原文

Rethinking Collaborative Trust for Verifiably Decentralized Blockchain Systems — shaileshhbv (2026-06-30)

検証可能な分散型ブロックチェーンシステムのための協調的信頼の再考

arXivでプレプリントが入手可能です: [2606.29826] Rethinking Collaborative Trust for Verifiably Decentralized Blockchain Systems

要旨 / TL;DR

測定研究により、ブロックチェーンにおける分散化の著しい欠如が指摘されています。本稿では、検証可能な分散型ブロックチェーンシステムを構築するための一般的なフレームワークを開発します。私たちのフレームワークは、リソースの均一性ではなく、ユーザー間の協調的インタラクションの豊かさと多様性が、ブロックチェーンシステムの分散化の本質と程度を捉えるという核心的な観察に基づいています。

概要

本稿では、既存のアプリケーションを改善しつつ、新しいタイプの分散型アプリケーションを可能にする斬新なブロックチェーンインセンティブパラダイムを提示します。私たちの提案の核心は、ブロックチェーンにおける「分散化」の意味を根本的に再定義することにあります。共謀 (collusion) は、ブロックチェーンが中央集権化する主要な理由です。私たちは、ノードの連合が時間をかけてリソースをプールし、積極的に協力し、サービス効率を向上させ、徐々に市場（例：ブロック提案市場）を支配し、リソースの少ない小規模なプレイヤーが競争することを困難にするという、特に重要なタイプの共謀に焦点を当てます。私たちは、この一般的な現象を「骨化」と呼び、ブロックチェーンの分散化の程度を決定する支配的な要因であると主張します。骨化は今日のブロックチェーンで蔓延しています。よく知られた例は、マイニングプールの出現です。ここでは、ノードは単独で運用するよりも、プールに参加して報酬の分散 (reward variance) を減らすインセンティブを持っています。

骨化は、ブロックチェーン以外の経済にとっては有益です。これは、中央集権的な組織がパートナーシップを形成し、そのパートナーシップに投資し、時間をかけて成長して業界の巨大企業となるプロセスです。骨化は経済における自然な推進力です。これにより、プロセスの合理化、効率の向上、規模の経済とネットワーク効果の活用による低コストでのサービス（または商品）の提供が可能になります。しかし、ブロックチェーンにおいては、骨化は抵抗すべき中央集権化の力です。残念ながら、今日のブロックチェーンには骨化に抵抗するメカニズムがなく、プロトコルスタック全体で骨化の力に大きく屈しています。

私たちは、分散型システムを、いかなるノードのサブセットも骨化するインセンティブを持たないシステムと定義します。ブロックチェーンシステムを骨化耐性にするには、既存のブロックチェーンで利用可能なものを超える新しいインセンティブメカニズムが必要です。私たちは、ノードが多様なユーザーセットと協調的にタスク（ブロックのマイニングやアプリケーションサービスの提供など）を実行することで報酬を得る、斬新な報酬メカニズムを提案します。この報酬メカニズムはシビル耐性 (Sybil resistant) です。つまり、あるパーティが実際には自分自身と協力しているだけなのに、他のパーティと協力していると偽ることはできません。重要なのは、私たちのメカニズムが、時間をかけて多様なエンティティとの協力を奨励し、静的な共謀セットにはペナルティを課すことです。協力を根付き有向非巡回グラフ (DAG) として定義することで、シビル耐性を提供するために慎重に選択されたDAG依存の重みを持つ非対称シャプレー値として報酬を計算します。協力（例：委員会への割り当て）がアルゴリズム的に計算される既存のブロックチェーンとは異なり、私たちは協力と協力者の選択を、ユーザーのみが行う主観的な決定として残します。提供されたサービスに障害が発生した場合、スラッシング (slashing) は協力の開始者のみに適用され、個々の協力者には適用されません。

私たちのメカニズム設計には多くの意味合いがあります。一貫して互いにのみ協力し、他のノードとは協力しないノードのグループはペナルティを受けるため、自然に骨化耐性があります。骨化がなければ、小さなプレイヤー（例：比較的低いステークを持つノード）でも、他のノードと協力関係を築くことで競争できます。さらに、ノードは協力において可能な限り包括的であることが利益になります。中央集権化につながる競争経済ではなく、包括性、協力、コミュニティの経済を持つことができます。

