Why Ethereum Needs Fairness Mechanisms that Do Not Depend on Participant Altruism

本論文は、ブロック提案者の大部分が外部サービスに依存しており、真の利他的行動を示す者が 1.4% 未満に留まるという実証分析に基づき、Ethereum の公平性メカニズムを再確立するためには、参加者の利他性に依存せず、インセンティブやペナルティに基づく仕組みの導入が必要であると結論付けています。

要約

この論文は、ブロックチェーンの巨大な都市「イーサリアム」が抱えるある**「残酷な真実」**を暴き出しています。

一言で言うと、**「イーサリアムを公平で自由な場所に保つためには、参加者の『善意（アルトリズム）』に頼るだけでは到底足りない」**という結論です。

この難しい話を、**「巨大なパティシエ（料理人）とケーキの都市」**という物語に例えて説明しましょう。

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🍰 物語：パティシエと「隠し味」の都市

イーサリアムという都市では、毎日「ブロック」という巨大なケーキが作られます。このケーキには、人々が送った「トランザクション（注文）」という具材が入っています。

このケーキを作る権利（ブロック提案者）は、毎日ランダムに選ばれたパティシエが独占します。

1. 理想と現実のギャップ

• 理想： パティシエたちは「誰の注文も公平に受け入れ、順番もランダムに並べる」という**「正義の味方」**として振る舞うはずです。これが「アルトリズム（善意）」です。
• 現実： しかし、パティシエたちは「もっと儲けたい」という**「欲」**を持っています。
  • 彼らは、具材の並び順を操作して「前売り（フロントランニング）」したり、特定の注文を除外したりして、追加の利益（MEV）を抜こうとします。
  • さらに、多くのパティシエは**「料理の専門家（ビルダー）」**に仕事を丸投げしています。パティシエは「あなたが作ったケーキを、私が署名するだけ」という状態です。

2. 研究者の調査（「誰が本当に正義なのか？」）

この論文の著者たちは、2025 年 1 月から 4 月までのデータを詳しく調べました。彼らは、パティシエたちを**「3 つのフィルター」**にかけて、本当に「善意の味方」がいるかを確認しました。

• フィルター①：「丸投げ屋」を排除

  • 専門家に仕事を丸投げしているパティシエは、ケーキの中身（具材の並び）をコントロールできません。彼らは「善意」ではなく、**「利益追求のために権限を放棄した人」**とみなされました。
  • 結果： 全体の**92%**がここで除外されました。

• フィルター②：「同じオーナー」を排除

  • 複数のパティシエが、同じ「オーナー（運営会社）」に管理されている場合、そのオーナーが「悪意」を持っていれば、管理下の全員も「悪意」を持っているとみなします。
  • 結果： さらに**6%**が除外されました。

• フィルター③：「隠し味」を探す

  • 残ったパティシエが、本当に公平にケーキを作っているか、具材の並び順や「見えない注文（XOF）」を調べて確認しました。
  • 結果： 厳密な基準で「完全に善意」と言えるのは、さらに減りました。

3. 衝撃的な結論

調査の結果、「本当に善意（アルトリズム）で動いているパティシエ」は、全体のわずか 1.36% しかいなかったのです。

• **98.64%**のパティシエは、利益のためにルールを曲げたり、権限を外部に委ねたりしていました。
• 以前は「数％いれば大丈夫だろう」と考えられていましたが、実際には**「100 人中 1 人」**もいないレベルでした。

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🚨 なぜこれが問題なのか？（「委員会の欠陥」）

イーサリアムには、不公平を防ぐための新しい仕組み（インクルージョンリストなど）が提案されています。これは、**「1 人のパティシエに任せず、16 人のパティシエで構成される『審査委員会』を作ろう」**というアイデアです。

• 昔の考え方： 「委員会の中に1 人でも『正義のパティシエ（善意の人）』がいれば、その人が不正を食い止め、公平なケーキを作ってくれるはずだ！」
• この論文の指摘： 「いや、1 人いる確率は 77% 程度（16 人中 1 人以上の善意者がいる確率）に過ぎない。これは**『運』に頼りすぎている**！」

もし、その 1 人が「賄賂（ bribe）」をもらって裏切ったら、その委員会は機能しなくなります。
「16 人」では、善意の人間が一人もいない確率（約 22%）がまだ高すぎるのです。

