暗号資産とは、オープンで分散型の電子決済システム上に保管されるデジタル通貨である。Nakamoto（2008）の発表以降、暗号資産は産業界、学界、そして広く一般の注目を集めており、なかでもビットコインが最もよく知られている。暗号資産は数百種類あり、その多くは大規模で信頼性の高い分散型コンピューターネットワーク上で稼働している。この広がりを可能にしたのが、ブロックチェーンと呼ばれる革新的なコンピューター科学の設計である。ブロックチェーンは、システム全体としては信頼できる一方、個々のサーバーはどれも単独では信頼されない分散型電子決済システムの構築を支える。この新しいブロックチェーン設計は、暗号技術とゲーム理論に基づくインセンティブを組み合わせている。こうしたインセンティブは、特に市場設計を研究する経済学者の関心を引くはずだ。
ブロックチェーンの設計により、ビットコインなどの暗号資産は、PayPal、Venmo、FedWire、Swift、Visaといった従来型の電子決済システムと同様に機能する。これらのシステムはいずれも、ルールを定め、状況の変化に応じて改定する組織が所有・運営している。運営組織はシステムの信頼性を確保し、必要なシステム基盤の維持に責任を負う。また、参加者がシステムの利用にあたり、どのような形でいくら支払うかも決定する。これらの電子決済システムは、規模の経済とネットワーク効果の恩恵を受けるため、自然独占となる。そのため、独占的な地位に伴う厚生損失を軽減する目的で、しばしば規制の対象となる（あるいは政府機関が直接所有する）。
ビットコインのブロックチェーン設計における革新は、運営組織なしに電子決済システムを稼働できる点にある。代わりに、プロトコルがシステムのルールを定め、すべての構成員がそれに従う。基盤を維持する中央機関は存在しない。ビットコインの基盤はその代わりに、「マイナー」と呼ばれるコンピューターサーバーで構成され、マイナーは見込まれる利益機会に応じて自由にシステムへ参入・退出する。十分なメモリーと処理能力を備え、インターネットに接続されたコンピューターなら、どれでもマイナーになれる。参加するマイナーは計算処理を行う必要があり、システムへの貢献に対して報酬を受け取る。マイナーがプロトコルのルールに従うのは、それが自らの利益にかなうからである。他の参加者もプロトコルに従うと考えるなら、自らも従うことで期待利益を最大化できる。したがって、変更には新しいプロトコルへの集団的合意が必要となるため、プロトコルを変更するのは難しい。
両面プラットフォーム
他の決済システムとは異なり、ビットコインはあらかじめルールが定められた両面プラットフォームである。主な参加者は、残高を保有して電子取引を行うユーザーと、システムの基盤を維持するマイナーの2者である。
システムの概要を簡単に説明すると、次のとおりである。コインの保有者は、実行したい支払いを知らせるメッセージを送信する。各取引は暗号技術によって検証されたメッセージである。マイナーは新たに受信した取引が適法かどうかを審査し（構文ルールへの適合、所有権、二重支払いがないことなどを確認し）、それらを新規取引のブロックにまとめる。各マイナーは、過去のすべての取引を記録した台帳（ブロックチェーン）を保持し、そこでは取引がブロック単位で整理されている。平均して10分ごとに、ビットコインのシステムはマイナーを1人ランダムに選び、取引のブロックを台帳に追加させ、そのブロック内のすべての取引を処理する。選出に参加するには、マイナーは計算処理を行わなければならず、これを「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ぶ。選ばれる確率は、マイナーの計算処理量に比例する。選ばれたマイナーが台帳にブロックを追加すると、そのブロックを採掘したという。多数の小規模なマイナー間の均衡によって、すべてのマイナーが合意し、適法な取引だけが処理される。ビットコインのプロトコルはブロックサイズを1MBに制限し、それによって1ブロック内の取引数も制限している。そのため、システムの処理能力には上限があり、マイナーの数には左右されない。
