チェーン品質から強チェーン品質へ：高スループットの時代に、どうすれば本当に「自分の取引は自分で決める」を実現できるのか。執筆：@ittaia、@PGarimidi、@jneu_net編集：AididiaoJP、Foresight Newsチェーン品質（Chain Quality, CQ）はブロックチェーンの中核的な特性の一つです。わかりやすく言うと、その意味は：あなたが総ステーキング持分の3%を保有しているなら、平均的な時間範囲で、あなたはブロックスペースの3%を制御できる。スループットが低い初期のブロックチェーンにとっては、チェーン品質はすでに十分に機能する。しかし現代のブロックチェーンの帯域幅ははるかに大きく、1つのブロックの中に大量の取引を含められる。そこで、より強く、より精緻な概念が出てきます。これは時間経過におけるブロックスペースの平均割合だけを見ているのではなく、各ブロック内部でのブロックスペースの切り分けに着目します。これを「強チェーン品質」（Strong Chain Quality, SCQ）と呼びます：あなたが総ステーキング持分の3%を保有しているなら、各ブロックの中で、あなたはブロックスペースの3%を制御できる。本質的に、この特性により、利害関係者は高スループットのブロックチェーン内部で「仮想レーン」を持てるようになり、その結果、自分の取引が含まれることを保証できます。ブロックチェーンにおける「チェーン品質」----------ビットコインの重要な革新の一つ——今やほぼすべてのブロックチェーンに備わっている——は、プロトコル内部においてブロック提案者への報酬メカニズムを導入したことです。状態機械にブロックを正常に付加した側は、新たに鋳造されるトークンと取引手数料を受け取ります。これらの報酬は状態遷移関数によって定められ、最終的にはシステムの状態として反映されます。従来の分散計算モデルでは、参加者は正直側と悪意側に分けられます。ここで正直側を報酬で誘導する必要はありません。なぜなら、正直なふるまい自体がモデル上のデフォルト仮定だからです。一方、暗号経済モデルでは、参加者は合理的な行為者として扱われ、その効用関数は未知である可能性があります。目的は、これらの参加者が自分自身の利益最大化を追求する過程で、自然にプロトコルの成功する運用と一致するように、インセンティブを設計することです。プロトコル内部の報酬メカニズムと組み合わせると、チェーン品質の以下のような理想化された定義が得られます：チェーン品質（CQ）：総ステーキング持分X%の連合（アライアンス）は、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に、チェーンへ入る各ブロックの提案者になる確率がX%。もしチェーンがチェーン品質の要件から逸脱すると、ある連合が通常の比率を超える報酬分け前を得られる可能性があり、それにより正直に振る舞う動機が弱まり、プロトコルの安全性が脅かされます。多くのブロックチェーンは、「ステーキング加重のランダムなリーダー輪番（leader rotation）メカニズム」によってこの特性を満たす、もしくは満たすよう努力しています。現在直面している典型的な課題には、ビットコインの「セルフィッシュ・マイニング」問題、Monadの末尾分岐耐性の問題、そしてイーサリアムのLMD GHOSTプロトコルにおける問題などがあります。**「強チェーン品質」の由来**ブロックスペースが十分に潤沢であるとき、ブロックの内容全体を単一の提案者に独占させる必要はありません。代わりに、同一のブロックのブロックスペースは複数の参加者が共同で分割できます。強チェーン品質という暗号経済学的定義が表しているのは、まさにこの考え方です：強チェーン品質（SCQ）：総ステーキング持分X%の連合は、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に、各ブロック内のX%のブロックスペースを制御できる。この理想化された特性は、暗黙のうちに「仮想レーン」という抽象概念を導き出します。つまり、連合は実際には各ブロック内で一定割合の専用ブロックスペースを制御できるということです。経済的な観点から、仮想レーンを持つことは、収益を生み出す生産的な資産を持つのに等しく、その収益は取引手数料から得られる場合もあれば、MEV（最大抽出可能価値）から得られる場合もあります。外部の主体は、これらのレーンを獲得し維持するために、ステーキング持分をめぐって競争します。これにより、基盤となるL1トークンには継続的な需要が生まれます。レーンが生み出せる経済価値が大きいほど、各陣営が競ってステーキング持分を積み増す動機が強くなり、さらに、これらのブロックスペースへのアクセス権を制御するL1ステーキング持分が蓄積できる価値も高くなります。