d’un protocole de blockchain sans autorisation est que vous n’avez pas besoin de faire confiance à une seule entité ou personne, mais simplement à une hypothèse de confiance de « niveau moyen » selon laquelle suffisamment de nœuds exécutant le protocole sont honnêtes.

Mais l’ironie de nombreuses architectures blockchain est que chaque lot de transactions ajouté à l’historique de la chaîne à exécuter dans la machine virtuelle maintenue par le protocole est le produit de décisions unilatérales d’un seul nœud.

Vous ne savez pas si vous pouvez faire confiance à ce nœud.

C’est pourquoi les enchères Vickery sont rarement vues dans l’espace blockchain. Une mise en œuvre naïve des enchères Vickery se heurtera rapidement au problème de la manipulation par des producteurs de blocs peu fiables. Le problème est qu'un producteur de blocs peut créer une fausse offre "shill bid" légèrement inférieure à l'offre du futur gagnant, obligeant ainsi le gagnant à payer la quasi-totalité de son offre (au lieu de la véritable deuxième offre la plus élevée). .

De fausses offres émanant de producteurs de blocs peu fiables ont effectivement amené Vickrey Auctions à revenir au mode d'enchères au premier prix, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les enchères au premier prix sont si courantes sur le Web3. (La dernière branche de la littérature sur la conception de mécanismes traditionnels sur les « mécanismes de confiance » considère également la conception d'enchères avec des commissaires-priseurs non fiables, mais dans une perspective différente.)

2. Il y a parfois collusion

Une autre raison pour laquelle il est difficile de concevoir un mécanisme de blockchain est qu’il y aura collusion entre les participants à la blockchain. Par exemple, les enchères au second prix peuvent facilement être associées au paiement de compensations. L’idée est simple : puisque l’enchérisseur gagnant paie la deuxième offre la plus élevée, il peut soudoyer le deuxième enchérisseur pour qu’il offre beaucoup plus bas.

La littérature académique sur la conception des mécanismes ne s’intéresse pas beaucoup à cette question. L’une des raisons pourrait être que la collusion, notamment en matière d’indemnisation, est difficile à réaliser dans le monde réel. Après collusion, le gagnant peut refuser de payer le pot-de-vin, il est donc difficile d’obtenir des indemnisations crédibles. (Comme le dit le proverbe : « Il n'y a pas de droit parmi les voleurs. »)

Cependant, dans un contexte de blockchain, les colluseurs potentiels peuvent souvent utiliser des contrats intelligents pour fournir des engagements fiables afin que la collusion fonctionne réellement. La deuxième raison est l'absence d'un mécanisme permettant d'empêcher toute collusion en matière de paiement d'indemnisations - le mécanisme de « divulgation des prix », qui ne fournit que des cotations et rien d'autre.

Pire encore, les utilisateurs du protocole peuvent s'entendre non seulement entre eux, mais aussi avec des producteurs de blocs (non fiables) (l'équivalent d'une collusion entre les enchérisseurs et les commissaires-priseurs dans une vente aux enchères réelle).

La résistance à ce dernier type de collusion est l’une des principales motivations pour réduire les frais de transaction dans le mécanisme de frais de transaction EIP-1559 d’Ethereum. Sans « brûler » (ou autrement retenir ces revenus aux producteurs de blocs), les producteurs de blocs et les utilisateurs finaux peuvent s'entendre par le biais de paiements de compensation et échapper à tout prix de réserve que le mécanisme tente d'imposer.

3. Nous ne pouvons pas compter uniquement sur l’État de droit

La question de la collusion n’est évidemment pas nouvelle. Cela tourmente la mécanique réelle depuis des siècles, mais si vous examinez la littérature sur la conception des mécanismes, vous pourriez être surpris de voir à quel point cela répond peu. Cette littérature aborde effectivement de front les motivations des acteurs individuels à manipuler unilatéralement les mécanismes, mais laisse généralement la question à un concept encore à formuler de « l’État de droit ». Par exemple, les participants au mécanisme pourraient signer un contrat légal stipulant qu’ils ne s’entendront pas. Si une collusion est découverte, elle sera soumise aux voies légales. Les concepteurs de mécanismes peuvent aider en créant un mécanisme qui permet de détecter relativement facilement la collusion.

