A16z: Menjelajahi 8 tantangan dalam desain mekanisme blockchain

Penulis asli: Tim Roughgarden, kepala penelitian kripto di a16z

Kompilasi asli: 0x xz, Keuangan Emas

Studi mendalam terhadap suatu bidang mengajarkan Anda bahwa masalah di dunia nyata hanyalah penyamaran buruk dari masalah yang telah diselesaikan dengan baik. Misalnya, ketika saya mengajarkan Dasar-dasar Algoritma, siswa belajar bagaimana mengidentifikasi masalah yang bermuara pada perhitungan jalur terpendek atau pemrograman linier.

Pencocokan pola semacam ini juga efektif dalam perancangan mekanisme, yaitu semacam "teori permainan terbalik" yang menggunakan insentif untuk mencapai hasil yang diinginkan. Alat dan pembelajaran dari desain mekanisme sangat berguna dalam teori lelang, desain pasar, dan teori pilihan sosial.

Crypto dan web3 penuh dengan masalah desain mekanis. Orang mungkin berpikir bahwa banyak masalah dapat diselesaikan dengan menerapkan materi dari buku teks, memberikan sentuhan baru pada ide-ide lama. Namun, tantangan unik dan keterbatasan protokol blockchain tanpa izin sering kali memaksa kita untuk memikirkan kembali prinsip-prinsip dasar dari masalah yang tampaknya sudah terselesaikan. Ini mempersulit desain mekanisme di web3. Namun tantangan inilah yang membuat desain mekanisme web3 begitu menarik.

Pada artikel ini saya akan mengeksplorasi beberapa tantangan yang dihadapi oleh desain mekanisme web3. Tantangan-tantangan ini mungkin familiar bagi pengguna asli kripto, namun pemahaman yang lebih mendalam tentang desain mekanisme akan memberikan perspektif baru kepada semua pembangun tentang mengapa penyelesaian masalah ini begitu sulit. Bagi perancang mekanisme, jika Anda memikirkan aplikasi baru, Anda mungkin tertarik dengan tantangan yang ditimbulkan oleh lingkungan tanpa izin.

Namun pertama-tama, yang perlu kita ketahui adalah, apa itu desain mekanisme?

Bidang desain mekanisme dimulai setidaknya pada tahun 1961, ketika ekonom Universitas Columbia dan calon penerima Nobel William Vickrey secara resmi mengusulkan metode lelang tertutup harga kedua. Metode lelang ini digunakan sejak tahun 1797 ketika penulis Johann Wolfgang von Goethe menjual manuskrip puisi epiknya Hermann dan Dorothea, dan metode ini banyak digunakan oleh kolektor prangko pada abad ke-19, namun baru diusulkan secara resmi oleh Vickrey pada tahun 1961. dan sekarang sering disebut "lelang Vickrey". Dalam model lelang Vickery, penawar tertinggi menang, namun membayar tawaran tertinggi kedua. Jenis lelang ini memberikan preferensi sejati di antara para penawar dan memberikan hasil lelang dengan perkiraan tertinggi.

Lelang Vickery adalah desain elegan dan efisien yang telah diterapkan di dunia nyata, beradaptasi dan memperbarui situasi baru, dengan praktik yang menginformasikan teori dan sebaliknya. Seperti Vickery Auction, sejarah desain mekanisme sebagai disiplin formal adalah sejarah teori dan praktik yang saling terkait, yang mendalam dan indah.

Berbeda dengan teori permainan—yang menetapkan dimensi interaksi strategis dan mengeksplorasi hasil tindakan yang paling masuk akal—bidang desain mekanisme tidak dimulai dengan permainan, namun dengan hasil yang diinginkan. Tujuan dari desain mekanisme adalah untuk merekayasa balik suatu bentuk permainan sehingga hasil yang diinginkan (mungkin ditandai dengan efisiensi, keadilan, atau perilaku tertentu) menjadi seimbang. Dalam kasus Vickery Auctions, tujuan utamanya adalah mendorong peserta untuk membayar jumlah maksimum yang bersedia mereka bayarkan tanpa memberikan sanksi kepada mereka.

Ada banyak peluang aplikasi untuk desain mekanisme di Web3. Misalnya, protokol blockchain mungkin ingin mencapai hasil di mana peserta protokol berperilaku dengan integritas (tanpa menyimpang dari perilaku yang diharapkan). Alternatifnya, suatu protokol mungkin ingin memperoleh informasi yang akurat tentang nilai transaksi untuk mengalokasikan ruang blok secara efisien untuk transaksi yang paling berharga.

