Первоначальный автор: Тим Рафгарден, руководитель отдела криптографических исследований a16z.

Оригинальный сборник: 0x xz, Golden Finance

Глубокое изучение области учит вас, что проблемы реального мира — это всего лишь плохая маскировка проблем, которые были хорошо решены. Например, когда я преподаю основы алгоритмов, студенты учатся выявлять проблемы, которые сводятся к вычислению кратчайшего пути или линейному программированию.

Этот вид сопоставления с образцом также эффективен при проектировании механизмов, что представляет собой своего рода «теорию обратных игр», использующую стимулы для достижения желаемых результатов. Инструменты и уроки проектирования механизмов особенно полезны в теории аукционов, рыночном дизайне и теории социального выбора.

Crypto и web3 пронизаны проблемами механического проектирования. Можно подумать, что многие проблемы можно решить, применив материал учебников, по-новому переосмыслив старые идеи. Однако уникальные проблемы и ограничения неразрешенных протоколов блокчейна часто заставляют переосмыслить фундаментальные принципы, казалось бы, решенной проблемы. Это усложняет разработку механизмов в web3. Но именно эти проблемы делают проектирование механизмов Web3 таким увлекательным.

В этой статье я рассмотрю некоторые проблемы, с которыми сталкивается проектирование механизма Web3. Эти проблемы могут быть знакомы пользователям, использующим криптовалюту, но более глубокое понимание конструкции механизмов должно предоставить всем строителям новый взгляд на то, почему решение этих проблем так сложно. Что касается разработчиков механизмов, то, если вы думаете о новых приложениях, вас могут заинтересовать проблемы, возникающие в среде без разрешений.

Но сначала нам нужно знать, что такое конструкция механизма?

Область проектирования механизмов возникла как минимум в 1961 году, когда экономист Колумбийского университета и будущий нобелевский лауреат Уильям Викри официально предложил метод закрытого аукциона второй цены. Этот аукционный метод использовался еще в 1797 году, когда автор Иоганн Вольфганг фон Гете продал рукопись своей эпической поэмы «Герман и Доротея», и он широко использовался коллекционерами марок в 19 веке, но официально Викри не предлагал его до 1961 года. и теперь его часто называют «аукционом Викри». В модели аукциона Викери побеждает участник, предложивший самую высокую цену, но платит вторую по величине ставку. Этот тип аукциона вызывает истинное предпочтение среди участников торгов и доставляет лот по наивысшему эстимейту.

Аукцион Викери — это элегантный и эффективный дизайн, который был применен к реальному миру, адаптируясь и обновляясь к новым ситуациям, с практикой, подкрепляющей теорию, и наоборот. Как и аукцион Vickery, история проектирования механизмов как формальной дисциплины — это история переплетения теории и практики, одновременно глубокая и прекрасная.

В отличие от теории игр, которая устанавливает измерение стратегического взаимодействия и исследует наиболее разумные результаты действий, область проектирования механизмов начинается не с игры, а с желаемого результата. Цель разработки механизма — перепроектировать некоторую форму игры так, чтобы желаемый результат (возможно, характеризующийся эффективностью, справедливостью или определенным поведением) был сбалансированным. В случае с аукционами Vickery Auctions конечная цель — побудить участников заплатить максимальную сумму, которую они готовы заплатить, не наказывая их.

В Web3 существует множество возможностей применения для проектирования механизмов. Например, протокол блокчейна может захотеть достичь результатов, при которых участники протокола будут вести себя честно (не отклоняясь от ожидаемого поведения). В качестве альтернативы протоколу может потребоваться получить точную информацию о значениях транзакций, чтобы эффективно распределить пространство блока для наиболее ценных транзакций.

Проблемы проектирования таких механизмов всегда сложны, а в среде блокчейна эти проблемы еще более уникальны.

1. Отсутствие доверия

Без доверенной стороны, обеспечивающей соблюдение механизмов, проектирование в пространстве блокчейна становится более трудным.

Весь смысл использования протокола блокчейна без разрешений заключается в том, что вам не нужно доверять какому-либо отдельному лицу или человеку, просто предполагается доверие «среднего уровня», что достаточное количество узлов, на которых работает протокол, честны.

Но ирония многих архитектур блокчейна заключается в том, что каждая партия транзакций, добавляемая в историю цепочки, которая должна выполняться на виртуальной машине, поддерживаемой протоколом, является продуктом односторонних решений одного узла.

Вы не знаете, можно ли доверять этому узлу.

