加密货币和链上交易费用的世界：为什么经济学如此重要

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在区块链领域，交易费用的分析长期以来一直被忽视，学术论文的第一篇论文从2014年（Houy）开始发表。考虑到只有少数几篇论文致力于该领域，这仍然不是研究的重点。但是至少由于两个原因，不应忽略交易费用。第一个问题涉及它们在工作量证明环境中维持安全激励措施的重要性。第二个原因与用户，矿工和协议本身之间的经济关系的本质有关，我们将在下面看到.

截止到今天，比特币的区块奖励足以使矿工的激励措施保持一致：他们赚到了足够的钱来维护一个安全的网络。但是，当块奖励趋于零时，或者正如我们将看到的那样，当网络具有大吞吐量时，交易费用的设计方法至关重要。我们在本文中提供了简要的文献综述，并且还描述了我们对有效交易市场的可能设计的看法。.

争夺区块空间和搭便车的风险

在比特币中，交易费用由用户设定。理论上，任何用户都可以将费用设置为零，因为如果其他人为他们的费用选择正值，则知道她的交易可能会延迟。的确，作为理性的代理人，矿工将始终优先考虑费用最高的交易。即将到来的区块中已验证但尚未处理（即已确认）的交易会放在称为“内存池”的“候诊室”中。由于每个区块的大小有限，因此用户争夺每个区块的空间（Huberman et al。，2017; Dimitri，2019），因此每个时间间隔的费用达到均衡价格。未处理的事务留在内存池中，等待矿工验证下一个区块.

但是，从交易费用的角度来看，类似比特币的区块链并非没有缺陷。首先，没有像在任何基于标准“先到先得”服务交付的普通排队系统中那样优先考虑交易（Aune等，2017）。用户通过提出高于平均交易费用的方式来宣传优先级。矿工通常只是选择宣传最高费用的交易。其次，费用可能太低而无法弥补采矿池所造成的损失，特别是当区块奖励趋于零时（Carlsten等人，2016; Huberman等人，2017）。按照同样的逻辑，对于网络的日常用户来说，费用可能太高了，无法完全弥补他或她的区块奖励损失（Easley等人，2019）。因此，当交易流入矿池的速度比矿工验证的速度快时，较小的块大小会在系统中造成高拥塞风险。等待时间导致网络拥塞，从而导致更高的费用.

一方面，网络的拥塞增加了矿工将其计算能力分配给该区块链上特定用户的动机，从而破坏了一致的安全性。另一方面，它在事务处理中造成延迟，这可能完全阻止某些用户使用网络。从长远来看，比特币可能需要高额的交易费用才能正常且安全地运行（Lavi et al。，2017），这种结果可能会破坏全球支付系统的目的.

在这种情况下，研究PoW网络交易费用背后的诱因可能对优化未来设计很重要。让用户选择自己的交易费用可能不是最佳解决方案。是否有一个平衡价格，这些费用足以确保网络的安全性，而不管当时从铸造新硬币中赚取多少矿工？在当前的PoW区块链中，答案显然是不。块大小限制了每个时间间隔可以处理的事务数量.

总而言之，为了避免出现典型的搭便车问题，不应允许用户私下设定自己的费用（Auer，2019年）。费用是单独设置的，而交易则被汇总到下一个区块中。这确保了该区块中所有交易的相同安全级别，而与单独收取的费用级别无关。简而言之，用户A具有“搭便车”的动机，即发布较低的费用，直到他或她的交易被包括在该区块中，从而背负广告较高交易费用的其他用户。直接的后果是，如果每个人都像用户A那样行事，则会降低交易系统的安全性，将交易费用降低到矿工确认交易不再具有经济可行性的地步。.

可能的解决方案和未来之路

我们可以通过以下方法解决大多数这些问题：1）具有比任何其他基于PoW区块链的网络更高的吞吐量，以及2）采用不同的交易费用方法，以充分利用网络效应。接下来我们要考虑第二点.

即使具有高吞吐量的分散式交易网络解决了可伸缩性难题，也带来了其他问题。在大多数争论改变PoW共识协议的论文中，拍卖理论被用来优化交易费用（Lavi等人，2017）。另一种方法是将费用与矿工确保的存储空间量联系起来（Chepurnoy et al。，2019）.

尽管这些解决方案可以在用户争夺块空间的环境中工作，但他们不太可能在我们的环境中工作。的确，如果要通过任何类型的拍卖选择费用，我们的网络处理大量交易的能力会将交易费用推向零。如果留给市场力量，用户将知道他们的交易将被处理，他们将集体选择趋向于零的最优费用，正如任何博弈论分析所暗示的那样。因此，需要排除拍卖式交易费用.

要考虑的另一点是跨网络效应的影响。该协议可以看作是满足全球交易供求的平台。矿工（即供应商）想要高额交易费，而用户则希望低额交易费。这种利益冲突不仅必须体现在价格上，而且还必须体现在价格结构中（罗切特 & Tirole，2006）[1]。在所谓的双面市场中，这是一个众所周知的问题。正如我们已经提到的，在比特币当前的设计中，用户或多或少可以自由决定自己的费用。在当前的系统中，利益是不统一的，因为用户将趋向于搭便车，从而对协议的整体安全性产生负面影响。我们认为，收费应遵循更基于市场的机制。价格函数会根据交易的供需而波动，而用户无需准备较低的费用，前提是他准备等待交易被处理.