Il existe un secret tacite dans une grande partie de la littérature sur la conception des mécanismes : le recours à l’État de droit. Même si nous ne pouvons pas affirmer qu’il n’existe pas d’état de droit dans le domaine des protocoles de blockchain sans autorisation (nous voyons souvent les forces de l’ordre poursuivre avec succès les crimes sur les blockchains sans autorisation), le degré d’état de droit est beaucoup moins courant que dans les applications de conception de mécanismes traditionnels.

Si vous ne pouvez pas compter sur l’état de droit en dehors du mécanisme, il incombe alors au concepteur de résoudre le problème au sein du mécanisme. Cette approche est répandue dans les décisions de conception de mécanismes dans le domaine de la blockchain. Dans le protocole Ethereum en particulier, les exemples abondent, depuis l'EIP-1559 brûlant les revenus des frais de base jusqu'à la réduction des validateurs pour mauvaise conduite dans leur protocole de consensus.

4. Un espace de conception plus grand

L'espace de conception dans web3 est plus grand que celui auquel les concepteurs de mécanismes sont habitués. Les concepteurs doivent donc repenser tout problème donné. Par exemple, de nombreux mécanismes impliquent des paiements qui, dans les applications de conception de mécanismes traditionnels, seraient effectués en monnaies fiduciaires telles que le dollar américain. De nombreux protocoles blockchain ont leur propre devise native et les mécanismes au sein du protocole sont capables de manipuler ces devises.

Imaginez si vous écriviez un article sur la conception de mécanismes traditionnels et qu'une partie de la description de votre mécanisme était la suivante : "Imprimez un tas de nouvelles devises et distribuez-les à un groupe de participants". En dehors du contexte de la blockchain, c'est très absurde. Mais lorsque vous parlez de conception de mécanismes dans le contexte d’un protocole blockchain, vous pouvez certainement le faire. Le protocole contrôle la monnaie, de sorte que certaines parties de la mécanique du protocole peuvent frapper ou brûler des jetons.

Cela signifie que certaines conceptions qui seraient impossibles sans la monnaie locale deviennent possibles. Par exemple, comment inciter les mineurs de Bitcoin à exécuter le protocole comme prévu ? Incitez ces producteurs de blocs grâce à des récompenses inflationnistes : imprimer de nouvelles pièces (Bitcoins). Sans monnaie locale, une telle conception serait impossible.

5. La monnaie locale peut entraîner d'autres problèmes

La dernière raison met en évidence le pouvoir de la monnaie locale. Vous pouvez faire deux choses avec la monnaie native : « la monnaie » (la façon dont le protocole Bitcoin frappe de nouveaux Bitcoins pour inciter les mineurs) et « brûler des jetons » (la façon dont le mécanisme de frais de transaction EIP-1559 d'Ethereum brûle l'ETH pour résister à la collusion). Les monnaies locales recèlent un danger qui n’existe pas dans la conception des mécanismes traditionnels : les décisions de conception microéconomique peuvent avoir des conséquences macroéconomiques.

Dans la conception des mécanismes traditionnels, il n’y a aucune raison de s’inquiéter des forces macroéconomiques. Les enchères traditionnelles n’ont eu aucun impact significatif sur la masse monétaire américaine ou sur le taux d’inflation. Il s'agit d'un tout nouveau défi dans le monde de la conception Web3. Qu'est-ce qui pourrait mal se passer? Laissez-moi vous donner deux exemples, l’un sur la frappe de Bitcoin et l’autre sur la gravure d’ETH.

En raison de l’utilisation de récompenses en bloc – des incitations pour les mineurs à imprimer de nouvelles pièces – Bitcoin est contraint de subir une inflation. Par conséquent, il doit également avoir une politique monétaire correspondante qui détermine le taux d’inflation et son évolution dans le temps. Satoshi Nakamoto a également fixé un plafond d'approvisionnement strict de 21 millions de Bitcoins. Puisqu’il existe un plafond strict sur le nombre de Bitcoins, le taux d’inflation doit s’approcher de zéro.