適切なインセンティブを与えるため、システムはブロックの採掘者に選ばれたマイナーへ報酬を支払い、その労力に報いる。報酬は、新たに発行されたコインと、そのブロック内で処理された取引が支払う取引手数料から成る。プロトコルは、各ブロックで新規発行されるコインの数量を定めている。この数量はおよそ4年ごとに半減する。一方、取引手数料はプロトコルで固定されておらず、ユーザーが支払う額を選ぶ。
したがって、ブロックチェーンの設計には、手数料や行動規範を定めたり変更したり、その他の形でシステムを支配したりする権限を持つ参加者がいないという、経済面での革新がある。ユーザーもマイナーも価格受容者である。ユーザーは独占価格から保護される。たとえシステムが独占状態になっても、独占的な手数料を課す独占企業は存在しない。ただし、システムが適切に機能するには、必要な基盤を賄うのに十分な収入をユーザーから得なければならない。
最近の論文で、私たちは上記の説明を経済モデルに置き換え、マイナーが取引手数料のみで報酬を受ける場合のシステムの長期的な動きを分析した（Huberman et al. 2017）。この分析では、一見すると無関係に思える次の2つの問いに答えようとしている。
・長期的には、誰がマイナーに支払うのか。そして、なぜ支払うのか。
・システムが普及した場合、限られた処理能力をどのように運用するのか。つまり、サービスの優先順位はどのように決めるのか。
ビットコインを管理する組織が存在しないため、どちらの問いも簡単には答えられない。このモデルは、両方の問いに対する答えは一つだとする。処理能力の制限によるシステムの混雑を受け、ユーザーは処理の優先順位を得るために取引手数料を支払う。その手数料がマイナーの資金源となる。この答えから、社会的効率性、安定性、頑健性、パラメーターの選択について、さらに問いが生じる。
モデルの特徴
ユーザーとマイナーの均衡行動によって、取引手数料、収入、基盤の水準に特徴的な性質が生まれる。
マイナーは手数料の高い取引を処理したがるが、ユーザーが決める取引手数料には介入できない。そのため均衡状態では、ブロック処理に選ばれたマイナーは、手数料が最も高い取引を処理する。ユーザーが支払う手数料収入の総額は、マイナーへの支払い総額に等しい。マイナーは自由にシステムへ参入・退出できるため、各マイナーの期待利益はゼロとなり、収入額によってマイナーの数が決まる。したがって、システム全体が独占状態であっても、サービスは原価で提供される。
ユーザーは、あたかもマイナーが処理の優先順位をオークションにかけているかのように、取引手数料を支払ってサービスの優先順位を競う。システムには確率的な性質があるため、平均的には十分な処理能力があっても、一部の取引には遅延が生じる。手数料を高くすれば優先順位が上がり、遅延を減らせる。ここから生じる混雑・待ち行列ゲームの分析によれば、均衡状態では取引手数料は他者に課す追加的な遅延コストに等しい。したがって、混雑や遅延がなければユーザーは取引手数料を支払う必要がなく、混雑の度合いが高まるほど取引手数料も上昇する。さらに、このトレードオフは非常に明確である。深刻な混雑がなければ、取引手数料収入はごくわずかとなる。システムの処理能力がマイナー数に左右されないため、マイナー数が混雑に影響することはない。
このモデルは長期に焦点を当てているが、そこから得られる知見は、コインの新規発行が多い現在の環境にも当てはまる。すなわち、（i）マイナーの期待利益はゼロである、（ii）混雑がひどいほど取引手数料は高くなる、（iii）取引手数料が高いほど、マイナーが行うプルーフ・オブ・ワークは難しくなる。（ii）について、図1は、1日あたりの平均ブロックサイズと対応する平均取引手数料の理論上および実際の関係を示している。ブロックサイズが1MBに近いことは、混雑を示す。また、深刻な混雑が相応の収入創出につながることは、実証的にも明らかである。