Masalah desain mekanisme seperti itu selalu menantang, dan tantangannya bahkan lebih unik lagi di lingkungan blockchain.

1. Kurangnya kepercayaan

Tanpa pihak yang dipercaya untuk menegakkan mekanisme tersebut, perancangan di ruang blockchain menjadi lebih sulit.

Inti dari penggunaan protokol blockchain tanpa izin adalah Anda tidak harus memercayai satu entitas atau orang mana pun, cukup asumsi kepercayaan "tingkat rata-rata" bahwa cukup banyak node yang menjalankan protokol tersebut jujur.

Namun ironi dari banyak arsitektur blockchain adalah bahwa setiap kumpulan transaksi yang ditambahkan ke riwayat rantai untuk dieksekusi di mesin virtual yang dikelola oleh protokol adalah produk keputusan sepihak oleh satu node.

Anda tidak tahu apakah Anda dapat mempercayai simpul ini.

Inilah sebabnya mengapa lelang Vickery jarang terlihat di ruang blockchain. Penerapan lelang Vickery yang naif akan segera menghadapi masalah manipulasi oleh produsen blok yang tidak tepercaya. Masalahnya adalah produsen blok dapat membuat penawaran palsu "shill bid" yang sedikit lebih rendah dibandingkan penawaran calon pemenang, sehingga memaksa pemenang membayar hampir seluruh penawaran mereka (bukan penawaran tertinggi kedua yang sebenarnya) .

Tawaran palsu dari produsen blok yang tidak tepercaya secara efektif menyebabkan Vickrey Auctions kembali ke mode lelang harga pertama, yang merupakan salah satu alasan lelang harga pertama sangat umum di web3. (Cabang terbaru dari literatur desain mekanisme tradisional tentang "mekanisme tepercaya" juga mempertimbangkan desain lelang dengan juru lelang yang tidak tepercaya, namun dari perspektif yang berbeda.)

2. Terkadang terjadi kolusi

Alasan lain mengapa sulit merancang mekanisme blockchain adalah akan adanya kolusi di antara peserta blockchain. Misalnya, lelang harga kedua dapat dengan mudah dikolusi dengan pembayaran kompensasi. Idenya sederhana: karena pemenang lelang membayar tawaran tertinggi kedua, maka penawar dapat menyuap penawar tertinggi kedua untuk menawar jauh lebih rendah.

Literatur akademis mengenai desain mekanisme tidak terlalu mengkhawatirkan masalah ini. Salah satu alasannya mungkin karena kolusi, terutama dalam hal pembayaran kompensasi, sulit dicapai di dunia nyata. Setelah terjadi kolusi, pemenang dapat menolak memberikan suap, sehingga sulit memperoleh pembayaran kompensasi yang kredibel. (Seperti kata pepatah: "Tidak ada hak di antara pencuri.")

Namun, dalam konteks blockchain, calon kolusi sering kali dapat menggunakan kontrak pintar untuk memberikan komitmen yang dapat diandalkan agar kolusi benar-benar berhasil. Alasan kedua adalah kurangnya mekanisme untuk menghambat kolusi dengan pembayaran kompensasi – mekanisme “pengungkapan harga”, yang hanya memberikan penawaran harga dan tidak ada yang lain.

Lebih buruk lagi, pengguna protokol mungkin berkolusi tidak hanya satu sama lain tetapi juga dengan produsen blok (yang tidak dipercaya) (setara dengan kolusi antara penawar dan juru lelang dalam lelang di dunia nyata).

Perlawanan terhadap jenis kolusi terakhir ini adalah salah satu motivasi utama untuk membakar biaya transaksi dalam mekanisme biaya transaksi EIP-1559 Ethereum. Tanpa “membakar” (atau menahan pendapatan dari produsen blok), produsen blok dan pengguna akhir dapat berkolusi melalui pembayaran kompensasi dan menghindari harga reservasi yang coba diterapkan oleh mekanisme tersebut.

3. Kita tidak bisa hanya mengandalkan supremasi hukum

Isu kolusi jelas bukan hal baru. Hal ini telah mengganggu mekanika kehidupan nyata selama berabad-abad, tetapi jika Anda melihat literatur desain mekanisme, Anda mungkin akan terkejut melihat betapa sedikitnya hal yang ditangani. Literatur ini memang membahas secara langsung motivasi masing-masing aktor untuk memanipulasi mekanisme secara sepihak, namun secara umum pertanyaan tersebut hanya bergantung pada konsep “rule of law” yang belum dirumuskan. Misalnya, peserta dalam mekanisme tersebut mungkin menandatangani kontrak hukum yang menetapkan bahwa mereka tidak akan berkolusi. Jika ditemukan adanya kolusi maka akan dirujuk ke jalur hukum. Perancang mekanisme dapat membantu dengan menciptakan mekanisme yang relatif mudah untuk mendeteksi kolusi.