Si le taux d’inflation est vraiment nul, que faut-il utiliser pour inciter les mineurs à continuer d’exécuter le protocole et à assurer la sécurité du Bitcoin ? On espérait que les frais de transaction compenseraient les récompenses de bloc manquantes, même si les chances que cela se produise sont plutôt minces. On sait que si les frais de transaction approchent de zéro, le protocole Bitcoin souffrira d’importants problèmes de sécurité.

Les informaticiens de l'Université de Princeton, Miles Carlston, Harry Kalodner, Matthew Weinberg et Arvind Narayanan, ont souligné une autre différence entre les frais de transaction et les récompenses en bloc dans un article. Bien que la récompense de bloc soit la même pour chaque bloc (au moins entre deux « réductions de moitié » consécutives de la récompense de bloc), les frais de transaction peuvent varier par ordres de grandeur, ce qui à son tour donne au protocole une nouvelle instabilité dans la théorie des jeux. En ce sens, la décision macroéconomique de fixer un plafond d’offre a des conséquences microéconomiques négatives pour le protocole et ses participants.

Tout comme la frappe de récompenses en bloc était une force inflationniste pour Bitcoin, la combustion des frais de transaction dans l'EIP-1559 était une force déflationniste pour Ethereum. Dans le protocole Ethereum (qui utilise des récompenses inflationnistes des validateurs), il y a une lutte acharnée entre ces deux forces, la déflation gagnant souvent. L’ETH est désormais une monnaie déflationniste nette, une conséquence macroéconomique des décisions de conception motivées par des raisons microéconomiques dans le mécanisme de frais de transaction du protocole.

La déflation est-elle bonne ou mauvaise pour le protocole Ethereum ? Les détenteurs d’ETH adorent la déflation car, toutes choses étant égales par ailleurs, leurs jetons gagnent en valeur avec le temps. (En fait, c’est peut-être ce sous-produit qui a finalement poussé l’opinion publique en faveur du passage au régime de frais de transaction de l’EIP-1559.) Cependant, le terme déflation intimide les macroéconomistes de formation traditionnelle, rappelant la stagflation économique du Japon dans les années 1990.

Qui a raison? Personnellement, je ne pense pas que les monnaies fiduciaires souveraines soient la bonne analogie pour les crypto-monnaies comme l’ETH. Alors, quelle est la bonne analogie ? Cela reste une question ouverte qui nécessite une exploration plus approfondie de la part des chercheurs en blockchain : pourquoi une monnaie déflationniste peut-elle fonctionner comme une cryptomonnaie prenant en charge un protocole blockchain, mais pas comme une monnaie fiduciaire soutenant un État souverain ?

6. N'ignorez pas la pile sous-jacente

En informatique, l’une des choses que nous recherchons est la modularité et les abstractions propres, qui nous donnent la possibilité de faire confiance à certaines parties d’un système. Lors de la conception et de l’analyse d’une partie d’un système, vous devrez peut-être connaître la fonctionnalité des résultats provenant d’autres parties du système. Mais idéalement, vous n’avez pas besoin de savoir comment cette fonctionnalité est implémentée sous le capot.

Dans les protocoles blockchain, nous n’avons pas encore atteint cet état idéal. Même si les constructeurs et les concepteurs de mécanismes souhaitent se concentrer sur la couche application, ils ne peuvent ignorer le fonctionnement et les détails de la couche infrastructure.

Par exemple, si vous concevez un teneur de marché automatisé, vous devez envisager la possibilité que des producteurs de blocs non fiables soient responsables de l'ordre des transactions. Alternativement, lorsque vous envisagez de concevoir un mécanisme de frais de transaction pour un cumul (L2), vous devez non seulement payer pour la consommation des ressources L2, mais également pour tous les coûts encourus par le protocole L1 sous-jacent (par exemple, le stockage des données d'appel).

Dans les deux exemples, la conception efficace de mécanismes au niveau d’une couche nécessite une connaissance détaillée des autres couches. Peut-être qu’à mesure que la technologie blockchain deviendra plus mature, nous aurons une séparation claire des différentes couches. Mais nous n’en sommes certainement pas encore là.

