Philip Lazos（フィリップ・ラゾス）研究員が、安定報酬のアイデアで導入された乗数の概念を拡張・明確化した、段階的なカルダノの価格設定モデルを検討しました。その結果、予測可能な低価格の料金で、需要を管理しながら公平性を保つことができます。

カルダノのトランザクション処理の柱（予測可能性、公平性、安価なアクセス）を維持しつつ、需要の増加から生じる可能性のある問題を軽減するものです。私たちのアプローチは、ブロックチェーンのための新しい取引手数料メカニズムを提示します。

以下はIOGブログに掲載された記事「Network traffic and tiered pricing」を翻訳したものです。

ネットワークトラフィックと階層化された価格設定

分散型金融は今後もカルダノの需要を高めていくでしょう。私たちの研究プロジェクトでは、すべてのユーザーにとって公平なアクセスとスループットを維持する方法を検討しています

by Philip Lazos Research Fellow 2021年11月26日

最近のブログ記事では、スマートコントラクトやDeFiの世界的な需要に応えるために、カルダノネットワークが柔軟に進化していく方法をいくつか紹介しました。同様に、カルダノに使用されている取引手数料システムのアップグレードも必要になってきます。

現在のシステムはシンプルで公平なもので、すべての取引が同じように扱われ、ユーザーが高い手数料を支払うことで優先順位を変えることはできません。処理能力が需要と同等である限り、この方法はうまく機能します。

しかし、難点もあります。カルダノの利用が増えてくると、パラメータ設定を調整しても、すべての取引がブロックチェーンに含まれなくなるという事態が発生します。メインチェーンの容量を増やしたり、Hydraや他のレイヤー2のソリューションにトランザクションを振り分けたりすることで、この懸念を軽減することができますが、それでもコアシステムは、あらゆる可能性のあるケースで、いつでも俊敏に動作しなければなりません。

これは特にサービス拒否（DoS）攻撃の場合に関係します。システムがそのままの状態では、攻撃者は公平な扱いを利用して、悪意のあるスパムを正当な取引として渡し、他の人の待ち時間を増やしてしまう可能性があります。このような攻撃を技術的に困難にするために、ピアツーピアネットワークを介したトランザクションの伝搬などの対策が施されています。しかし、さらなる保護のためには、システム全体の公平性や価格効率を損なうことなく、このような攻撃のコストを増やすことができるようにしたいと考えています。

これは、IOグループの研究チームのメンバーが今年検討しているテーマです。今回提案するアプローチは、カルダノのトランザクション処理の柱（予測可能性、公平性、安価なアクセス）を維持しつつ、需要の増加から生じる可能性のある問題を軽減するものです。私たちのアプローチは、ブロックチェーンのための新しい取引手数料メカニズムを提示します。デザインの鍵となるのは、各ブロックをユースケースに応じて3つの「ティア」に分割することです。各層は、最大ブロックサイズの一定割合を占め、異なるタイプの取引のために設計されています（図1）。各層は、現在分析している分割案と合わせて、以下のようになります。

フェア（50）
バランス(30%)
即時（20）

フェアは他の2つの層とは仕組みが異なるため、最後に説明します。バランス型と即時型は、それぞれ異なる「手数料のしきい値」を持つことで機能します。ブロックに含まれるために、トランザクションの発行者は、必要なサービスのティアを指定することになります。これは、トランザクションの最大手数料を設定することで可能となります。その後、各ブロックには、即時性のある階層から始まり、バランスのとれた階層、そして公正な階層へと埋められていきます。同じ階層内の同様のトランザクションは、同じ料金を支払うことになります。この選択をシンプルにするために、各取引はブロックへの参加を保証する最低の手数料のみを請求されます。各ブロックの終了後、即時取引層とバランス取引層の手数料は、各セグメントが目標とする割合でブロックを使用するように、（前のブロックの需要レベルを反映して）動的かつ決定論的に更新されます。

