以太坊区块链交易费用机制设计

当最新区块的大小分别大于或小于目标区块大小时，向上或向下调整基本费用。EIP-1559规范[20]中提出的具体调整规则根据前一区块的基本费用R和规模R计算当前区块的基本费用R。从技术上讲，矿工也可以包括不愿意支付全部基本费用的交易，但随后必须动用区块奖励来弥补差异。我们在这份报告中忽略了这个细节。在经济学文献中，这种依赖需求的价格调整被称为“t^atonnement”（法语中的“摸索”）。更一般地说，EIP-1559由目标区块大小参数化，该目标区块大小由矿工随时间调整（就像现在的最大区块大小一样）。具体而言，在本报告中，我们假设目标区块大小为12.5M天然气，即当前的最大区块大小。可变区块大小提供的灵活性还可以减少均衡交易费用的差异，以及一些用户经历的延迟；见第3.2节。公式，当e StarGet表示目标块大小时：rcur:=rpred·1+·spred- stargetstarget. （2） 例如，在一个最大大小的区块（即两倍于targetsize）之后，基础费用增加12.5%，在一个空区块之后，基础费用减少12.5%。

一个最大大小的区块后跟一个空区块（反之亦然），基本费用为·=≈ 其先前价值的98.4%。如果基本费用被烧掉而不是交给矿工，那么矿工们为什么要费心在他们的区块中包含任何交易呢？此外，如果有大量交易（超过2500万天然气价值）愿意支付当前的基本费用，会发生什么？2.3.3提示EIP-1559中提出的交易费用机制解决了前两个问题，允许交易的发起人指定一个tip，该tip将在基本费用的基础上支付，并转移给包含该交易的区块的采矿人（如在首次价格拍卖中）。小提示应足以激励矿工在需求稳定期间进行交易，因为当前区块中有空间容纳所有愿意支付基本费用的未完成交易。大提示可用于鼓励对反应进行特殊处理，例如在区块内进行特定定位，或在突然出现需求时立即将其包含在区块内。EIP-1559：关键想法（续）6。现在的交易包括小费和费用上限，而不是单一的天然气价格。只有当交易的费用上限至少是区块的基本费用时，交易才会包含在区块中。7.谁支付什么？如果具有小费δ、费用上限c和气体限制g的交易包含在具有基本费用r的区块中，交易创建者支付s g·min{r+δ，c}ETH。8.谁得到付款？来自基本费用（即g·r）的收入被烧掉，剩下的收入（g·min{δ，c- r} ）被转移到块的中间层。例如，考虑一个具有基础费用100的块（以每单位气体为单位）。如果区块的矿工包括tip 4和费用上限为200的交易，该交易的创造者将支付每单位104 GWEI的天然气（其中100%燃烧，其中4%归矿工所有）。

包含小费10和费用上限105的交易将为每un it天然气支付105 gwei（其中100 gwei为Burned，其中5 gwei归矿工所有）。使用tipδ和费用上限c进行交易的用户，每单位天然气最多支付c gwei，并且只要当前基本费用较小（即低于c- δ). 开采区块的矿工肯定会从其选择的交易中获得全部收入。因此，人们可能期望一个典型的采矿者包括所有费用上限大于基本费用的交易。如果此类运输消耗的总天然气超过最大值，为简单起见，我们会忽略数字细节，例如将基本费用四舍五入为整数。另请参见第3.2.2节中的表1，了解此更新规则的更复杂示例，Monnot[43]用于详细模拟，Filecoin[4]用于最近的部署。如果区块规模为2500万天然气，人们可能会期望该矿商将其区块填满，贪婪地优先处理具有最高小费的突出交易。2.4关于EIP-1559的非正式辩论EIP-1559中的新想法数量可能是压倒性的。为什么在ce上有这么多变化？这些变化中有一个需要其余的吗？接下来，我们将概述EIP-1559的一种叙事方式，即为什么它可能需要或多或少地保持原样，因为它的目标是让用户的费用估算比现状更容易。本报告的其余部分将对该报告进行专题研究，并探索一些替代设计。为什么EIP-1559看起来像这样（非正式论证）1。首次价格拍卖对用户来说是一个挑战，因为用户的最高天然气价格取决于其他用户在同一时间提供的天然气价格。2.其他常见的拍卖设计，其中收取的价格取决于包含的交易集，例如第二价格（a.k.a。