骨化を禁止しても、システム内のイノベーションと効率が停滞するわけではありません。ノードは依然として互いに競争し、イノベーションを奨励しますが、今度は他のすべてのノードも協力関係を通じて競争に参加します。ただし、骨化していない経済に適したサービスの種類と、骨化した経済に適したサービスの種類には重要な違いがあることを強調します。成功した骨化した連合では、参加者は互いに深い信頼関係を持ち、コミュニケーション障壁が低く、その分野での長年の経験から高度に最適化されたサービス方法を開発しています。逆に、効率、品質、またはコストが重要なサービスは、骨化を必要とする場合さえあります。そのようなサービスは、ブロックチェーンでの実装には不向きであると私たちは主張します。例えば、ブロックチェーン上に実装されたクラウドサービスは、ブロックチェーン自体に何らかの骨化（例：サービスが使用するレイヤー2）がない限り、中央集権型クラウドプロバイダーの効率に匹敵することはできません。ただし、サービスの主な価値が効率ではなく、透明性、セキュリティ、分散化にある場合、そのようなサービスはブロックチェーンに適している可能性があります。つまり、例えば、効率は低いが透明性、セキュリティ、分散化されたクラウドが特定のユースケースで価値がある場合、それはブロックチェーン上に実装される可能性があります。

一方、信頼、創造性、関係性、つながり、常識、知性、道徳と倫理、共感など、人間的な品質が重要なサービスは、骨化していないブロックチェーンに実装することで恩恵を受けることができます。例えば、ユーザーが世界中の特定の分野の専門家連合からサービスを照会、対話、または取得できるサービスは、ブロックチェーンアプリケーションとして恩恵を受けることができます。簡単な例として、患者が時間を要する紹介を通じて一度に一人の医師と対話するのではなく、さまざまな専門分野の医師の協力グループから全体的なアドバイスを得るサービスを考えることができます。前述のように、このようなサービスも骨化した方法で実装できます。しかし、骨化していないサービスは、主観的なバイアスの低減、高い信頼性、根本的な創造性といった独自の特性を提供します。これらは、確立された中央集権型組織では達成が困難です。例えば、今日、エンドユーザーがドメイン専門家とつながり、サービスを得ることを可能にする多くのWeb-2プラットフォームが存在します。しかし、そのようなインタラクションは、多くの場合、個々の専門家または骨化した専門家チームとのものであり、「専門家のランダムなサンプル」とのものであることはめったにありません。これは、中央集権型プラットフォームが、専門家が多様な他の専門家と協力するインセンティブを提供しないためです。私たちがブロックチェーンに適していると主張するサービスの種類は、必ずしも新しいものではありません。多くのソーシャルネットワークブロックチェーンはすでに存在しています。トラステッド実行サービスは、当初からブロックチェーンの特長でした。創造的なデジタルメディアやアートを購入するための多くのブロックチェーンやdAppsが存在します。しかし、アプリケーションが新しくなくても、私たちの骨化防止インセンティブは、協力するサービスプロバイダーにとって根本的に異なるインセンティブ構造を生み出し、結果としてエンドユーザーに豊かで人間的なサービス体験を提供できます。

私たちの提案する設計の二次的な利点は、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題を自然に解決することです。協力してブロックを作成することで、マイナーのグループは、単独でブロックを公開する場合と比較して、はるかに多くのトランザクションを処理できます。この設計は、シャーディングやDAGコンセンサス方式 (DAG-consensus methods) のような既存のスケーリングソリューションとは異なります。シャーディングでも、マイナーのグループ（異なるシャードから）がトランザクションを並行して処理し、スループットを向上させます。しかし、マイナーはアルゴリズム的にシャードに割り当てられるため、強制的な協力が生じます。例えば、以前に不正行為を行った（そして、おそらくその結果スラッシングされた）マイナーは、十分なステークがあればシャードに割り当てられ続ける可能性があります。これにより、正直なマイナーが既知の悪人と協力せざるを得ない状況が生じます。対照的に、私たちの提案する設計では、マイナーは主観的に協力者を選択します。既知の悪質なノードは、正直なノードによって自発的に協力者として選ばれる可能性は低いでしょう。新しい公開鍵 (public key) を採用し、ステークを転送することで身元を変更しても、悪人には役立ちません。私たちの提案する方法では、各公開鍵に重要度スコア (importance score) を割り当てます。重要度は、ノードが過去にどれだけ多様なノードと協力してきたかの尺度です。トークンとは異なり、重要度は時間をかけてアルゴリズム的に獲得され、アカウント間で簡単に転送することはできません。マイナーは、悪人を避けるために、他の要因の中でもノードの重要度を考慮して協力者を選択できます。シャーディングと同様に、私たちの提案する方法では、リソースに制約のあるノードは、他の協力者またはより能力のあるノードの助けを借りてのみ、完全なブロックチェーンを検証できます。トランザクションの承認レイテンシ (confirmation latency) を短縮することも可能です。ノードが連合グループで作業できるようにすることで、トランザクションを承認するために必要な投票数を効果的に減らし、レイテンシを改善できます。