この抽象化を通じて、より強い検閲耐性を、プロトコルにおけるSCQの有効性という特性に変換できるのです。強チェーン品質と検閲耐性---------最近の研究によれば、検閲耐性のあるプロトコルは非常に重要です。こうしたプロトコルは、正直側の入力が最終的に含まれることを保証するだけでなく、それらが「即座に」含まれることも保証しなければなりません。強チェーン品質（SCQ）は、この特性がブロック容量に制約がある場合において拡張されたものだと捉えられます。実運用の場面では、含めるべき取引量が利用可能なブロックスペースを超えているなら、理想的な意味での検閲耐性を満たせるプロトコルは存在しません。SCQは、より現実的な発想でこの制約に対処します。つまり、すべての正直な取引が常に必ず含まれることを要求するのではなく、各ステーキング・ノードに「予算」を割り当て、その予算の範囲内であれば、そのノードの取引が含まれることを保証するのです。MCPプロトコルは、既存の実用的なPBFT（実用的ビザンチン故障許容）型のコンセンサスプロトコルの上に組み込むコンポーネントとして提案されており、目的はこれらのプロトコルに検閲耐性を持たせることです。このプロトコルはSCQの要件も同時に満たします——それはステーキング持分の比率に応じて、提案者に対応するブロックスペースを割り当てるからです。既存の有向非循環グラフ（DAG）ベースのBFTプロトコルは、多書き手（multiple writers）のメモリプールを実現する一つの方法を提供し、また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実装は、通常、リーダーが取引の一部サブセットを選択的に遅延できることを許してしまうため、SCQを厳密には満たせていません。しかし、これらのプロトコルを少し修正するだけで、SCQを再実現できる可能性があります。この関連分野の一つが「強制的な取引の包含（forced transaction inclusion）」で、検閲行為を減らすためのものです。MCPは、さらに強い「隠蔽」という性質を実現する方法も示しています。この性質により、利害関係者は仮想的なプライベート・レーンを作ることができ、これらのレーンに含まれる内容は、塊のような1つのブロックが外部に公開されるときに初めて明らかにされます。この点については、今後の記事でさらに掘り下げます。強チェーン品質を実現する方法--------強チェーン品質を、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に得るための鍵は、提案者が利害関係者の入力を勝手に検閲できないようにすることです。これは2ラウンドのプロトコルによって実現できます。ほぼすべてのビュー・ベースBFTプロトコルに基づいて、行うべき変更は2点だけです：* 第一ラウンド：各参加者は、自分の認証済み入力を他のすべての参加者へ送信する。* 第二ラウンド：各参加者は、参加者iからの認証済み入力を受け取った場合、iを自分の包含リストに追加する。続いて、その参加者は自身の包含リストをリーダーへ送信する。これは「自分は、当該リストのすべての入力を包含しているブロックしか受け入れない」という約束に相当する。* BFT提案：リーダーはこれらのメッセージを受け取った後、ブロックの中に、受け取った包含リストの和集合（ユニオン）に含まれるすべてを収録する。* BFT投票：あるブロックが、その参加者自身の包含リストにあるすべての入力を含んでいる場合にのみ、その参加者は賛成票を投じる。このプロトコルのスケッチに従えば、完全なプロトコルを構築できることは難しくありません。このプロトコルは、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に強チェーン品質を満たし、検閲耐性を提供し、さらにリーダーが正直側である場合に限り活性（liveness）を維持します。もしGST以前にもSCQを実現したいなら、各ラウンドで、十分な数（定足数）の値、もしくはリストを待つ必要があります。このプロトコルとその拡張形については、今後の記事で詳しく説明します。最近の研究によれば、強チェーン品質と検閲耐性を実現するには、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（上記のプロトコルスケッチに示したもの）を加える必要があります。この結果についても、今後の記事で詳しく説明します。強チェーン品質（SCQ）は、連合が制御できるブロックスペースの割合を定めますが、取引がブロック内でどのように順序付けされるかを完全には制約しません。SCQは次のように理解できます：各ステーキング・ノードに対してスペースを予約するが、そのスペース内での取引の順序については何ら保証しない。これにより、取引の順序付けメカニズムの設計には豊富な研究余地が生まれます。良い順序付けメカニズムは、ブロックチェーン・エコシステムにおける公平性と効率をさらに高められる可能性があります。注目に値する方向性の一つは、優先手数料（優先フィー）に基づいて取引を順序付けることです。