Вот почему аукционы Vickery редко встречаются в пространстве блокчейнов. Наивная реализация аукционов Vickery быстро столкнется с проблемой манипуляций со стороны ненадежных производителей блоков. Проблема в том, что производитель блока может создать фальшивую ставку «подставную ставку», которая будет немного ниже, чем ставка будущего победителя, тем самым вынуждая победителя заплатить почти всю свою ставку (вместо истинной второй по величине ставки). .

Поддельные заявки от ненадежных производителей блоков фактически заставили Vickrey Auctions вернуться к режиму аукциона первой цены, что является одной из причин, по которой аукционы первой цены так распространены в web3. (Последняя часть литературы по проектированию традиционных механизмов, посвященная «доверенным механизмам», также рассматривает проектирование аукционов с участием ненадежных аукционистов, но с другой точки зрения.)

2. Иногда имеет место сговор

Еще одна причина, по которой разработка механизма блокчейна затруднена, — это сговор между участниками блокчейна. Например, аукционы второй цены могут быть легко связаны с компенсационными выплатами. Идея проста: поскольку победитель торгов платит вторую по величине ставку, он может подкупить участника, предложившего вторую по величине цену, чтобы тот предложил гораздо более низкую ставку.

В академической литературе по проектированию механизмов этот вопрос не особо волнует. Одной из причин может быть то, что сговора, особенно в отношении компенсационных выплат, трудно достичь в реальном мире. После сговора победитель может отказаться давать взятку, поэтому добиться заслуживающих доверия компенсационных выплат сложно. (Как говорится: «Среди воров нет правых».)

Однако в контексте блокчейна потенциальные участники сговора часто могут использовать смарт-контракты, чтобы обеспечить надежные обязательства, позволяющие сговору действительно работать. Вторая причина - отсутствие механизма предотвращения сговора с компенсационными выплатами - механизма "раскрытия цен", который предоставляет только котировки и ничего больше.

Что еще хуже, пользователи протокола могут вступать в сговор не только друг с другом, но и с (ненадежными) производителями блоков (эквивалент сговора между участниками торгов и аукционистами на реальном аукционе).

Сопротивление этому последнему типу сговора является одной из основных причин сжигания комиссий за транзакции в механизме комиссий за транзакции EIP-1559 Ethereum. Без «сжигания» (или иного удержания этих доходов от производителей блоков) производители блоков и конечные пользователи могут вступить в сговор посредством компенсационных выплат и избежать любой резервной цены, которую пытается навязать механизм.

3. Мы не можем полагаться исключительно на верховенство закона

Проблема сговора, очевидно, не нова. Это беспокоило реальную механику на протяжении веков, но если вы посмотрите литературу по проектированию механизмов, вы, возможно, удивитесь, увидев, насколько мало она касается. Эта литература действительно рассматривает мотивацию отдельных субъектов к одностороннему манипулированию механизмами, но в целом оставляет этот вопрос на усмотрение какой-то еще не сформулированной концепции «верховенства закона». Например, участники механизма могут подписать юридический договор, в котором оговаривается, что они не будут вступать в сговор. В случае обнаружения сговора дело будет передано в законные каналы. Разработчики механизмов могут помочь, создав механизм, который позволит относительно легко обнаружить сговор.

В большей части литературы по проектированию механизмов есть невысказанный секрет: опора на верховенство закона. Хотя мы не можем сказать, что в сфере неразрешенных протоколов блокчейна нет верховенства закона (мы часто видим, как правоохранительные органы успешно расследуют преступления, связанные с неразрешенными блокчейнами), степень верховенства закона гораздо менее распространена, чем в традиционных приложениях проектирования механизмов.

Если вы не можете полагаться на верховенство закона вне механизма, то ответственность за решение проблемы внутри механизма лежит на разработчике. Этот подход преобладает при принятии решений по проектированию механизмов в области блокчейна. В частности, в протоколе Ethereum примеров предостаточно: от EIP-1559, сжигающего доходы от базовой комиссии, до сокращения валидаторов за неправильное поведение в их протоколе консенсуса.

4. Больше места для дизайна

Пространство дизайна в web3 больше, чем привыкли проектировщики механизмов. Поэтому дизайнеры должны переосмыслить любую конкретную проблему. Например, многие механизмы включают платежи, которые в традиционных приложениях для проектирования механизмов осуществлялись бы в бумажных валютах, таких как доллары США. Многие протоколы блокчейна имеют собственную валюту, и механизмы протокола способны манипулировать этими валютами.

Представьте себе, что вы написали статью о конструкции традиционного механизма, и часть описания вашего механизма была такой: «Напечатайте кучу новой валюты и раздайте ее группе участников. Если смотреть вне контекста блокчейна, это очень абсурдно». Но когда вы говорите о разработке механизмов в контексте протокола блокчейна, вы определенно можете это сделать. Протокол контролирует валюту, поэтому части механики протокола могут чеканить или сжигать токены.

