IOGによって公開されたブログ記事「Blockchain reward sharing – a comparative systematization from first principles」では、カルダノの報酬共有スキームの設計に焦点を当て、ブロックチェーンシステムにおける報酬共有スキームの体系化について説明しています。
リソースベースのコンセンサスシステムの目標（高い参加度と低いレバレッジなど）を探求し、ユニモーダルとマルチモーダルのスキームを含むさまざまなアプローチを分類しています。各アプローチの利点と欠点を強調し、カルダノのデリゲーティブバイモーダルスキームについて概要を提供しています。このスキームは、低いレバレッジと高い参加度を促進し、ステークホルダーの行動の多様性を受け入れることを目指しています。
以下はIOGブログに掲載された記事「Blockchain reward sharing – a comparative systematization from first principles」を翻訳したものです。
ブロックチェーンの報酬共有 – 最初の原則からの比較的体系化
報酬共有スキームの多様なランドスケープとCardanoの報酬共有スキームの設計における選択肢のナビゲーション
by Prof Aggelos Kiayias 2020年11月30日
前の記事では、Cardanoの報酬スキームの目的を特定し、システムへの参加方法に関する一般的なガイドラインを提供しました。
より高いレベルで、ブロックチェーンシステムにおける報酬共有の一般的な問題を最初の原則から検討します。念のために、任意のリソースベースのコンセンサスシステムの2つの主要な目的は次のとおりです。
高い参加度。リソースベースのコンセンサスプロトコルは、プロトコルのメンテナンスに関与するリソースが多いほど安全です。問題は、当然のことながら、その基礎となるリソースが他のさまざまな目的にも使用されることです（たとえば、プルーフオブワークの場合は電力と計算能力、プルーフオブステークの場合はステーク）。そのため、リソース保有者はプロトコルのメンテナンスのためにリソースを貢献するようにインセンティブを受ける必要があります。
低いレバレッジ：レバレッジは分散化に関連しています。10人のグループを取り上げましょう。もしリーダーが存在し、グループが常にリーダーの意向に従うなら、リーダーのレバレッジは10で、他の全員のレバレッジはゼロです。一方、誰の意見も同じように重要である場合、全員のレバレッジは1です。これらは2つの極端な例ですが、どのようなレバレッジが分散化により適合するかは非常に明確です。経済的な観点からは、「善意の独裁政治」は常に効率的ですが、それにはコストがかかります（まさに民主主義と同じく）、そのため、分散化も適切にインセンティブ付けする必要があります。
上記の目標を考慮して、コンセンサスシステムの中で考慮されてきたいくつかのアプローチを検討し、それらがどのように上記の目標に対処しているかを体系化します。最初に導入する重要な分類は、ユニモーダルとマルチモーダルの報酬スキームの間の分類です。
ユニモーダル
ユニモーダルスキームでは、リソースを使用してコンセンサスプロトコルに参加する唯一の方法があります。ユニモーダルスキームの2つのサブカテゴリを検討します。
- 線形ユニモーダル
これは最も単純なアプローチであり、多くのシステムで採用されています。特にBitcoin、元々のプルーフオブワークベースのEthereum、Algorandなどです。アイデアは単純です。エンティティがx%のリソースを持っている場合、システムは少なくとも期待値でx%の報酬を提供しようとします。これは公平に思えるかもしれませんが、それに伴う深刻な欠点があることに気付くまでです。
まず、ある人がx%のリソースを持っており、期待される報酬のx%が個別のノードとしての運用コストを下回っている場合を考えてみましょう。その場合、彼らは関与しないか（システムの関与率を下げる）、さらには他の人々とリソースを結集してノードを作成する可能性があります。もし、x%のリソースを持つ2つのリソース保有者がそれぞれ別々のノードとして運用する場合、個別のノードとして運用する場合の費用が* c であるとしても、2x%のリソースを持つ単一のノードにリソースを結合することで、通常は結果として 2c *よりも費用が少なくなるため、より良い結果が得られます。これにより、強力な中央集権化の傾向が生じ、リソースプール全体が（通常は）1つのエンティティによって運営されることになります。
実際には、独裁的に運営される単一のノードが出現する可能性は低いです。これは、当事者間の調整の摩擦、中央集権化の傾向が顕著になるとシステムの基になるトークンの交換レートの潜在的な低下への恐れ、および複雑なプロトコルの使用によるプールの共同運営などのさまざまな理由によるものです。それでも、ユニモーダルな線形報酬は分散化を損なう可能性があることは明らかです。
進んでいるBitcoinとその現在の、かなり中央集権化されたマイニングプールのラインナップを見るだけで、それが明らかです。ステーク（ハッシュパワーではなく）がリソースとして使用される場合、中央集権化の圧力は小さくなります-ノードを運用するための支出が小さいためです。ただし、同じ問題が原則的にも当てはまります。
上記の設定の追加の欠点は、発生する「オフチェーン」リソースプーリングが元帳の観点から完全に不透明であり、コミュニティが監視し、反応するのがより困難になることです。要約すると、線形ユニモーダルアプローチはシンプルであるという利点がありますが、関与の増加とレバレッジの低下の両方の観点で不安定です。
- 量子化された線形ユニモーダル