a16z：「強鏈品質」により、各ステーカーはブロック内に専用スペースを持つことができます
チェーン品質から強チェーン品質へ：高スループットの時代に、どうすれば本当に「自分の取引は自分で決める」を実現できるのか。
執筆：@ittaia、@PGarimidi、@jneu_net
編集：AididiaoJP、Foresight News
チェーン品質（Chain Quality, CQ）はブロックチェーンの中核的な特性の一つです。わかりやすく言うと、その意味は：
あなたが総ステーキング持分の3%を保有しているなら、平均的な時間範囲で、あなたはブロックスペースの3%を制御できる。
スループットが低い初期のブロックチェーンにとっては、チェーン品質はすでに十分に機能する。しかし現代のブロックチェーンの帯域幅ははるかに大きく、1つのブロックの中に大量の取引を含められる。
そこで、より強く、より精緻な概念が出てきます。これは時間経過におけるブロックスペースの平均割合だけを見ているのではなく、各ブロック内部でのブロックスペースの切り分けに着目します。これを「強チェーン品質」（Strong Chain Quality, SCQ）と呼びます：
あなたが総ステーキング持分の3%を保有しているなら、各ブロックの中で、あなたはブロックスペースの3%を制御できる。
本質的に、この特性により、利害関係者は高スループットのブロックチェーン内部で「仮想レーン」を持てるようになり、その結果、自分の取引が含まれることを保証できます。
ブロックチェーンにおける「チェーン品質」
ビットコインの重要な革新の一つ——今やほぼすべてのブロックチェーンに備わっている——は、プロトコル内部においてブロック提案者への報酬メカニズムを導入したことです。状態機械にブロックを正常に付加した側は、新たに鋳造されるトークンと取引手数料を受け取ります。これらの報酬は状態遷移関数によって定められ、最終的にはシステムの状態として反映されます。
従来の分散計算モデルでは、参加者は正直側と悪意側に分けられます。ここで正直側を報酬で誘導する必要はありません。なぜなら、正直なふるまい自体がモデル上のデフォルト仮定だからです。
一方、暗号経済モデルでは、参加者は合理的な行為者として扱われ、その効用関数は未知である可能性があります。目的は、これらの参加者が自分自身の利益最大化を追求する過程で、自然にプロトコルの成功する運用と一致するように、インセンティブを設計することです。プロトコル内部の報酬メカニズムと組み合わせると、チェーン品質の以下のような理想化された定義が得られます：
チェーン品質（CQ）：総ステーキング持分X%の連合（アライアンス）は、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に、チェーンへ入る各ブロックの提案者になる確率がX%。
もしチェーンがチェーン品質の要件から逸脱すると、ある連合が通常の比率を超える報酬分け前を得られる可能性があり、それにより正直に振る舞う動機が弱まり、プロトコルの安全性が脅かされます。
多くのブロックチェーンは、「ステーキング加重のランダムなリーダー輪番（leader rotation）メカニズム」によってこの特性を満たす、もしくは満たすよう努力しています。現在直面している典型的な課題には、ビットコインの「セルフィッシュ・マイニング」問題、Monadの末尾分岐耐性の問題、そしてイーサリアムのLMD GHOSTプロトコルにおける問題などがあります。
「強チェーン品質」の由来
ブロックスペースが十分に潤沢であるとき、ブロックの内容全体を単一の提案者に独占させる必要はありません。代わりに、同一のブロックのブロックスペースは複数の参加者が共同で分割できます。強チェーン品質という暗号経済学的定義が表しているのは、まさにこの考え方です：
強チェーン品質（SCQ）：総ステーキング持分X%の連合は、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に、各ブロック内のX%のブロックスペースを制御できる。
この理想化された特性は、暗黙のうちに「仮想レーン」という抽象概念を導き出します。つまり、連合は実際には各ブロック内で一定割合の専用ブロックスペースを制御できるということです。
