イーサリアム創設者ブテリン：インフレ、取引手数料、暗号通貨戦略

ブロックチェーンの最も重要なコストは、セキュリティのコストです。ブロックチェーンは、経済的な手段を通じてコン​​センサス プロトコルに参加するために、マイナーまたはバリデーターに支払いを行う必要があります。プルーフ・オブ・ワークのメカニズムであろうと、プルーフ・オブ・ステークのメカニズムであろうと、このコストは避けられません。これらのコストを支払う方法は、インフレと取引手数料の 2 つがあります。現在、2つの主要なブロックチェーンはビットコインとイーサリアムであり、どちらもセキュリティコストの支払いに高いインフレを利用しています。ビットコインコミュニティが採用しているモデルは、時間の経過とともに徐々にインフレを減らし、最終的には取引手数料に完全に依存することです。 Futurecoin は、セキュリティ コストが取引手数料に完全に依存する、より大きなプルーフ オブ ステーク通貨です。ただし、一部の関数では Futurecoin の一部を破棄する必要があるため、Futurecoin は実際にはマイナスのインフレを示します。 Futurecoinの現在の総量は、当初の供給量1億より0.1%少ないです。そこで疑問になるのが、ブロックチェーンのセキュリティのためにどれだけの「防衛費」を支払う必要があるのか​​、ということです。特定の支出合計がある場合、それを取得する最善の方法は何ですか?

プルーフ・オブ・ワーク/プルーフ・オブ・ステーク（PoW/PoS）報酬の絶対的な大きさ

次の章で実証的なデータを提供するために、ビットコインを例に分析してみましょう。過去数年間、ビットコインの取引手数料は1日あたり約15～75ビットコイン、またはブロックあたり0.35ビットコイン（現在のマイニング報酬の1.4%）の範囲で推移しており、取引手数料はビットコインの採用レベルに応じて大きく異なります。

その理由は簡単にわかります。ビットコインの人気が高まるにつれて、米ドル建ての取引手数料の総額も増加します（取引量の増加、または取引手数料の増加、またはその両方による）。しかし、同じ金額の米ドルと交換されるビットコインの数は少なくなるため、ブロック容量の危機を除けば、ビットコインの人気の変化が基礎となる市場構造の変化につながることはなく、ビットコイン建ての取引手数料の総額はあまり変わらないと考えるのが妥当です。

今後 25 年間で、ビットコインのマイニング報酬はほぼなくなるでしょう。したがって、1ブロックあたりの0.35ビットコインの取引手数料がすべての収入になります。現在の価格では、1日あたり約35,000ドル、年間1,000万ドルになります。さまざまな方法で、ネットワークを乗っ取るのに十分な計算能力を購入するためのコストを見積もることができます。

まず、ネットワークのハッシュレートと消費者向けマイナーのコストを見てみましょう。ネットワークの現在のハッシュレートは 1,471,723 TH/s で、最適なマイナーのコストは 1 TH/s あたり 100 ドルなので、これだけ多くのマイナーを購入するコストは 1 億 4,700 万ドルになります。マイニング報酬を考慮しない場合、マイニング収益は36分の1に減少するため、長期的にはビットコインマイニングエコシステムは現在の規模の36分の1に縮小され、購入コストは408万ドルになります。そして、それは新しいマイナーを購入することを前提としています。既存のマイナーを購入する場合、その半分を購入するだけで済み、ティム・スワンソン氏が「マジノ線」と呼ぶものを攻撃するためのコストは 204 万ドルにまで下がります。

さらに、プロフェッショナルなマイニング ファームのコストは、消費者向けマイナーのコストよりもはるかに低くなります。 Bitfury の 1 億ドル規模のデータセンターの関連データを見ると、その総電力消費量は 100 MW であることがわかります。このマイニングでは、28nm および 16nm のマイニング チップを使用します。 16nm チップは 0.06 ジュール/g のエネルギー効率を達成できます。攻撃のコストが懸念されるため、Bitfury が 16nm チップのみを使用する場合、100 MW で 0.06 ジュール/g (0.06 ジュール/g = 1 ワット/GH/秒) の効率で 16.7 億 GH/秒、つまり 167 万 TH/秒の計算能力が得られると想定します。したがって、Bitfury の計算能力コストは 1 TH/s あたり 60 米ドルのレベルに達する可能性があります。このように計算すると、「外部」から攻撃する場合のコストは 245 万ドル、既存のコンピューティング能力を購入して攻撃する場合のコストは 122 万ドルであることがわかります。