7. Nécessité de travailler dans un environnement informatique contraint

L'« ordinateur dans le ciel » mis en œuvre par le protocole blockchain est un environnement informatique limité. La conception des mécanismes traditionnels se concentre uniquement sur les incitations économiques et ignore les problèmes informatiques (par exemple, le célèbre mécanisme Vickery-Clarke-Groves est irréalisable pour des problèmes d’allocation très complexes).

Lorsque Nisan et Ronen ont proposé la conception de mécanismes algorithmiques en 1999, ils ont souligné que nous avions réellement besoin d'une sorte de traçabilité informatique pour que les mécanismes aient un sens pratique dans le monde réel. Par conséquent, ils recommandent de limiter l’attention aux mécanismes de calcul et de communication qui utilisent certaines quantités comme extensions de fonctions polynomiales (plutôt qu’exponentielles) comme paramètres de problème.

Étant donné que la machine virtuelle du protocole blockchain nécessite beaucoup de calculs, les mécanismes en chaîne doivent être très légers : le temps polynomial et la communication sont nécessaires, mais pas suffisants. Par exemple, la rareté est la principale raison pour laquelle les teneurs de marché automatisés dominent complètement Ethereum DeFi, plutôt que les solutions plus traditionnelles comme les carnets d’ordres limités.

8. Encore au début

Généralement, lorsque les gens disent que Web3 en est à ses débuts, ils font référence soit à des opportunités d'investissement, soit à son adoption. Mais d’un point de vue scientifique, nous sommes encore plus tôt que cela. Cela ne fera que devenir plus difficile, même si les opportunités sont énormes.

Les avantages de travailler dans un domaine de recherche établi sont considérés comme acquis par tous. Il existe des modèles et des définitions généralement acceptés. Un consensus a été atteint sur les questions les plus importantes. Une coordination clé s’est également développée autour de la mesure des progrès. Il existe un vocabulaire commun et une vaste base de connaissances publiques. Il existe également des moyens d’accélérer, notamment des manuels rigoureusement vérifiés, des cours en ligne et d’autres ressources.

Dans le même temps, dans de nombreux aspects de l’espace blockchain, nous ne connaissons pas encore les « bons » modèles et définitions pour penser clairement et progresser sur des questions importantes. Par exemple, quels sont les concepts les plus importants d’incitations à la compatibilité dans le contexte des protocoles blockchain ? Quelles sont les couches de la pile web3 ? Quels sont les composants de la valeur maximale extractible (MEV) ? Ce sont toutes des questions sans réponse.

Pour ceux qui s’intéressent à la science de la blockchain, l’immaturité du domaine constitue en effet un défi. Mais s’impliquer dès maintenant – peut également conduire à des opportunités uniques.

La conception de mécanismes a toujours été un outil utile au niveau des applications Internet - comme les enchères publicitaires en temps réel ou la conception de marché biface qui est aujourd'hui omniprésente dans la plupart des applications grand public en ligne, du commerce électronique aux achats groupés.

Mais dans le web3, la conception des mécanismes éclaire également les décisions de conception sur l’infrastructure elle-même.

Pensez aux années 1970 et 1980, lorsque les protocoles de routage Internet étaient encore en cours de discussion et de conception. À ma connaissance, aucun professionnel de la conception d’incitations et de mécanismes n’a son siège à la table. Avec le recul, on se rend compte aujourd’hui qu’une telle personne aurait pu fournir des informations utiles à la conception. Pendant ce temps, dans le web3, avec la publication du livre blanc original sur Bitcoin, les incitations faisaient partie des discussions depuis le début.

La confusion entourant le modèle « correct », la définition et les mesures de réussite du Web3 nous indique en fait que nous sommes dans un âge d’or. Les générations futures d’étudiants et de scientifiques nous envieront d’être au bon endroit, au bon moment, avec la possibilité de façonner la trajectoire de cette technologie. Même s’il n’y a peut-être pas beaucoup de manuels dans ce domaine, il y en aura un jour, et ce qui sera décrit dans ces livres est ce que nous faisons actuellement.