経済的な観点から、仮想レーンを持つことは、収益を生み出す生産的な資産を持つのに等しく、その収益は取引手数料から得られる場合もあれば、MEV（最大抽出可能価値）から得られる場合もあります。外部の主体は、これらのレーンを獲得し維持するために、ステーキング持分をめぐって競争します。これにより、基盤となるL1トークンには継続的な需要が生まれます。レーンが生み出せる経済価値が大きいほど、各陣営が競ってステーキング持分を積み増す動機が強くなり、さらに、これらのブロックスペースへのアクセス権を制御するL1ステーキング持分が蓄積できる価値も高くなります。この抽象化を通じて、より強い検閲耐性を、プロトコルにおけるSCQの有効性という特性に変換できるのです。
強チェーン品質と検閲耐性
最近の研究によれば、検閲耐性のあるプロトコルは非常に重要です。こうしたプロトコルは、正直側の入力が最終的に含まれることを保証するだけでなく、それらが「即座に」含まれることも保証しなければなりません。強チェーン品質（SCQ）は、この特性がブロック容量に制約がある場合において拡張されたものだと捉えられます。
実運用の場面では、含めるべき取引量が利用可能なブロックスペースを超えているなら、理想的な意味での検閲耐性を満たせるプロトコルは存在しません。SCQは、より現実的な発想でこの制約に対処します。つまり、すべての正直な取引が常に必ず含まれることを要求するのではなく、各ステーキング・ノードに「予算」を割り当て、その予算の範囲内であれば、そのノードの取引が含まれることを保証するのです。
MCPプロトコルは、既存の実用的なPBFT（実用的ビザンチン故障許容）型のコンセンサスプロトコルの上に組み込むコンポーネントとして提案されており、目的はこれらのプロトコルに検閲耐性を持たせることです。このプロトコルはSCQの要件も同時に満たします——それはステーキング持分の比率に応じて、提案者に対応するブロックスペースを割り当てるからです。既存の有向非循環グラフ（DAG）ベースのBFTプロトコルは、多書き手（multiple writers）のメモリプールを実現する一つの方法を提供し、また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実装は、通常、リーダーが取引の一部サブセットを選択的に遅延できることを許してしまうため、SCQを厳密には満たせていません。しかし、これらのプロトコルを少し修正するだけで、SCQを再実現できる可能性があります。この関連分野の一つが「強制的な取引の包含（forced transaction inclusion）」で、検閲行為を減らすためのものです。
MCPは、さらに強い「隠蔽」という性質を実現する方法も示しています。この性質により、利害関係者は仮想的なプライベート・レーンを作ることができ、これらのレーンに含まれる内容は、塊のような1つのブロックが外部に公開されるときに初めて明らかにされます。この点については、今後の記事でさらに掘り下げます。
強チェーン品質を実現する方法
強チェーン品質を、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に得るための鍵は、提案者が利害関係者の入力を勝手に検閲できないようにすることです。これは2ラウンドのプロトコルによって実現できます。ほぼすべてのビュー・ベースBFTプロトコルに基づいて、行うべき変更は2点だけです：
このプロトコルのスケッチに従えば、完全なプロトコルを構築できることは難しくありません。このプロトコルは、グローバル・スタビリティ・タイム（GST）後に強チェーン品質を満たし、検閲耐性を提供し、さらにリーダーが正直側である場合に限り活性（liveness）を維持します。もしGST以前にもSCQを実現したいなら、各ラウンドで、十分な数（定足数）の値、もしくはリストを待つ必要があります。このプロトコルとその拡張形については、今後の記事で詳しく説明します。
最近の研究によれば、強チェーン品質と検閲耐性を実現するには、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（上記のプロトコルスケッチに示したもの）を加える必要があります。この結果についても、今後の記事で詳しく説明します。
強チェーン品質（SCQ）は、連合が制御できるブロックスペースの割合を定めますが、取引がブロック内でどのように順序付けされるかを完全には制約しません。SCQは次のように理解できます：各ステーキング・ノードに対してスペースを予約するが、そのスペース内での取引の順序については何ら保証しない。
これにより、取引の順序付けメカニズムの設計には豊富な研究余地が生まれます。良い順序付けメカニズムは、ブロックチェーン・エコシステムにおける公平性と効率をさらに高められる可能性があります。注目に値する方向性の一つは、優先手数料（優先フィー）に基づいて取引を順序付けることです。