💡 解決策：「善意」ではなく「仕組み」で縛る

著者たちは、**「パティシエたちの『良心』に期待する時代は終わった」**と説きます。

• ダメなアプローチ： 「みんな、正義のために頑張ろうね！」（善意に頼る）
• 必要なアプローチ： 「もし不正を働いたら、罰金を払うか、報酬を減らす仕組みを作ろう！」（インセンティブ設計）

もし「委員会方式」を続けるなら、16 人ではなく、もっと多い「128 人」の委員会が必要になります。そうすれば、1 人が裏切っても、他の多数派がそれを無効化できる確率が 83% まで上がります。

🎯 まとめ

この論文が伝えたいことはシンプルです。

「イーサリアムを公平な都市にするためには、パティシエたちが『天使』であることを期待してはいけません。彼らは『人間（あるいは利益追求者）』です。だから、彼らが『悪』を働かないようにするための、強固なルールと罰則（インセンティブ）をシステム自体に組み込む必要があります。」

善意という「魔法」に頼るのではなく、**「仕組みという防壁」**で守る時代が来たのです。

技術概要

論文要約：Ethereum には参加者の利他性に依存しない公平性メカニズムが必要である

著者: Patrick Spiesberger, Nils Henrik Beyer, Hannes Hartenstein (Karlsruhe Institute of Technology)
対象期間: 2025 年 1 月〜4 月（4 ヶ月間）

1. 背景と問題提起

Ethereum の中核的な理念である「分散化」と「検閲耐性」は、実際には脅かされています。プロポーザ（ブロック提案者）が一時的にブロック構築の独占権を持つ構造（短期間の独占）により、トランザクションの検閲やフロントランニングなどの望ましくない行動が発生し、これが金銭的インセンティブが高まるほど悪化することが知られています。

近年の公平性向上の提案（Inclusion Lists や Multiple Concurrent Proposer 設計など）は、**「委員会内の少なくとも一人が、金銭的誘惑（賄賂など）に屈せず、プロトコルに従って検閲されたトランザクションを含める『利他的（Altruistic）』なプロポーザである」**という前提に依存しています。しかし、現在の Ethereum において、実際に利他的な行動を示すプロポーザがどの程度存在するかは実証的に不明確でした。既存の研究では、ブロック構築を外部サービスに委託する（MEV-Boost を使用する）プロポーザが約 91% 存在し、これらは利他的ではないと見なされていますが、残りの 9% についても実態が解明されていませんでした。

研究課題: Ethereum において、真に「利他的」と見なせるプロポーザの割合はどれくらいか？その割合に基づき、現在の公平性メカニズムは実用的か？

2. 研究方法論

著者らは 2025 年 1 月から 4 月までの 4 ヶ月間、600,115 人の異なるプロポーザと 859,313 個のブロックを分析しました。利他性を「プロトコルからの逸脱がない行動」と定義し、以下の 6 つの分類器（フィルター）を用いて、非利他的なプロポーザを段階的に除外するアプローチを採りました。

非利他的行動の定義

1. MEV 抽出の委託: 特定の MEV-Boost リレーを通じてブロックを構築し、ブロック内容の制御権を失っている状態。
2. 共有アカウント・ガバナンス: 複数のバリデーターを管理する単一の管理主体（STaaS プロバイダー等）が存在し、その主体が非利他的な行動をとる場合、その管理下のすべてのプロポーザも非利他的とみなす。

除外プロセス（6 ステップ）

1. リレー利用の除外 (Classifier I): MEV-Boost リレー経由でブロックが発表されたことのあるプロポーザを除外（約 92% 除外）。
2. 共有ガバナンスの除外 (Classifier II): 残ったプロポーザのうち、すでに除外されたリレー利用プロポーザと同一の管理主体（Coinbase アドレスのクラスタリング等により特定）に属するものを除外。
3. コントラクトアカウントの除外 (Classifier III): 管理主体がコントラクトアカウント（CA）を使用している場合、それは STaaS 等の外部管理を意味するため除外。
4. ビルダーからの支払いの除外 (Classifier IV): 残ったクラスタに対し、ビルダーからの支払い（MEV 報酬）がリレー経由で確認された場合、そのプロポーザも非利他的とみなして除外。
5. 独占的オーダフロー (XOF) の除外 (Classifier V): 公開されたメモプールに存在しないトランザクション（XOF）をブロックに含めるプロポーザは、内部での MEV 抽出を行っているとみなし除外。
6. トランザクション順序の分析 (Classifier VI):
   • 利他的: トランザクションを優先手数料（Priority Fee）の降順に厳密に並べた場合（プロトコル定義の属性に基づくため）。
   • 潜在的利他的: 順序に多少のばらつきがあるが、優先手数料と順序の間に強い相関（Spearman 相関係数 > 0.7）がある場合。
   • 非利他的: 順序が明確に利益追求型（例：低い手数料のトランザクションを先に含めるなど）である場合。