Это означает, что некоторые проекты, которые были бы невозможны без национальной валюты, становятся возможными. Например, как стимулировать майнеров биткойнов выполнять протокол так, как задумано? Стимулируйте производителей блоков с помощью инфляционных вознаграждений: печатайте новые монеты (биткойны). Без национальной валюты такой дизайн был бы невозможен.

5. Национальная валюта может принести и другие проблемы

Последняя причина подчеркивает силу национальной валюты. С собственной валютой вы можете делать две вещи: «чеканить» (способ, которым протокол Биткойн чеканит новые биткойны, чтобы стимулировать майнеров) и «сжигать токены» (способ, которым механизм комиссии за транзакцию EIP-1559 в Ethereum сжигает ETH, чтобы противостоять сговору). Национальные валюты таят в себе опасность, которой не существует в традиционных механизмах: микроэкономические проектные решения могут иметь макроэкономические последствия.

В традиционной конструкции механизмов нет причин беспокоиться о макроэкономических силах. Традиционные аукционы не оказали существенного влияния на денежную массу США или уровень инфляции. Это совершенно новая задача в мире веб3-дизайна. Что может пойти не так? Позвольте мне рассказать вам два примера: один о чеканке биткойнов, а другой о сжигании ETH.

Из-за использования вознаграждений за блоки — стимулов для майнеров печатать новые монеты — Биткойн вынужден испытывать инфляцию. Следовательно, у него также должна быть соответствующая денежно-кредитная политика, которая определяет уровень инфляции и то, как она меняется с течением времени. Сатоши Накамото также установил жесткий предел предложения в 21 миллион биткойнов. Поскольку существует жесткое ограничение на количество биткойнов, уровень инфляции должен приближаться к нулю.

Если уровень инфляции действительно равен нулю, что следует использовать, чтобы стимулировать майнеров продолжать использовать протокол и обеспечивать безопасность Биткойна? Была надежда, что комиссии за транзакции компенсируют недостающее вознаграждение за блок, хотя шансы на это довольно малы. Известно, что если комиссия за транзакцию приблизится к нулю, протокол Биткойн столкнется с серьезными проблемами безопасности.

Ученые-компьютерщики Принстонского университета Майлз Карлстон, Гарри Калоднер, Мэтью Вайнберг и Арвинд Нараянан в своей статье указали на еще одну разницу между комиссией за транзакцию и вознаграждением за блок. Хотя вознаграждение за блок одинаково для каждого блока (по крайней мере, между двумя последовательными «уполовиниваниями» вознаграждения за блок), комиссии за транзакции могут варьироваться на порядки, что, в свою очередь, приводит к возникновению новой теоретико-игровой нестабильности. В этом смысле макроэкономическое решение установить ограничение предложения имеет негативные микроэкономические последствия для протокола и его участников.

Точно так же, как чеканка вознаграждений за блоки была инфляционной силой для Биткойна, сжигание комиссий за транзакции в EIP-1559 было дефляционной силой для Эфириума. В протоколе Ethereum (который действительно использует инфляционные вознаграждения валидаторов) между этими двумя силами происходит перетягивание каната, в котором часто побеждает дефляция. ETH теперь является чистой дефляционной валютой, что является макроэкономическим следствием микроэкономически мотивированных проектных решений в механизме комиссий за транзакции протокола.

Дефляция — это хорошо или плохо для протокола Ethereum? Держатели ETH любят дефляцию, потому что при прочих равных их токены со временем становятся более ценными. (Действительно, этот побочный продукт, возможно, и стал тем, что в конечном итоге подтолкнуло общественное мнение в пользу перехода к режиму комиссий за транзакции EIP-1559.) Однако термин «дефляция» пугает традиционно подготовленных макроэкономистов, напоминая экономическую стагфляцию в Японии 1990-х годов.

Кто прав? Лично я не думаю, что суверенные бумажные валюты являются подходящей аналогией для таких криптовалют, как ETH. Так какая аналогия правильная? Это остается открытым вопросом, который требует дальнейшего изучения исследователями блокчейна: почему дефляционная валюта может функционировать как криптовалюта, поддерживающая протокол блокчейна, но не как бумажная валюта, поддерживающая суверенное государство?

6. Не игнорируйте основной стек

В информатике мы стремимся к модульности и чистым абстракциям, которые дают нам возможность доверять частям системы. При проектировании и анализе одной части системы вам может потребоваться знать функциональность выходных данных других частей системы. Но в идеале вам не нужно знать, как эта функциональность реализована «под капотом».