そのため、取引手数料のみで維持されているネットワークの「マジノ線」を突破するためのコストは約 120 万～ 400 万で、より安価な攻撃 (たとえば、ハードウェアのレンタル) は 10 ～ 100 倍安くなります。ビットコインのサイズが大きくなるにつれて、その価値も上がり、ネットワークによって管理されるトランザクションのサイズも大きくなり、攻撃の動機が高まります。このレベルのセキュリティでブロックチェーンを攻撃から保護できますか?何とも言えませんが、私の意見としては、リスクが大きすぎて、ブロックチェーンのセキュリティを保証するには不十分であり、改善できないこのレベルのセキュリティはブロックチェーン プロトコルにとって非常に危険です (現在のプルーフ オブ ワーク メカニズムの Ethereum では、この状況が根本的に改善されないことに注意してください。そのため、現時点では Ethereum の総供給量を設定したくありません)。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の場合、セキュリティははるかに高くなります。その理由を説明するには、ビットコイン ネットワークの乗っ取りにかかるコストと年間のマイニング収益 (現在の価格で 9 億 3,200 万ドル) の比率を見てみましょう。コストは非常に低く、その額はわずか 2 か月分のマイニング収益に相当します。プルーフ・オブ・ステーク・モデルでは、預金のコストは無限の将来における割引総収益と等しくなるはずです。リスク調整後の割引率は 5% で、資金コストは 20 年間の総収益に等しくなります。 ASIC マイナーが電力を消費せず、永久に動作する場合、この PoW のバランスは PoS と同じになります (ただし、PoW は経済的に無駄が多く、攻撃が成功した場合の回復がより困難です)。ただし、ASIC マイニングの電力消費とハードウェアの減価償却は、最大の矛盾です。したがって、プルーフ・オブ・ステークのメカニズムを使用すると、ビットコイン規模のネットワークを攻撃するコストは 2,000 万ドルから 1 億ドルになります。このレベルのセキュリティは十分なはずですが、まだ不確実性が残っています。

ラムゼイの法則

現在の取引手数料だけに頼るだけでは、ネットワークのセキュリティを維持するのに十分ではないと仮定しましょう。鉱山労働者の収入を増やす方法は2つあります。 1 つの方法は、総額を効果的なレベルに制限し、取引手数料を上げることです。もう一つの方法はインフレを高めることです。どうすれば正しい道を選ぶことができるのでしょうか?つまり、それらの比率はどのようなものになるのでしょうか?

幸いなことに、追加の経済的損失を最小限に抑えることでこの問題を解決する、いわゆるラムゼイ価格設定ルールという既成の経済法則があります。ラムゼイルールの本来の適用シナリオは次のようになります。特定の利益目標（固定費を支払った後でも損益が均衡する可能性）の達成を要求する規制対象の独占企業があり、競争的な価格設定（たとえば、商品の価格がもう 1 つの商品を生産するための限界費用に設定される）ではそのような要件を達成するのに不十分であるとします。ラムゼーの法則によれば、価格の上昇は需要の弾力性に反比例するはずです。たとえば、商品 A の価格が 1% 上昇し、需要が 2% 減少し、商品 B の価格が 1% 上昇し、需要が 4% 減少した場合、社会的に最適なアプローチは、商品 A の価格を商品 B の価格の 2 倍に増加させることです (これにより、需要の減少が基本的に均一になることがわかります)。

需要が非弾力的なほとんどの商品の価格を全面的に引き上げるのではなく、このバランスのとれたアプローチを取る理由は、限界費用を超えて価格設定した場合の損害が価格上昇の二乗になるからです。商品の生産コストが 20 ドルで、21 ドルを請求するとします。商品の価値を 20 ドルから 21 ドルの間と評価する人もいるかもしれません (平均は 20.5 ドルと想定できます)。買い手が売り手よりも商品を所有することで多くの利益を得ることができるにもかかわらず、これらの人々は商品を購入しません。これは社会的損失であり、そのような人は多くないので、純損失（平均 0.5 ドル）は小さいです。ここで、30 ドルを要求すると、「予約価格」が 20 ドルと 30 ドルの人の数が 10 倍に増え、平均評価額は 25 ドル程度になります。人数が 10 倍に増えると、一人当たりの平均社会的損失は 0.5 ドルから 5 ドルに増え、純社会的損失は 100 倍に増えます。この超線形成長により、少数のグループが大きな価格上昇を負担するよりも、全員が小さな価格上昇を負担する方が得策となります。

