コアとなるブロックチェーン特性の枠を超えた「Strong Chain Quality」

チェーンクオリティ（CQ）はブロックチェーンの基本的な特性です。概括的には、

3%のステークを保有していれば、時間の経過とともに3%のブロックスペースをコントロールできる

という意味です。

チェーンクオリティは、スループットが低かった初期のブロックチェーンには十分でしたが、現代のブロックチェーンははるかに高い帯域幅を持ち、1ブロックあたり多くのトランザクションを処理できます。

そのため、時間あたりの平均だけでなく、各ブロック内でのブロックスペースの分割を的確に捉える、より強力かつきめ細かな概念が必要となります。これを「Strong Chain Quality（SCQ）」と呼びます。

3%のステークを保有していれば、すべてのブロックで3%のブロックスペースをコントロールできる

というものです。

この特性により、ステークホルダーは高スループットなブロックチェーン内で仮想的なレーンを持つことができ、トランザクションのインクルージョンが保証されます。

ブロックチェーンにおける「Chain Quality」

Bitcoinの重要なイノベーションの一つであり、現在ほぼすべてのブロックチェーンで採用されているのが、ブロック提案者へのプロトコル内報酬メカニズムの導入です。新規発行トークンやトランザクション手数料は、ブロックをステートマシンに追加することに成功した当事者に与えられます。これらの報酬はステートトランジション関数で規定され、最終的なシステム状態に反映されます。

従来の分散コンピューティングでは、参加者は正直な者と悪意ある者に分けられます。正直な行動には報酬は不要であり、その誠実性はモデルの前提となっています。

クリプトエコノミクスモデルでは、参加者は合理的な行動者としてモデル化され、効用関数は未知の場合もあります。そのため、利益最大化行動がプロトコルの成功と一致するようインセンティブ設計を行う必要があります。プロトコル内報酬メカニズムと組み合わせることで、Chain Qualityの理想的な定義は次の通りです。

• Chain Quality（CQ）：全体のステークのX%を保有する連合は、GST後、チェーンに追加される各ブロックの提案者となる確率がX%となる。

Chain Qualityから逸脱したチェーンでは、連合が過剰な報酬を取得でき、正直な行動のインセンティブが損なわれ、プロトコルのセキュリティが脅かされます。

多くの現代的なブロックチェーンは、ステーク加重のランダムなリーダーローテーションを用いてこの特性を満たす、または満たすことを目指しています。代表的な課題には、BitcoinのSelfish Mining（この分野ではCQはIdeal CQと呼ばれる、こちら参照）、Monadのtail forking resistance、EthereumのLMD GHOSTプロトコル（CQ問題は「reorg」と呼ばれることが多い、Goldfish参照）などがあります。

「Strong Chain Quality」が必要となる場面

ブロックスペースが十分にある場合、1人の提案者がブロック全体の内容を独占的に決定する必要はなく、同じブロック内で複数の当事者がブロックスペースを分割して利用できます。Strong Chain Qualityのクリプトエコノミクス的定義はこの考え方を表現しています。

• Strong Chain Quality：全体のステークのX%を保有する連合は、GST後、各ブロック内のX%のブロックスペースをコントロールできる。

この理想的な特性は、連合が各ブロック内で専用のブロックスペースを実質的にコントロールする「仮想レーン」という抽象化につながります。

経済的観点からは、仮想レーンの保有は、手数料やMEV収益を生み出す生産的資産の保有にあたります。こうしたレーンを獲得・維持するために外部主体がステークを蓄積して競争することで、基盤となるL1トークンへの持続的な需要が生まれます。特定のレーンが生み出す経済的価値が大きいほど、ステーク獲得競争のインセンティブが強まり、そのブロックスペースへのアクセスを管理するL1ステークにより多くの価値が集まります。この抽象化により、プロトコルのSCQ有効性特性で担保される、より強力な検閲耐性が実現されます。

Strong Chain Qualityと検閲耐性について

最近の研究は、正直な当事者からの全インプットを即座に（最終的にではなく）含める検閲耐性プロトコルの重要性を指摘しています。Strong Chain Quality（SCQ）は、この特性を固定されたブロック容量制約下に拡張したものとみなせます。

実際には、トランザクションのインクルージョン需要が利用可能なブロックスペースを上回る場合、いかなるプロトコルも理想的な検閲耐性を満たせません。SCQは、すべての正直なトランザクションの常時インクルージョンを要求せず、ステークを持つ各ノードに予算を割り当て、その範囲内でトランザクションのインクルージョンを保証します。

MCPプロトコルは、既存のPractical Byzantine Fault Tolerance（PBFT）型コンセンサスプロトコルの上にガジェットとして提案され、検閲耐性を実現します。このプロトコルは、ステークに応じて提案者にブロックスペースを按分することでSCQも満たします（MCPの5.3節参照）。既存のDAGベースBFTプロトコルは、マルチライターメンプールの実装手段を提供し、一定の検閲耐性も備えています。

これらのプロトコルの標準的な実装では、リーダーがトランザクションの一部を選択的に遅延させることができるため、厳密なSCQの達成には至りません。しかし、若干の修正を加えることでSCQを回復できます（最近の成果はこちら、こちら参照）。関連する話題として、検閲抑止のための強制トランザクションインクルージョン（EIP-7805も参照）があります。

MCPはさらに、ステークホルダーが仮想的なプライベートレーンを作成し、その内容をブロック全体が公開されるまで秘匿できる、より強力な秘匿特性の獲得方法も示しています。この点については今後の記事で解説します。

Strong Chain Qualityの実現方法

GST後にStrong Chain Qualityを実現するには、提案者がステークホルダーのインプットを検閲できないことを保証する必要があります。これは、ほぼすべてのビュー型BFTプロトコルに2つの小さな変更を加えた2ラウンドプロトコルで実現できます。

• ラウンド1：各当事者が自身の認証済みインプットを全当事者に送信します。
• ラウンド2：他者から認証済みインプットを受け取った場合、その当事者iをインクルージョンリストに追加し、自身のインクルージョンリストをリーダーに送信します。これにより、そのリスト内のすべてのインプットを含むブロックのみを受け入れることをコミットします。
• BFT提案：リーダーはこれらのメッセージを受け取り、受信したすべてのインクルージョンリストの和集合をブロックに含めます。
• BFT投票：自身のインクルージョンリスト内のすべてのインプットが含まれている場合のみ、そのブロックに投票します。

このプロトコルスケッチは、GST後のStrong Chain Qualityを満たし、検閲耐性を提供し、正直なリーダーのもとでライブ性を持つ完全なプロトコルへ容易に拡張できます。GST前のSCQを加える場合は、各ラウンドでクオーラムの値またはリストの到着を待つ必要があります。このプロトコルやその一般化については今後の記事で詳述します。

最近の研究では、Strong Chain Qualityと検閲耐性の実現には、通常のBFTプロトコルの投票ラウンドに加えてさらに2ラウンドが必要であることが示されています（上記プロトコルスケッチと同様）。この結果についても今後の記事で解説します。

Strong Chain Quality（SCQ）は、連合がコントロールできるブロックスペースの割合を規定しますが、トランザクションの実行順序については完全には規定しません。SCQは、各ステークノードに対して集合内のスペースを予約することを意味しますが、その集合内のトランザクション順序には保証がありません。

この点は、公平性や効率性をさらに高めるトランザクション順序設計という研究分野を切り開きます。有望なアプローチの1つは、優先手数料に基づいてトランザクションを順序付けることです。順序付けの詳細についても今後の記事で解説します。

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