В протоколах блокчейна мы еще не достигли этого идеального состояния. Хотя строители и проектировщики механизмов могут сосредоточиться на уровне приложения, они не могут игнорировать то, как работает уровень инфраструктуры и его детали.

Например, если вы разрабатываете автоматизированного маркет-мейкера, вы должны учитывать возможность того, что за заказ транзакций несут ответственность ненадежные производители блоков. В качестве альтернативы, когда вы рассматриваете возможность разработки механизма комиссии за транзакцию для объединения (L2), вам придется платить не только за потребление ресурсов L2, но также за все затраты, понесенные базовым протоколом L1 (например, хранение данных вызовов).

В обоих примерах эффективное проектирование механизма на одном уровне требует детального знания других уровней. Возможно, по мере того, как технология блокчейна станет более зрелой, у нас будет четкое разделение различных слоев. Но мы, конечно, еще не там.

7. Требуется работать в среде с ограниченными вычислительными возможностями.

«Компьютер в небе», реализованный протоколом блокчейна, представляет собой среду с ограниченными возможностями вычислений. Традиционная конструкция механизма фокусируется только на экономических стимулах и игнорирует вычислительные проблемы (например, знаменитый механизм Викери-Кларка-Гроувса непригоден для решения очень сложных задач распределения).

Когда Нисан и Ронен предложили проектирование алгоритмических механизмов в 1999 году, они отметили, что нам действительно нужна какая-то вычислительная прослеживаемость, чтобы механизмы имели практический смысл в реальном мире. Поэтому они рекомендуют ограничить внимание механизмами вычислений и связи, которые используют определенные величины в качестве полиномиальных (а не экспоненциальных) расширений функций в качестве параметров задачи.

Поскольку виртуальная машина протокола блокчейна требует очень больших вычислительных ресурсов, механизмы цепочки должны быть очень легкими — полиномиальное время и связь необходимы, но недостаточны. Например, дефицит является основной причиной, по которой автоматизированные маркет-мейкеры полностью доминируют в Ethereum DeFi, а не в более традиционных решениях, таких как книги лимитных ордеров.

8. Все еще на ранней стадии

Обычно, когда люди говорят, что web3 находится на ранней стадии своего развития, они имеют в виду либо инвестиционные возможности, либо внедрение. Но с научной точки зрения мы живем еще раньше. Будет только сложнее, даже если возможности огромны.

Преимущества работы в устоявшейся области исследований всеми воспринимаются как нечто само собой разумеющееся. Существуют общепринятые модели и определения. По наиболее важным вопросам достигнут консенсус. Ключевая координация также развивалась вокруг измерения прогресса. Существует общий словарь и обширная общедоступная база знаний. Есть также способы ускорить обучение, в том числе тщательно проверенные учебники, онлайн-курсы и другие ресурсы.

В то же время во многих аспектах блокчейн-пространства мы еще не знаем «правильных» моделей и определений, позволяющих ясно мыслить и добиваться прогресса по важным вопросам. Например, каковы наиболее важные концепции стимулирования совместимости в контексте протоколов блокчейна? Каковы уровни стека web3? Каковы компоненты максимальной извлекаемой ценности (MEV)? Это все вопросы без ответа.

Для тех, кто интересуется наукой о блокчейне, незрелость этой области действительно является проблемой. Но раннее участие — прямо сейчас — также может открыть уникальные возможности.

Проектирование механизмов всегда было полезным инструментом на уровне интернет-приложений, таких как рекламные аукционы в реальном времени или двухсторонний рыночный дизайн, который сегодня повсеместно используется в большинстве потребительских онлайн-приложений, от электронной коммерции до групповых покупок.

Но в web3 дизайн механизмов также влияет на проектные решения по самой инфраструктуре.

Вспомните 1970-е и 1980-е годы, когда протоколы маршрутизации Интернета еще обсуждались и разрабатывались. Насколько мне известно, ни один профессионал в области проектирования стимулов и механизмов не имеет места за столом переговоров. Оглядываясь назад, мы теперь понимаем, что такой человек мог бы предоставить полезную информацию для дизайна. Между тем, в web3, после выпуска оригинального официального документа о Биткойне, стимулы были частью обсуждения с самого начала.

Путаница вокруг «правильной» модели, определения и показателей успеха для web3 на самом деле говорит нам о том, что мы живем в золотой век. Будущие поколения студентов и ученых будут завидовать нам, что мы оказались в нужном месте в нужное время и получили возможность сформировать траекторию развития этой технологии. Так что, хотя учебников в этой области может и не быть много, однажды они появятся, и то, что будет описано в этих книгах, - это то, что мы делаем сейчас.