ビットコインの場合、現在のビットコインの取引手数料は1日あたり約50ビットコイン、年間18,000ビットコインで維持されており、これはビットコインの総量の約0.1％です。第一近似値を用いると、ビットコインの取引手数料が現在の 2 倍に上昇すると、取引量は 20% 減少すると推定できます。実際、ビットコインの取引手数料は1年前の2倍になっており、手数料が上昇していなかった場合と比べて取引量が20%減少しているようです（グラフ参照）。この推定は非常に非科学的ですが、正統的な第一近似値です。

ここで、年間 0.5% のインフレによりビットコイン保有への関心が 10% 低下する可能性があると仮定し、保守的にこの数値を 25% に設定してみましょう。ある時点でビットコイン コミュニティがセキュリティ支出を年間 200,000 ビットコインに増やすことを決定した場合、この推定方法では、セキュリティ支出を増やす前に取引手数料が最適であると仮定すると、ベスト プラクティスは取引手数料を 2.96 倍に増やし、年間インフレ率を 0.784% 追加することです。他の推定方法では異なる結果が出る可能性がありますが、いずれにしても取引手数料とインフレの最適レベルはゼロ増加にはなり得ません。ビットコインを例に挙げたのは、固定された総額がその成長を阻害するケースであり、同じパラメータがイーサリアムにも当てはまるからです。

ゲーム戦略攻撃

このインフレの主張を支持する他の議論もあります。たとえば、取引手数料に過度に依存すると、より大規模で分析が困難なゲームテーマ攻撃が発生する可能性があります。根本的な理由は単純です。別のブロックがブロックチェーンに入るのを防ぐ方法を使用できれば、そのブロック内のトランザクションを盗むことができるため、バリデーターは他者を犠牲にして自らに利益をもたらす強いインセンティブを持つことになります。これは、セルフィッシュマイニング攻撃よりもさらに直接的です。なぜなら、セルフィッシュマイニングは特定のバリデーターに損害を与える一方で、他のバリデーターに利益をもたらすため、攻撃者に利益を独占する機会を与えるからです。

プルーフ・オブ・ワーク (PoW) メカニズムでは、単純な攻撃は次のようになります。トランザクション手数料の高いブロックを見つけ、同じトランザクションを含む姉妹ブロックをマイニングし、報酬として 1 ビットコインを与えて、次のマイナーが自分のブロックの上にマイニングするように刺激します。これにより、後続のマイナーは元のブロックではなく自分のブロックをパッケージ化するインセンティブを持つようになります。もちろん、元のマイナーは報酬を上げて入札戦争を始めることができ、このマイナーは取引手数料の大部分を次のブロックの作成者に譲り渡すことで、先手を打って同じ攻撃を仕掛けることもできます。最終結果を予測することは難しく、ネットワークが効率的かどうかを判断することは困難です。プルーフ・オブ・ステーク（PoS）メカニズムでは、このような攻撃も可能です。

取引手数料をどのように配分しますか?

インフレと取引手数料による収益の分配が特定の配分スキームに従う場合でも、取引手数料を徴収するための別の選択肢がまだあります。現在のプロトコルのほとんどは単一チャネル アプローチを使用していますが、実際にはかなりの自由度があります。主なオプションは次の 3 つです。

1. 取引手数料は、このブロックを作成したバリデーター/マイナーに支払われます。

2. 取引手数料はすべてのバリデーターに公平に流れる

3. 取引手数料は燃やされる

最初の項目と 2 番目の項目の違いが最も大きいことは議論する価値があります。 2 番目と 3 番目の項目の違いは、ターゲット市場の選択戦略の違いとして説明できます。これについては、後の章で別途説明します。最初の 2 つのオプションの違いは、ブロックを作成するバリデータがこれらのトランザクション手数料を受け取る場合、このバリデータには、できるだけ多くのトランザクションを含めようとする大きなインセンティブがあるということです。バリデーター全員が取引手数料を均等に受け取る場合、この動機は最小限になります。

サイドチャネル支払いによる「脱税」攻撃のため、100% の手数料再分配 (または手数料の固定割合) は実現不可能であることに注意してください。標準メカニズムを使用して手数料を増やす代わりに、トランザクション開始者はゼロまたはゼロに近い「公式手数料」を設定し、他の暗号通貨 (または PayPal) を介してバリデーターに直接支払い、バリデータが収益の 100% を収集できるようにします。ただし、他の方法で目的の結果を達成することもできます。プロトコルでトランザクションが支払う必要のある最低手数料を設定し、プロトコルがこの手数料の一部を「没収」し、マイナーはそれを超えるすべての手数料を取得できます (または、マイナーはすべてのトランザクション手数料を取得しますが、マイナーはトランザクションのバイト/ユニットごとにプロトコルにガスを支払う必要があります。これは数学的に同等の式です)。これにより、脱税のインセンティブが排除され、取引手数料の一部はプロトコルによって制御されますが、従来の純粋な取引手数料モデルのゲーム理論化攻撃を受けることなく、取引手数料ベースの発行権を使用できるようになります。