即時型とバランス型の違いは、料金の更新方法にあり、具体的には、現在の負荷に応じて調整される「速度」にあります。即時サービスの閾値はバランス型よりも常に高く、需要に対してより鋭く反応し、要求されたトランザクションが可能な限り早くサービスされることを保証します。バランス型の閾値は適応が遅く、より安定しています。このため、時間的制約のある取引には適していませんが、より多様な待ち時間を犠牲にして、より低く、より信頼性の高い価格を提供します。

バランス層と即時層が異なるレベルの緊急性を持つ取引を扱うことを目的としているのに対し、フェア層は通常の取引を扱います。フェア層は、手数料を低く抑え（将来的には、stablefeesの記事で説明したように、商品/フィアットのバスケットにペッグすることで、安定的にも）、ユーザーの視点から予測不可能なものを取り除くことで、カルダノの現行システムを洗練させる役割を果たすことを目的としています。需要が少ない（取引がブロックの半分に収まっている）間は、このセグメントは現在のカルダノと同じように機能します。

しかし、需要が高まってくると、公正な層の取引のために特別なメカニズムが働きます。このメカニズムは、手数料とは独立した方法で取引をフィルタリングし、優先順位付け機能に基づいています。例えば、UTXOの年数や量に応じて、取引に優先順位をつけることが考えられます。具体的には、ある取引の優先順位は、各入力の量に年齢を乗じたものを、取引の合計サイズ（バイ ト）で割ったものになります。この優先度は、優先度が低すぎるトランザクションをフィルタリングするための閾値（ブロックごとに動的に更新される）と組み合わせて使用することができます。このようなアプローチは、低価格で予測可能な価格で各取引の有効性を保証し、悪意のある攻撃者（または需要の急増）が価格に与える影響を制限します。

ここで紹介する階層型価格設定の考え方は、stablefeesの記事で紹介した乗数の概念を拡張し、明確にするものでもあります。このように考えると、3つの層のそれぞれには、決定論的に計算された乗数（フェアな層は常に乗数1）が関連付けられており、その値は前のブロックでのそれぞれの層の混雑状況に依存します。

この仕組みは、ビットコインやイーサリアム（イーサリアム改善提案1559でも）で採用されているような、各トランザクションがブロックに入るために超えなければならない可変の手数料があるという、現在の価格設定アプローチとは異なります。このアプローチの欠点は、誰もが支払う必要のある手数料が、「最も裕福な」消費者によって決定されることです。さらに悪いことに、これは最も裕福な消費者が「すぐに」ブロックに参加するために支払う手数料です。さらに、手数料はほとんどが需要と供給の関数であるにもかかわらず、このような特定のタイプの取引手数料メカニズムは、不用意に需要を「形成」したり、最適な入札戦略がユーザーに明確でないために不用意に価格を上昇させたりする可能性があります。想像してみてください。ビットコインの取引手数料が突然半分になり、誰もがかつての手数料を忘れてしまったとしたら、それでも現在のレベルまで上昇するでしょうか？この質問に「いいえ」と答えることは、このようなメカニズムの欠点を示しており、階層化された価格設定が設計上排除している苦境です。

階層型のアプローチはより洗練されています。すべての取引に同じニーズがあるわけではないことを理解し、異なるユースケースを同時に実現し、ユーザーが希望するタイプのサービスを簡単に選択できるようにしています。このように、階層化された価格設定により、メインチェーンの混雑時期を管理しながら、予測可能で公正な料金を実現することができます。メインチェーンの生のスループット容量と処理能力を向上させることに焦点を当てた、後の投稿で明らかにされる設計上の改善と組み合わせることで、階層化された価格設定は、カルダノがどのような状況の取引処理需要にも対応できることを示しています。

この記事には、Giorgos Panagiotakos氏、Aggelos Kiayias氏、Elias Koutsoupias氏の貢献を認めたいと思います。私たちは、このメカニズムの設計に取り組む研究グループを形成しています。技術論文は近日中に公開される予定です。