ブロックチェーンはトラストレス (trustless) です。ユーザーは、個々のユーザーを信頼する必要なく、大多数のユーザーが正直であると信頼すれば十分です。この核心的な原則は、長年にわたるブロックチェーンの設計とイノベーションを形成してきました。ユーザーが個々のプロバイダー（例：ロールアップのシーケンサー）を信頼する必要があるレイヤー2方式でさえ、プロバイダーが不正行為に対してスラッシングされるメカニズムが提供されています。私たちの提案する方法は、この現状からの顕著な逸脱です。私たちはノードに、協力関係を形成するために（少数の）他のノードを個別に信頼するよう求めるだけでなく、たとえプロトコルから逸脱したことが証明された協力ノードであっても、発行者のみを明示的にスラッシングします。本稿で強調された様々な例から、トラストレスなシステムであるにもかかわらず、ペイオフを最大化しようとするユーザーにとって合理的な行動であるため、骨化した連合の形での信頼関係がほとんど常に発生します。これらの信頼関係は、検出、阻止、または禁止が困難です。したがって、信頼関係がシステム全体にとって有益な方法で形成されるように奨励するメカニズムを持つことは自然なことです。

主な貢献

1. 私たちは、ブロックチェーンにおける分散化を、リソースがユーザー間でどのように偏って分散されているかに関わらず、ネットワーク内の多様なユーザーセット間で発生する協調的インタラクションの程度として根本的に再定義することを提案します。
2. ブロック提案を具体的な例として使用し、分散化を奨励するインセンティブメカニズムを提供します。このスキームの下で、ノードが連合を形成するインセンティブを持たないことを示します。
3. 私たちの提案するフレームワークを使用して、ブロックチェーンのスケーラビリティを自然に改善できることを示します。
4. 分散型自律組織 (DAO) やスマートコントラクト (smart contract) など、他のアプリケーションにフレームワークを拡張することに関する議論を提供します。

未解決の疑問と議論

1. ブロックチェーンの重要な特性の1つは匿名性 (pseudonymity) です。私たちの提案する方法では、ユーザーは他のユーザーを発見し、対話し、パートナーシップを形成できるプラットフォームを必要とします。プラットフォームが匿名でのインタラクションをサポートしている場合でも、協力のプロセスがユーザーに関するプライベートな情報を明らかにする可能性があります。ユーザーが匿名性を保ちながら協力できるようにする方法は重要な問題です。シビルユーザー (Sybil users) は、コミュニケーションプラットフォームをスパム (spam) で溢れさせる可能性があります。正直なノード間で意味のある信頼関係が形成されるためには、スパムを除外することが必要です。

2. 歴史的に、人間社会や組織は、組織の規模に比べて少数の、中央集権的なリーダーシップを持つように構造化されてきました。これは、ブロックチェーン上で発生する骨化した連合でも同様です。ユーザーが協調的にタスクを実行するよう求められた場合、システム内で同様のリーダーシップとワーカーの分離構造 (leadership-worker segregation structure) が出現する可能性があります。つまり、一部のユーザーはリードすることを好み、他のユーザーはリードされることを好むかもしれません。これは、協力が人間同士の重要なインタラクションを必要とするアプリケーションで特に重要です。このような分離がネットワークによって提供される分散化と価値に与える影響は、研究されるべき重要な側面です。

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