3. 主要な結果

分析により、以下の割合が導き出されました（全観測プロポーザに対する比率）：

• MEV-Boost 利用（リレー経由）: 92.13%
  • 大部分のプロポーザはブロック構築を外部に委託しており、ブロック内容への制御権を持っていません。
• 共有ガバナンスによる非利他性: 6.05%
  • リレーを直接使っていなくても、非利他的な管理主体（STaaS など）に属しているため、非利他と判断されました。
• 内部 MEV 抽出（XOF など）: 0.46%
  • 外部委託はしていないが、独自に MEV 抽出を行っていたプロポーザ。
• 真に利他的と判断されたプロポーザ: 0.71%
  • 厳密なトランザクション順序（優先手数料降順）を維持し、他の非利他的行動の証拠もなかったプロポーザ。
• 潜在的に利他的と判断されたプロポーザ: 0.65%
  • 順序に若干のばらつきはあるが、強い相関を示し、明確な非利他的行動の証拠がないプロポーザ。
• 合計（利他的 + 潜在的利他的）: 1.36%

重要な発見:

• 従来の推測（数%〜10%）よりもはるかに少ない、最大でも 1.36% のプロポーザしか利他的行動を示していません。
• 利他的なプロポーザは、Ethereum の PoS 移行（The Merge）以前に登録された古いバリデーターに偏在しており、経済的インセンティブが存在しなかった時期の参加者が多く含まれています。
• 新規登録されたバリデーター（Validator Index 100 万〜190 万）では、利他的と見なされる割合は 0.2% 未満です。

4. 考察とインパクト

この結果は、現在の公平性メカニズムの設計に重大な示唆を与えます。

委員会ベースの公平性メカニズムの限界

Inclusion Lists (IL) や Multiple Concurrent Proposer (MCP) のような仕組みは、委員会に少なくとも一人の利他者がいることを前提としています。

• 計算例: 利他者の割合が 1.36%（非利他 98.64%）の場合、16 人の委員会では、少なくとも一人の利他者が含まれる確率は約 20.7% しかありません。これは検閲耐性の向上として不十分です。
• 必要な委員会規模: 99% 以上の確率で少なくとも一人の利他者が含まれるようにするには、委員会規模を少なくとも 128 人にする必要があります。
• 課題: 128 人もの大規模な委員会は、実装上の複雑さや、個々のメンバーの影響力が薄れることによる非効率性を招く可能性があります。

今後の方向性

• 利他性への依存からの脱却: 参加者の道徳性や利他性に依存するのではなく、インセンティブ設計（報酬）やペナルティを通じて、公平な行動が「合理的（Rational）」な選択となるようなメカニズムの導入が必要です。
• FairFIL のような代替案: 利他性に依存せず、ブロックビルダーの責任を明確にし、検閲を記録させる設計（FairFIL）や、Nash 均衡を利用した設計（AUCIL）など、より堅牢なメカニズムの検討が急務です。
• ePBS（Enshrined PBS）の影響: 将来的にプロトコルレベルで PBS が実装（ePBS）されても、ビルダーが依然としてブロック内容の決定権を持つ限り、プロポーザの合理的な行動原理は変わらないため、本研究の結論は有効です。

5. 結論

この研究は、Ethereum のブロック生成が利益追求戦略によって圧倒的に支配されており、利他的なプロポーザは極めて少数（最大 1.36%）であることを実証しました。既存の公平性メカニズムが「利他者の存在」に依存している現状は、ネットワークの分散化と検閲耐性の回復を達成するには不十分です。今後は、参加者の道徳性に頼らず、経済的インセンティブや罰則によって公平性を担保するメカニズムの設計が不可欠であることが示されました。