原文标题：《8 Reasons Why Blockchain Mechanism Design Is Hard》

原文作者：Tim Roughgarden，a16z

原文编译：Ladyfinger，BlockBeats

编者按：

随着区块链技术的兴起，我们目睹了一个全新领域的诞生和蓬勃发展。作为 a16z 研究负责人的 Tim Roughgarden 深入探讨了区块链机制设计的复杂性和挑战，揭示了 Web3 世界中机制设计的重要性和难点。

当我们在一个学科或领域中学习得足够深入时，我们就能够识别和理解现实世界中出现的各种问题。尽管这些问题表面上看似复杂新颖，实际上通常是我们已经解决过的问题的变种或经过了细微调整。比如在教算法基础的时候，学生会学会怎么找出那些可以用「最短路径」或「线性规划」这类已知方法来解决问题。

这种学习模式在机制的设计中同样强大有效，机制设计是一种「逆向博弈论」，它利用激励手段来实现理想的结果。机制设计的工具和课程在拍卖理论、市场设计和社会选择理论中尤其有用。

在加密货币和 Web3 的世界里，有很多设计机制的问题。你可能觉得，这些问题可以通过简单地应用我们已知的古老方法来解决，但实际情况是由于区块链技术的特殊性，我们常常需要从根本上重新考虑和设计解决方案。这使得在 Web3 中进行机制设计变得既复杂又充满挑战，但同时也非常有趣和吸引人。

在本文中，我探讨了 Web3 机制设计面临的一些挑战。对于熟悉加密货币的人士而言这些挑战并不陌生。然而，深入理解机制设计可能会为所有开发者提供新的视角帮助他们理解这些问题为何难以攻克。对于机制设计者来说，如果你正在寻找新的应用场景，你可能会对一个无需许可的环境所带来的挑战感到好奇。

什么是机制设计？

机制涉及领域的形成可以追溯到 1961 年，当时哥伦比亚大学经济学家、未来的诺贝尔奖获得者 William Vickrey 正式提出了一种密封的第二价格拍卖方式。这种拍卖风格最早在 1797 年就被使用了，当时作家 Johann Wolfgang von Goethe 出售了他的史诗《赫尔曼和多罗特娅》的手稿。它在 19 世纪也被邮票收藏家普遍使用，但直到维克里对其进行了描述，现在通常被称为「维克里拍卖」。

在维克里拍卖中，获胜者是出价最高者，但他们支付的是第二高的出价。这种拍卖揭示了出价者的真实偏好也将物品交给了最看重它的人。维克里拍卖是一个优雅而高效的设计，已经在现实世界中得到应用，根据新的情况进行了修改和更新，实践指导理论，反之亦然。像维克里拍卖一样，机制设计作为一个正式学科，有着理论与实践交织的历史，既深刻又美丽。

与博弈论不同——博弈论确定了战略互动的维度，探索了最合理的结果——机制设计的领域不是从游戏开始，而是从一个期望的结果开始。机制设计的目的是反向设计一种游戏，使得这种期望的结果可能是以效率、公平或某些行为集为特征成为一个平衡状态。在维克里拍卖的情况下，目标是揭示参与者愿意支付的最大金额，同时不会因为他们这样做而惩罚他们。

Web3 中应用机制设计的机会非常多。例如，区块链协议可能想要实现运行协议的参与者诚信行为，没有偏离预期行为。或者，一个协议可能想要揭示关于交易价值的准确信息以高效地将区块空间分配给最有价值的交易。这样的机制设计问题总是具有挑战性的，而在区块链环境中挑战更是独一无二。

缺乏信任

在没有假定有一个可信赖的第三方来执行机制的情况下，区块链领域的设计工作变得更加困难。

使用无需许可的区块链协议的整个意义在于，你不必信任任何一个实体或个人，只需要信任「平均水平」的假设，即运行协议的节点中有足够大的比例是正确运行的。

但许多区块链架构的讽刺之处在于添加到链的历史中的每一批交易为了在协议维护的虚拟机中执行，都是由单个节点单方面决定的产物。

你无法知道是否可以信任这个节点。

这就是为什么在区块链环境中很少看到维克里拍卖的原因。天真地实现维克里拍卖很快就会遇到不受信任的区块生产者的操纵问题。问题是，区块生产者可以制造一个「shill bid」，一个略低于获胜出价的假出价，从而迫使获胜者支付接近他们全部出价的价格，而不是第二高的真正出价。

不受信任的区块生产者通过提交虚假的较低投标即「托儿出价」，实际上将维克里拍卖转变为等同于第一价格拍卖的机制。这种行为是第一价格拍卖在 Web3 中变得普遍的原因之一。此外，传统机制设计文献中关于「可信机制」的最新研究也探讨了在拍卖设计中如何处理不可信的拍卖者问题尽管其研究角度与我们这里的讨论有所不同。

互相串通

另一个使区块链中的机制设计变得困难的原因是区块链参与者之间的共谋。例如，第二价格拍卖容易受到带有侧面支付的共谋的影响。道理很简单：获胜的出价者支付第二高的出价，所以那个出价者可以简单地贿赂第二高的出价者出价更低。