最小取引手数料を設定するための可能なアルゴリズムは難易度調整プロセスに似ており、中期的なガス使用量がプロトコルのガス制限の 3 分の 1 に等しくなることを目標としています。平均使用量がこの値より少ない場合、最小取引手数料は削減され、平均使用量がこの値より高い場合、最小取引手数料は増加します。

このモデルを拡張して、さらに興味深い特性を得ることができます。たとえば、柔軟なガス制限のアプリケーションでは、ブロックチェーンには超過できない厳格な燃料制限はありません。プロトコル手数料が 20 シャノン/ガスであると仮定して、ソフト リミット G1 とハード リミット G2 (G2=2*G1) を設定します (Ethereum 以外のプラットフォームでは、他の暗号通貨は異なる名前で呼ばれ、「バイト」やその他のブロック リソース制限が必要になるなど)。 G1 範囲内での取引には、20 シャノン/ガスの手数料を支払う必要があります。この制限を超えると、料金は次のように上昇します。(G2 + G1) / 2 のレベルで、燃料の限界単位は 40 シャノンを消費し、((3 * G2 + G1) / 4) では 80 シャノンを消費し、G2 に限りなく近づくまでこの状態が続きます。これにより、ブロックチェーンは需要の急増に対応するための限定的な拡張能力を獲得し、価格ショックを軽減します（「取引手数料市場」の批評家の中にはこれを歓迎する人もいるでしょう）。

戦略とは何ですか?

上記に同意していると仮定しましょう。しかし、まだいくつか疑問があります。政策変数と具体的なインフレをどのように設定するのか、ステーキングメカニズム（PoS）の固定シェア（たとえば、全ETHの30％）をどのように設定し、それを調整するために金利レベルを調整するのか？全体的なインフレの固定レベルを指定しますか?それとも、固定レートを設定し、インフレと割り当てによる適度な調整を許可するのでしょうか?それとも、インフレ、シェア拡大、そして大株主に向けた低金利を組み合わせた妥協策が必要なのでしょうか?

一般に、ルールを指定する際のトレードオフは、どのような不確実性を受け入れ、どのような変動性を軽減したいかを決定する基本的なトレードオフです。固定レベルの共有を指定すると、それに応じた一定レベルのセキュリティが確保されます。固定レベルのインフレを指定する目的は、一部のトークン保有者の予測可能な供給ニーズを満たしながら、より弱いながらも実行可能なセキュリティ保証を維持することです (理論上は、ETH インフレの 5% を注入することでバランスを達成できますが、これにより金利レベルが高くなり、ローカルな反対圧力が発生します)。固定金利レベルを指定する主な理由は、利己的な検証のリスクを最小限に抑えることです。この方法では、検証者が他の検証者の利益を損なうことで利益を得ることができないためです。プルーフ・オブ・ステークのハイブリッドなアプローチでは、これらの保証を組み合わせることができます。たとえば、利己的なマイニングに対する保護を提供しながら、可能であれば最低 5% の厳格なステーク制限を追加します。

ここで、取引手数料の再分配とバーンの違いについて説明します。明らかに、そして当然のことながら、この 2 つは同等です。1 日あたり 50ETH のインフレを再分配して 100ETH をインフレさせることは、1 日あたり 50ETH のインフレを燃焼させて 100ETH をインフレさせることと同じです。もう一度言いますが、トレードオフは分岐します。取引手数料が再分配されると、供給についての確実性は高まりますが、バリデーターのインセンティブが正確にわかっているため、セキュリティ レベルについての確実性は低くなります。取引手数料が焼却されると、供給の確実性は失われますが、バリデーターのインセンティブとこのレベルのセキュリティが得られます。取引手数料のバーンには、バリデーターが取引手数料を人為的に引き上げることによって（検閲や容量制限ソフトフォークなどを通じて）利益を増やすことができないため、カルテルリスクを最小限に抑えるという利点もあります。繰り返しになりますが、ハイブリッド パスは可能であり、最適である可能性がありますが、現時点では取引手数料を燃やすパスのように見えます。そのため、不確実な暗号通貨の供給を受け入れる方が、使用量が多い期間には純減が少なく、使用量が少ない期間には純増が少なくなるため、より良い可能性があります。使用率が十分に高ければ、このアプローチによりデフレのレベルは全体的に低くなる可能性があります。