Ada rahasia tak terucapkan dalam banyak literatur desain mekanisme: ketergantungan pada supremasi hukum. Meskipun kita tidak dapat mengatakan bahwa tidak ada supremasi hukum dalam bidang protokol blockchain tanpa izin—kita sering melihat penegakan hukum berhasil menuntut kejahatan pada blockchain tanpa izin—tingkat supremasi hukum jauh lebih jarang dibandingkan dalam aplikasi desain mekanisme tradisional.

Jika Anda tidak dapat mengandalkan supremasi hukum di luar mekanisme, maka merupakan tanggung jawab perancang untuk memperbaiki masalah di dalam mekanisme tersebut. Pendekatan ini lazim dalam keputusan desain mekanisme di bidang blockchain. Khususnya dalam protokol Ethereum, banyak contoh, mulai dari pembakaran pendapatan biaya dasar EIP-1559 hingga pemotongan validator karena melakukan kesalahan dalam protokol konsensus mereka.

4. Ruang desain lebih besar

Ruang desain di web3 lebih besar dari yang biasa digunakan oleh desainer mekanisme. Oleh karena itu, desainer harus memikirkan kembali setiap permasalahan yang ada. Misalnya, banyak mekanisme yang melibatkan pembayaran yang, dalam aplikasi desain mekanisme tradisional, akan dilakukan dalam mata uang fiat seperti dolar AS. Banyak protokol blockchain yang memiliki mata uang aslinya sendiri, dan mekanisme di dalam protokol mampu memanipulasi mata uang tersebut.

Bayangkan jika Anda menulis artikel tentang desain mekanisme tradisional, dan bagian dari deskripsi mekanisme Anda adalah: “Cetak sekumpulan mata uang baru dan distribusikan ke sekelompok peserta.” Melihat di luar konteks blockchain, ini sangat tidak masuk akal. Namun ketika Anda berbicara tentang desain mekanisme dalam konteks protokol blockchain, Anda pasti bisa melakukannya. Protokol mengontrol mata uang, sehingga bagian dari mekanisme protokol dapat mencetak token atau membakar token.

Ini berarti bahwa beberapa desain yang tidak mungkin dilakukan tanpa mata uang asli menjadi mungkin. Misalnya, bagaimana Anda memberi insentif kepada penambang Bitcoin agar menjalankan protokol sebagaimana dimaksud? Berikan insentif kepada produsen blok ini melalui imbalan inflasi: mencetak koin baru (Bitcoin). Tanpa mata uang asli, desain seperti itu tidak mungkin terjadi.

5. Mata uang asli dapat menimbulkan masalah lain

Alasan terakhir menyoroti kekuatan mata uang asli. Anda dapat melakukan dua hal dengan mata uang asli: “mencetak” (cara protokol Bitcoin mencetak Bitcoin baru untuk memberi insentif kepada penambang) dan “membakar token” (cara mekanisme biaya transaksi EIP-1559 Ethereum membakar ETH untuk menolak kolusi). Mata uang asli mengintai bahaya yang tidak ada dalam desain mekanisme tradisional: keputusan desain mikroekonomi dapat mempunyai konsekuensi makroekonomi.

Dalam desain mekanisme tradisional, tidak ada alasan untuk mengkhawatirkan kekuatan makroekonomi. Lelang tradisional tidak memiliki dampak berarti terhadap jumlah uang beredar atau tingkat inflasi AS. Ini adalah tantangan baru dalam dunia desain web3. Apa yang salah? Izinkan saya memberi tahu Anda dua contoh, satu tentang pencetakan Bitcoin dan yang lainnya tentang pembakaran ETH.

Karena penggunaan block rewards—insentif bagi penambang untuk mencetak koin baru—Bitcoin terpaksa mengalami inflasi. Oleh karena itu, negara tersebut juga harus memiliki kebijakan moneter yang sesuai yang menentukan tingkat inflasi dan perkembangannya dari waktu ke waktu. Satoshi Nakamoto juga menetapkan batas pasokan keras sebesar 21 juta Bitcoin. Karena ada batasan ketat pada jumlah Bitcoin, tingkat inflasi harus mendekati nol.