机制设计学术文献对并不是很担心这个问题。一个原因可能是在现实世界中，共谋很难实现。在某些共谋行动结束后，要进行可信的侧面支付很难，因为获胜者可以简单地拒绝支付贿赂。然而，在区块链环境中，潜在的共谋者经常可以使用智能合约来可信地承诺使共谋工作所需的侧面支付。

第二个原因是很少有机制可以阻止带有侧面支付的共谋——「发布价格」机制，只提供接受或拒绝的提议，再无其他。更糟糕的是，协议的用户可能不仅相互共谋，还可能与不受信任的区块生产者共谋，相当于现实世界拍卖中出价者与拍卖师共谋。

对最后一种类型的共谋的韧性是以太坊 EIP-1559 交易费机制中 burn 部分交易费的一部分的主要动机之一。如果缺少「burn」机制，或者不以其他方式扣留这些收入，阻止区块生产者获得它们，那么区块生产者和最终用户就可能通过侧面支付来规避机制所尝试设定的任何保留价格。

不能只依赖法治

共谋显然不是新问题。几个世纪以来，它一直困扰着现实生活中的各种机制，然而如果你检查机制设计文献，你可能会惊讶地发现它对共谋的讨论很少。文献确实直接讨论了机制的个别参与者单方面操纵的激励——但通常对共谋避而不谈，将其留给一些未建模的「法治」概念。例如，机制的参与者可能会签署一份法律合同，规定他们不会共谋。如果发现共谋，就交给了法律渠道去解决。

机制设计者可以通过创建一个共谋相对容易检测的机制来提供帮助。这是许多机制设计文献中不言而喻的秘密：依赖法治。虽然不能说在无需许可的区块链协议周围没有法治——我们经常看到执法机构成功起诉无需许可的区块链上的犯罪行为——但比传统机制设计应用中要少得多。

如果你不能依靠机制外的法治，那么设计者就有责任在机制内处理它。这种方法在区块链空间的机制设计决策中无处不在。特别是以太坊协议，例子范围从在 EIP-1559 中燃烧基础费用收入到在其共识协议中削减行为不当的验证者。

设计空间更大

Web3 中的设计空间比机制设计者习惯的要大。因此，他们必须重新思考任何给定的问题。例如，许多机制涉及到支付，在传统的机制设计应用中，这些支付将以某种法定货币，如美元进行。许多区块链协议都有自己的本地货币，而该协议内的机制则能够操纵该货币。

想象一下，如果你写了一篇传统的机制设计论文，而你的机制描述的一部分是：「打印一大堆新钱，然后把这些钱给一些参与者。」在区块链环境之外，这看起来会很荒谬。但当你谈论区块链协议背景下的机制设计时，你可以完全这样做。

协议控制货币，因此作为该协议一部分的机制可以铸造或燃烧它。这意味着一些在没有访问本地货币的情况下不可能的设计变得可能。例如，你如何激励比特币矿工按预期执行协议？通过通货膨胀奖励：打印新的比特币来激励这些区块生产者。如果没有访问本地货币，这样的设计将是不可能的。

原生代币可能会带来其他的问题

上一点原因强调了原生货币的力量。你可以用原生货币做两件事：「铸币」（比特币协议铸造新比特币以激励矿工的方式）和「燃烧代币」（以太坊 EIP-1559 交易费机制燃烧 ETH 抵御串通的方式）。原生货币潜伏着在传统机制设计中不存在的危险：微观经济设计决策可能会产生宏观经济后果。

在传统机制设计中，没有理由担心宏观经济力量。没有传统的拍卖对美国的货币供应或通货膨胀率产生了有意义的影响。这个挑战在 Web3 设计空间中是全新的。可能会出什么问题？让我告诉你两个例子，一个关于比特币的铸造，一个关于以太坊的燃烧。

由于使用区块奖励，通过打印新货币来激励矿工，比特币被迫拥有通货膨胀。因此，它还必须有一个货币政策来决定通货膨胀率以及该比率随时间的演变。中本聪还创建了一个 2100 万比特币的硬供应上限。由于比特币的数量有一个硬上限，通货膨胀率必须归零。如果它真的归零了，什么会激励矿工继续运行协议并为比特币提供安全保障？人们一直希望交易费用会弥补缺失的区块奖励，尽管证据表明这种情况会发生的证据相当薄弱。如果交易费用保持接近零，那么比特币协议将面临重大安全问题，这一直是一个已知问题。

普林斯顿大学计算机科学家 Miles Carlston、Harry Kalodner、Matthew Weinberg 和 Arvind Narayanan 撰写的一篇论文指出了交易费用和区块奖励之间的另一个区别。虽然区块奖励对于每个区块都是相同的（至少在区块奖励的「减半」之间，这每四年发生一次），但交易费用可以变化几个数量级——这反过来又为协议引入了新的博弈论不稳定性。