在幕后，设置非常复杂，但实际上，它非常易于使用。为了更好地了解链上交易费用的价格结构，我们需要分析这些类型的网络的价格结构。在我们的案例中，我们在双向市场（Rochet）中遵循排队游戏（Kendall，1953； Bhat，2015） & 蒂罗尔（Tirole），2006年）。我们需要适当的价格结构，以激励网络上的用户和矿工.

正如已经论证的那样，拥塞应该比现有的PoW区块链上的拥塞要低。但是，即使吞吐量很大，也可能会发生一些拥塞，并且部分保留一些延迟成本（Huberman等人，2017）。同样，独立地，一个分片在理论上可以在其历史上的某个时刻过载。我们提出了一种基于市场的机制，以反映这些情况.

动态定价会调整交易费用，以响应供需波动。在网络拥塞的情况下，激增定价可以通过平滑需求曲线来解决一些经济问题（Cohen等人，2016）。该职能应确保以市场为基础的交易费用处理方法，在该方法中，为降低延迟成本而提高价格的做法起着核心作用。就像Uber中使用的系统一样，用户可以“提示”采矿池，从而表明他的延迟成本更高，并且希望尽快处理交易.

该框架将优化其用户的等待时间，同时保证矿工的最低费用，即使在块空间的竞争很低的情况下。换句话说，底价至少应涵盖矿工每笔交易的成本。这种经济学被Uber或Lyft之类的打车应用所使用，并被证明是非常有效的.

参考

Auer，R.（2019年）。除了加密货币“工作量证明”的世界末日经济学之外，BIS第765号工作文件.

Aune，R. T.，Krellenstein，A.，O’Hara，M., & Slama，O.（2017年）。区块链上的足迹：分布式分类帐中的交易和信息泄漏，《交易杂志》，第12（3）期，第5-13页.

Bhat，U.N.（2015）。排队简介

理论：应用程序中的建模和分析，Springer第二版.

Caillaud，B.和Jullien，B.（2003）。鸡 & Egg：中介服务提供商之间的竞争，兰德经济杂志，34（2）：309–28.

M.Carlsten，H.Kalodner，S.M.Weinberg和A.Naraayanan（2016）。关于没有整体奖励的比特币的不稳定性，2016年ACM SIGSAC计算机和通信安全会议的议事录– CCS’16.

Chepurnoy，A.，Kharin，V.，和Meshkov，D.（2019年）。 《加密货币费用的系统方法》，作者：A.Zohar，I.Eyal，V.Teague，J.Clark，A.Bracciali，F。 ，投票和WTSC，尼厄普特，库拉索岛，2018年3月2日，《柏林精选论文》：施普林格19-30.

Cohen，P.，Hahn，R.，Hall，J.，Levitt，S.和Metcalfe，R.（2016）。利用大数据估算消费者剩余：Uber案例​​，NBER工作文件第22627号.

Dimitri，N.（2019年）。交易费用，块大小限制和比特币拍卖。莱杰4.

Easley，D.，O’Hara，M.，Basu，S.（2019年）。从采矿到市场：比特币交易费用的演变。金融经济学杂志，第134卷（1），第91-109页.

侯伊（2014）。比特币交易费的经济学。 SSRN工作文件.

Huberman，G.，Leshno，J.和Moellemi，C.（2017年）。没有垄断者的垄断：比特币支付系统的经济分析，哥伦比亚大学商学院研究论文第17-92号.

肯德尔（D.G.） （1953），队列理论中发生的随机过程及其通过嵌入马尔可夫链的方法进行分析，《数理统计》（Annales of Mathematical Statistics），24（3），338-354.

拉维·拉维（Lavi，R.），萨塔斯（Sattath，O.）和佐哈尔（Zohar，A.）（2017年）。重新设计比特币的收费市场，arXiv：1709.08881

Rochet，J.C。和Tirole，J。（2006）。双向市场：进展报告，兰德经济学期刊，37（3）：645–67.

[1]交易费可以看作是一个双向市场，矿工的激励机制取决于用户对价格结构的反应。正如罗切特（Rochet）所说 & Tirole（2006）：“我们定义了一个双向市场，在该市场中，最终用户之间的交易量取决于结构，而不仅取决于平台所收取费用的总体水平。平台的使用或可变费用会影响双方在该平台上进行一次交易的意愿，从而影响潜在互动产生的净盈余；平台的会员资格或固定费用反过来限制了最终用户在平台上的存在。”我们希望最小化交易费用以吸引大多数用户，同时最大程度地提高矿工处理交易的速度，这需要高额的交易费用。它是典型的双面（Caillaud & 朱利安，2003年；罗切特 & Tirole，2006）定价设置。如果交易费用太高，用户进入其他网络的费用太低，矿工将不会立即进行交易。简而言之，我们需要设定价格以激励相反的行为，以内化跨界网络效应.

Vinod Manoharan是一位技术企业家，并且是该公司的创始人兼首席执行官 杰克斯多元化控股, 一家控股公司，其投资组合包括在线游戏公司，支付网关和区块链技术公司。 Manoharan还是其创始人 JAX网络, 乌克兰的一家科技创业公司，专注于区块链技术，更具体地说，解决了臭名昭著的区块链可扩展性难题.

特色图片：Shutterstock / Drop of Light