Jika tingkat inflasi benar-benar nol, apa yang harus digunakan untuk memberi insentif kepada para penambang agar terus menjalankan protokol dan memberikan keamanan bagi Bitcoin? Diharapkan bahwa biaya transaksi akan menggantikan hadiah blok yang hilang, meskipun kemungkinan hal ini terjadi agak kecil. Diketahui bahwa jika biaya transaksi mendekati nol, protokol Bitcoin akan mengalami masalah keamanan yang signifikan.

Ilmuwan komputer Universitas Princeton Miles Carlston, Harry Kalodner, Matthew Weinberg, dan Arvind Narayanan menunjukkan perbedaan lain antara biaya transaksi dan hadiah blok dalam sebuah artikel. Meskipun hadiah blok sama untuk setiap blok (setidaknya antara dua “halving” hadiah blok berturut-turut), biaya transaksi dapat bervariasi berdasarkan urutan besarnya — yang pada gilirannya menyebabkan protokol ini memperkenalkan ketidakstabilan teori permainan yang baru. Dalam hal ini, keputusan makroekonomi untuk menetapkan batas pasokan mempunyai konsekuensi mikroekonomi negatif bagi protokol dan pesertanya.

Sama seperti pencetakan hadiah blok yang merupakan kekuatan inflasi untuk Bitcoin, pembakaran biaya transaksi di EIP-1559 adalah kekuatan deflasi untuk Ethereum. Dalam protokol Ethereum (yang menggunakan imbalan validator inflasi), terdapat tarik-menarik antara kedua kekuatan ini, dengan deflasi sering kali menang. ETH sekarang menjadi mata uang deflasi bersih, sebuah konsekuensi makroekonomi dari keputusan desain yang bermotivasi mikroekonomi dalam mekanisme biaya transaksi protokol.

Apakah deflasi baik atau buruk bagi protokol Ethereum? Pemegang ETH menyukai deflasi karena, jika semuanya sama, token mereka menjadi lebih berharga seiring waktu. (Memang benar, produk sampingan inilah yang akhirnya mendorong opini publik untuk beralih ke rezim biaya transaksi EIP-1559.) Namun, istilah deflasi membuat para ahli ekonomi makro yang terlatih secara tradisional merasa takut, mengingat stagflasi ekonomi Jepang pada tahun 1990-an.

Siapa yang benar? Secara pribadi, menurut saya mata uang fiat negara bukanlah analogi yang tepat untuk mata uang kripto seperti ETH. Lalu bagaimana analogi yang tepat? Hal ini masih menjadi pertanyaan terbuka yang memerlukan eksplorasi lebih lanjut oleh para peneliti blockchain: Mengapa mata uang deflasi dapat berfungsi sebagai mata uang kripto yang mendukung protokol blockchain, namun bukan mata uang fiat yang mendukung negara berdaulat?

6. Jangan abaikan tumpukan yang mendasarinya

Dalam ilmu komputer, salah satu hal yang kami perjuangkan adalah modularitas dan abstraksi yang bersih, yang memberi kami kemampuan untuk mempercayai bagian-bagian suatu sistem. Saat merancang dan menganalisis satu bagian dari suatu sistem, Anda mungkin perlu mengetahui fungsionalitas keluaran dari bagian lain dari sistem. Namun idealnya, Anda tidak perlu mengetahui bagaimana fungsi ini diterapkan.

Dalam protokol blockchain, kita belum mencapai kondisi ideal ini. Meskipun pembuat dan perancang mekanisme mungkin ingin fokus pada lapisan aplikasi, mereka tidak dapat mengabaikan cara kerja lapisan infrastruktur dan detailnya.

Misalnya, jika Anda merancang pembuat pasar otomatis, Anda harus mempertimbangkan kemungkinan bahwa produsen blok yang tidak tepercaya bertanggung jawab atas pemesanan transaksi. Alternatifnya, ketika Anda mempertimbangkan untuk merancang mekanisme biaya transaksi untuk rollup (L2), Anda tidak hanya harus membayar konsumsi sumber daya L2, namun juga semua biaya yang dikeluarkan oleh protokol L1 yang mendasarinya (misalnya, menyimpan data panggilan).

Dalam kedua contoh tersebut, desain mekanisme yang efektif pada satu lapisan memerlukan pengetahuan rinci tentang lapisan lainnya. Mungkin, seiring dengan semakin matangnya teknologi blockchain, kita akan memiliki pemisahan yang jelas pada berbagai lapisan. Tapi kita belum sampai ke sana.