このアプローチは、線形報酬アプローチと同じですが、基礎となるリソースを量子化します。つまり、リソースがあるしきい値以下の場合、完全に参加できなくなり、固定の量子でのみ参加できます。特に、これはETH2.0で採用されており、バリデーターのアイデンティティを取得するためには32 Etherを提供する必要があります。この量子化されたアプローチは、参加とレバレッジの観点で線形ユニモーダルアプローチと同じ問題を抱えていることは明らかです。それにもかかわらず、このアプローチは2つの主な理由で考慮されています。まず、量子化されたアプローチを使用することで、リソースベースのコンセンサス設定で従来のBFTスタイルのプロトコル設計要素（アイデンティティのカウントを必要とする要素など）を後付けすることができます。結果として得られるシステムは真のリソースベースのコンセンサスよりも洗練されていませんが、これは従来のBFTスタイルのプロトコルが数百のノード以上が関与する場合にはうまく機能しないため、避けられないものです。証明のステーク設定に特有な2番目の理由は、参加者に対してプロトコルの順守を確実にするための罰則を課すことです。量子化された担保の提供により、プロトコルの違反に対する罰則がより重大で苦痛になります。
マルチモーダル
次に、マルチモーダルスキームに移ります。この広いカテゴリには、Cosmos、Tezos、Polkadot、EOSなどが含まれます。Cardanoも含まれます。マルチモーダルスキームでは、リソース保有者はプロトコル内でさまざまな役割を果たすことができます。コンセンサスプロトコルでの完全なアクティブノードであることは、ただの1つのオプションに過ぎません。マルチモーダルスキームの利点は、プロトコル内のさまざまな方法での関与（それぞれ異なるリターン率で）を提供することで、関与度を高め、オフチェーンのリソースプーリングを制限できることです。たとえば、リソースのすべてを使って関与した場合に個々の参加者が受け取る潜在的な報酬が、ノードの運用コストを下回っている場合でも、プロトコル内の異なるモードで関与を選択することができます。このように、オフチェーンでリソースを結合する傾向が緩和され、システムが適切に設計されている場合、この高い関与を耐久性の向上に転化することができます。
さまざまなマルチモーダルスキームを区別します。
- レバレッジ制御のない代表的なバイモーダル。代表的なアプローチは代表民主主義に触発されており、システムはいくつかの選出されたオペレータによって運営されます。このアプローチはバイモーダルであり、当事者が（1）台帳上で自分自身をオペレータとして宣伝するか、または（2）リソースを使ってオペレータに「投票」することができます。代表オペレータのセットは固定サイズであり、通常は固定の期間で定期的に更新され、投票に基づいて代表を選出する選挙関数を使用します。報酬は代表者間で均等に分配され、パフォーマンスデータを考慮して調整される場合もあります。スマートコントラクトを使用して報酬を選挙人に流すことは、リソース保有者が良い代表者に投票することで報酬を得るため、投票への高い参加度を促すことができます（このカテゴリのすべてのスキームが必ずしもこれに従うわけではありません）。このアプローチの欠点は、非常に大きな上限が存在する可能性を除いて、レバレッジ制御の不足です。これにより、システムは非常に高いレバレッジを持つオペレータのセットで終わる可能性があることを示唆しています。これは、Cosmos、EOS、Polkadotなどが広く採用しているアプローチです。
代表的なアプローチとしての別のアプローチは、デリゲーティブアプローチです。一般的に、このアプローチは直接民主主義に近く、リソース保有者が自分のリソースを使用してプロトコルに直接関与するオプションを提供します。ただし、リソースを他の人に委任することも自由です（リキッドデモクラシーとも呼ばれる）。これにより、予め決められた代表の数がない、コミュニティによって選択されたオペレーター構成が形成されます。代表的なアプローチと同様に、ユーザーの参加はバイモーダルです。リソース保有者は自分自身をオペレーターとして宣伝したり、既存のオペレーターにリソースを委任したりすることができます。提供される報酬は委任されたリソースの量に比例し、委任者はオンチェーンのスマートコントラクトを介して、さまざまなレートで報酬を受け取ることができます。デリゲーティブアプローチ内では、さらに2つのサブカテゴリを区別します。
- 担保ベースの上限付きデリゲーティブバイモーダル。 この特定のデリゲーティブアプローチの特徴は、リソースプールの報酬が、オペレーターがプールに提供する担保の量によって制限されることです。この方法で、オペレーターの総レバレッジを制御し、一定の値に固定することができます。残念ながら、このレバレッジ制御機能には、すべての小規模および大規模リソース保有者に同じ制限が暗黙的に課されるというネガティブな副作用があります。したがって、一方では、小規模リソース保有者の場合、オペレーターが提供できるわずかな担保によって参加が制約されることになります。一方、一部の大口リソース保有者は、合意プロトコルに非常に重要な影響を与える可能性があります。レバレッジ制御に関しては、一つのサイズがすべてに適合するわけではないことが明確です！既存のシステムから言えば、これは（本質的には）Tezosが採用しているアプローチです。
上記の体系化では、Cardanoで使用している報酬共有スキームのアプローチを他のシステムと比較することで、我々が選んだ選択肢を明確に示しています。要約すると、Cardanoの報酬システムは、インセンティブとコミュニティに基づくステーク投票を通じて、最善の結果である「低いレバレッジと高い参加度」を実現しています。そして、これはステークホルダーの入力行動の非常に高い度合いを許容しながら達成されます。
最後に、Bitcoinブロックチェーンの導入以来、共同プロジェクトの報酬共有に関する研究は依然として非常に活発で成長している分野であることを強調することが重要です。私たちのチームは、報酬共有スキームのさまざまな側面を継続的に評価し、まったく新しいアプローチで全体の設計空間を積極的に探求しています。これにより、研究の進歩が広く普及し、コミュニティ全体の利益になることを確保できます。
この記事の体系化における他のシステムのレビューと配置において、Christian Badertscher、Sandro Coretti-Drayton、Matthias Fitzi、Peter Gažiに感謝します。