ビットコインのシステムは、独占の規制や市場競争による価格統制に代わる選択肢を提供する。潜在的なユーザーが全員ビットコインのシステムを使っているという意味では、ビットコインは独占状態になり得る。それでも、サービスに独占価格が付けられるわけではない。価格は均衡によって決まる。ただし、均衡価格は混雑に応じて変動し、最適な水準になるとは限らない。収入を得るには、深刻な混雑とコストのかかる遅延が必要となる。さらに、ビットコインのシステム運営には追加的な社会的コストも伴う。その総社会的コストは、独占による死荷重損失を下回ることも上回ることもある。
混雑が不十分だと、システムにとって壊滅的な事態になり得る。混雑が足りなければ、ユーザーが支払う取引手数料はほぼなくなり、マイナーの資金を賄う収入もほとんど得られない。マイナーが退出するとシステムの信頼性が低下し、ユーザーも離れていくため、混雑はさらに減少する。システムの処理能力はマイナー数に左右されないため、マイナーの参入・退出によってシステムの需給を均衡させることはできない。マイナーを維持する別の方法がなければ、システムは崩壊する。
この点は、ユーザーが経験する混雑を緩和するために、ビットコインのシステムを拡張し、処理能力を高めるという現在の議論において極めて重要である。システムの処理能力を拡張して混雑を解消、あるいは大幅に緩和できたとしても、それによって取引手数料収入もなくなり、システムの長期的な持続可能性が危うくなる。
この分析は、プロトコルに加えられる簡単な設計変更を2つ示唆している。第一に、システムは処理能力を調整して、適切な収入水準を目指すことができる。現在、処理能力は固定されており（10分ごとに1MBのブロックを1つ処理）、そのため収入とユーザーのコストは需要の水準に応じて変動する。代わりに、需要に応じて処理能力を調整し、混雑と収入を一定の水準に保つことができる。
第二に、私たちの分析によれば、目標とする収入水準を実現する場合、ブロックが小さいほどユーザーに課す遅延コストを抑えられる。現在のビットコインの設計と、今後提案される派生型の双方で、比較的大きなブロック（多数の取引）を比較的まれに（ブロック間の間隔が数分）処理するパラメーターが選ばれている。こうしたパラメーター設定では、目標水準の手数料収入を得るために深刻な遅延が必要となる。したがって、エンジニアリング上の制約の範囲内でブロックサイズをできるだけ小さくし、小さなブロックを頻繁に処理することで処理能力を維持するよう、システムを再設計するのが望ましい。これにより、ユーザーに課す遅延を大幅に減らしながら、同じ水準の収入を得られる。
最後に、分散型ブロックチェーンシステムで実現可能な収入創出の仕組みを明らかにし、その最適な仕組みを特定するという問いを提起する。収入創出ルールは、マイナーが取引を処理するための適切なインセンティブを与える必要があり、取引手数料は第三者が検証できなければならない。私たちは、プロトコルに実装可能な仕組みをいくつか検討する。
結論
本稿執筆時点では、年間657,000 BTCが新たに発行され、マイナーに付与されている（10分ごとに12.5 BTC）。現在のビットコインのおおよその価格である5,000ドル（2017年10月12日時点）で換算すると、その価値は約33億ドルに相当する。これに加えて、マイナーは取引手数料も得ている。取引手数料はネットワークの混雑に伴って上昇しており、現在はマイナーの収入の20%を占める。
ビットコインのシステムは多大な資源を投じている。このシステムと、その中核にあるブロックチェーン・プロトコルは、数々の模倣や応用を生み出してきた。ブロックチェーン・プロトコルは、新しい経済設計を提示している。たとえ機能していなかったとしても、経済学者が注目し、精査するに値する設計である。機能性と有用性があるように見えることは、この驚くべき仕組みと、その将来の、そして未来を切り開く派生形を経済学者が研究するさらなる動機となるはずだ。
参考文献
Huberman, G、J D Leshno、C C Moallemi（2017）、「独占企業なき独占：ビットコイン決済システムの経済分析」、CEPRディスカッション・ペーパー第12322号。
Nakamoto, S（2008）、「ビットコイン：ピア・ツー・ピアの電子キャッシュシステム」。