7. Diperlukan untuk bekerja di lingkungan dengan keterbatasan komputasi

"Komputer di langit" yang diimplementasikan oleh protokol blockchain adalah lingkungan dengan komputasi terbatas. Desain mekanisme tradisional hanya berfokus pada insentif ekonomi dan mengabaikan masalah komputasi (misalnya, mekanisme Vickery-Clarke-Groves yang terkenal tidak dapat diterapkan untuk permasalahan alokasi yang sangat kompleks).

Ketika Nisan dan Ronen mengusulkan desain mekanisme algoritmik pada tahun 1999, mereka menunjukkan bahwa kita benar-benar memerlukan semacam ketertelusuran komputasi agar mekanisme dapat masuk akal secara praktis di dunia nyata. Oleh karena itu, mereka merekomendasikan untuk membatasi perhatian pada mekanisme komputasi dan komunikasi yang menggunakan kuantitas tertentu sebagai perluasan fungsi polinomial (bukan eksponensial) sebagai parameter masalah.

Karena mesin virtual protokol blockchain sangat intensif secara komputasi, mekanisme on-chain harus sangat ringan - waktu dan komunikasi polinomial diperlukan, namun tidak cukup. Misalnya, kelangkaan adalah alasan utama pembuat pasar otomatis mendominasi Ethereum DeFi sepenuhnya, dibandingkan solusi yang lebih tradisional seperti buku pesanan terbatas.

8. Masih dalam tahap awal

Biasanya, ketika orang mengatakan web3 masih dalam tahap awal, yang mereka maksud adalah peluang investasi atau adopsi. Namun dari sudut pandang ilmiah, kita bahkan lebih awal dari itu. Hal ini hanya akan menjadi lebih sulit—meskipun peluangnya sangat besar.

Manfaat bekerja di bidang penelitian yang sudah mapan diterima begitu saja oleh semua orang. Ada model dan definisi yang diterima secara umum. Konsensus dicapai mengenai isu-isu yang paling penting. Koordinasi utama juga dikembangkan seputar pengukuran kemajuan. Terdapat kosakata umum dan basis pengetahuan masyarakat yang luas. Ada juga cara untuk mempercepatnya, termasuk buku teks yang diperiksa secara ketat, kursus online, dan sumber daya lainnya.

Pada saat yang sama, dalam banyak aspek ruang blockchain, kita belum mengetahui model dan definisi yang “tepat” untuk berpikir jernih dan membuat kemajuan dalam isu-isu penting. Misalnya, apa konsep insentif kompatibilitas yang paling penting dalam konteks protokol blockchain? Apa saja lapisan tumpukan web3? Apa saja komponen Nilai Maksimum yang Dapat Diekstraksi (MEV)? Ini semua adalah pertanyaan yang belum terjawab.

Bagi mereka yang tertarik dengan ilmu blockchain, ketidakdewasaan bidang ini memang merupakan sebuah tantangan. Namun terlibat sejak dini – sekarang – juga dapat menghasilkan peluang unik.

Desain mekanisme selalu menjadi alat yang berguna pada lapisan aplikasi Internet - seperti lelang iklan real-time, atau desain pasar dua sisi yang ada di mana-mana di sebagian besar aplikasi konsumen online saat ini, mulai dari e-commerce hingga pembelian kelompok.

Namun di web3, desain mekanisme juga menginformasikan keputusan desain pada infrastruktur itu sendiri.

Bayangkan kembali tahun 1970an dan 1980an, ketika protokol perutean Internet masih dibahas dan dirancang. Sejauh yang saya tahu, tidak ada profesional di bidang desain insentif dan mekanisme yang duduk di meja tersebut. Jika dipikir-pikir, kini kami menyadari bahwa orang tersebut dapat memberikan informasi berguna untuk desain tersebut. Sementara itu, di web3, dengan dirilisnya buku putih Bitcoin asli, insentif menjadi bagian dari diskusi sejak awal.

Kebingungan seputar model, definisi, dan metrik keberhasilan yang “benar” untuk web3 sebenarnya memberi tahu kita bahwa kita berada di zaman keemasan. Generasi pelajar dan ilmuwan masa depan akan iri pada kita karena kita berada di tempat yang tepat dan waktu yang tepat dengan peluang untuk membentuk arah teknologi ini. Jadi meskipun mungkin tidak ada banyak buku teks dalam bidang ini, suatu hari nanti akan ada, dan apa yang akan dijelaskan dalam buku-buku ini adalah apa yang sedang kita lakukan sekarang.