从这个意义上说，固定供应上限的宏观经济决策对协议及其参与者的微观经济后果产生了负面影响。就像比特币的区块奖励铸造充当通货膨胀力量一样，EIP-1559 中交易费用的燃烧充当了以太坊的通货紧缩力量。在以太坊协议中它使用通货膨胀的验证者奖励，这两种力量之间存在拉锯战，通常通货紧缩力量会获胜。ETH 现在是一种净通货紧缩的货币，这是协议的微观经济学激励设计决策的宏观经济后果。

ETH 持有者喜欢通货紧缩，因为所有其他条件都相等，它使他们的代币随时间变得更有价值。（事实上，这种副作用可能是最终使公众舆论倾向于转向 EIP-1559 交易费机制的因素。）然而，通货紧缩货币的概念让传统训练有素的宏观经济学家退缩，回想起 1990 年代日本的经济滞胀。

谁才是对的？就个人而言，我不相信主权法定货币是像 ETH 这样的加密货币的正确类比。但正确的类比是什么？这仍然是一个悬而未决的问题，需要区块链研究人员进一步探索：为什么通缩货币可以作为支持区块链协议的加密货币，而不能成为支持主权国家的法定货币？

不能忽视的底层堆栈

在计算机科学中，我们追求的一件事是模块化和清晰的抽象，这允许你信任系统的某些部分。在设计和分析系统的一个部分时，你当然需要知道系统其他部分导出的功能。但理想情况下，你不需要知道这些功能实际上是如何在底层实现的。

在区块链协议中，我们尚未实现这一理想。虽然建设者和机制设计者可能喜欢专注于，比如应用层，但他们不能忽视基础设施层的工作现实和细节。例如，如果你正在设计一个自动化市场制造者，你必须考虑到不受信任的区块生产者负责交易排序的事实。或者，当你考虑为 Layer 2 rollup 设计交易费机制时，你不仅要为 Layer 2 的资源消耗付费，还必须为底层协议产生的任何成本付费，例如，从存储调用数据。

在这两个例子中，我们可以看到，有效的机制设计不仅需要对特定层面的深入理解还需要对其他层面有详细的专业知识。尽管区块链技术的成熟将使我们能够更清晰地区分和专注于它的不同层次但我们必须承认目前我们还没有达到这样的成熟水平。

要求在计算受限的环境下工作

区块链协议实现的「computer in sky」是一个计算受限的环境。传统的机制设计只关注经济激励，忽略了计算问题。例如，著名的 Vickrey-Clarke-Groves 机制对于足够复杂的分配问题来说是不可行的。当 Nisan 和 Ronen 在 1999 年引入算法机制设计时，他们指出我们确实需要一些计算可行性，以便机制在现实世界中具有任何实际意义。因此，他们提议将注意力限制在计算和通信量随问题参数多项式而不是指数函数的机制上。

由于区块链协议的虚拟机中的计算非常稀缺，链上机制必须高度轻量级，多项式时间和通信是必要的，但还不够。例如，这种稀缺性是为什么自动化市场制造者完全支配以太坊 DeFi 的主要原因，而不是更传统的解决方案，如限价单簿。

尚处于早期阶段

通常，当人们说 Web3 仍然处于早期阶段时，他们指的是投资机会或采用数字。但从科学的角度来看，我们甚至比那更早。这个事实只会使事情变得更加困难，尽管它代表了一个巨大的机会。

在成熟的研究领域工作提供了每个人都认为是理所当然的好处。有公认的模型和定义。围绕最重要的问题有共识。在如何衡量进展方面存在非微不足道的协调。存在共同的词汇和大量的共同知识基础。存在上车的途径，以加快速度，包括经过充分审查的教科书、在线课程和其他资源。

与此同时，在区块链空间的许多部分，我们仍然不知道「正确」的模型和定义，无法清晰地思考和取得重要问题的进展。例如，在区块链协议的背景下，激励相容性的最重要概念是什么？Web3 堆栈的层次是什么？什么应该计入最大可提取价值（MEV）？这些只是其中的一些未解决问题。

对于那些对在区块链科学领域工作感兴趣的人，该领域的不成熟性带来了挑战。但现在尽早加入这个领域，也代表了独特的机会。机制设计一直是互联网应用层的有用工具，以实时广告拍卖为例，或者设计大多数在线消费应用程序中普遍存在的双边市场，从电子商务到共享出行。

但在 Web3 中，机制设计也在影响基础设施本身的设计决策。回想一下 20 世纪 70 年代和 80 年代，当时仍在讨论和设计互联网路由协议。据我所知，没有激励和机制设计专业知识的人坐在那个桌子旁。事后看来，我们现在意识到这样的人本可以有用地通知设计。与此同时，在 Web3 中，随着最初的比特币白皮书的发布，激励机制从一开始就是讨论的一部分。

围绕 Web3 的「正确」模型、定义和成功指标的混乱，实际上是在告诉我们，我们正处于一个黄金时代。后来的学生和科学家会羡慕我们在这个时候加入这个领域，有机会塑造这项技术的发展轨迹。所以虽然该领域可能没有很多教科书，但总有一天会有，而将在其中描述的工作就是我们目前正在做的工作。