（Vickrey）拍卖很容易被矿工通过虚假交易操纵。3.简单的费用估算，在这种估算中，用户不会被迫对其他用户的行为进行推理，因此似乎需要一个基本费用——一个独立于当前区块中包含的交易的价格。4.理想的基本费用将产生具有最高价值交易的区块。随着时间的推移，需求会发生变化，因此基本费用必须以实物支付。5.区块的基本费用收入必须烧掉或以其他方式从区块的采矿者那里扣缴，否则采矿者可能会与链条上的用户串通，无成本地模拟首价拍卖。6.由于需求未记录在链上，因此必须使用链上代理（如可变块大小）来调整基本费用。7.需要提供提示，以阻止矿工发布空区块。8.提示应该由用户指定，而不是硬编码到协议中，这样高价值的交易可以在潜在的需求高峰期间被识别和容纳。9.燃烧任何一部分矿粉都会推动矿粉市场的链条，而这些矿粉也可能会全部转移给区块的矿工。3以太坊交易市场本节不再讨论具体机制，而是关注以太坊m区块链中的基本供需力量。第3.1节定义了“市场清算结果”，并将其作为交易费用机制的理想结果。第3.20 50 100 150 200节价格（单位天然气的gwei）0.51.52.5区块规模图1：一个线性需求曲线示例，b=30M，d=150K。

例如，在天然气价格为0的情况下，需要3000万天然气；在200 gwei的天然气价格下，零需求；12个月的需求。以116gwei的价格出售500万吨天然气。强调在需求或EVM计算明显超出其供应的时期，任何机制都不能保证低交易费用，并说明EIP-1559可能会对高交易费用产生影响。3.1市场清算价格和结果以太坊区块中1250万种可用天然气是一种稀缺资源，在完美的世界中，应将其分配给从中获得最大价值的交易。我们可以使用需求曲线来确定这一点，这是一个递减函数，具体说明了用户在给定天然气价格下的总需求量。例如，线性需求曲线的形式为d（p）=max{0，b- ap}，其中p表示天然气价格，a，b≥ 0是非负常数（图1）。市场结算价格是总需求量等于可用供应量（即1250万天然气）的价格。例如，在图1中，市场清算pr ice为116gwei。如果价格为0的需求小于供应，我们将市场结算价格定义为0。市场结算价格是区块的理想天然气价格。假设这样的价格是p*从天上神奇地坠落，并成为所有用户的共识，因为联合国认识到，当前区块的所有固定交易都将支付p*每单位气体。

由此产生的ou tcome市场清算结果表明，用户最愿意支付至少p*每单位汽油将选择将其交易包括在内，而支付意愿较低的人则选择退出。最终结果如何？1250万天然气的供应将得到充分利用（因为p*是一个明确的市场价格），此外，还将精确分配给价值最高的交易（为了简化分析，在本报告中，我们假设需求是外生的，与交易费用机制的选择或行为无关）。Houy[34]和Rizun[52]使用类似的形式主义来解释区块链交易费用市场。Monnot[43,45]在EIP-1559模拟和Easley等人的研究中，对更丰富的需求模型进行了研究，其中未决交易从一个区块持续到下一个区块。[25]和Huberman等人[35]对比特币的交易费用机制进行了经济分析。支付至少p的汽油价格*).换句话说，市场清算结果最大化了当前区块的价值，但受制于1250万天然气的供应限制。因此，我们采用市场清算结果作为交易费用机制最理想的结果。交易费用机制的理想结果每个区块都被价值最高的交易充分利用，所有交易支付的天然气价格都等于市场结算价格。无论是现状还是EIP-1559交易费用机制都可以被视为是在努力实现这一理想的市场清算结果。在最低价拍卖中，用户预计会估计当前的市场结算价格，并据此出价。

在EIP-1559机制中，协议不断调整基本费用，以寻求市场清算价格。备注3.1（收入是一种必要的罪恶）市场结算价格的目的是区分高价值和低价值交易，以便以最有价值的方式分配以太坊区块的稀缺资源。收入是在市场清算结果中产生的（前提是供应约束具有约束力），但仅作为服务于经济效率的一种效果。收入最大化价格通常高于市场清算价格，在第7节“串通矿工可能的攻击”的讨论中起着重要作用。备注3.2（非零边际成本）之前对市场清算结果的定义假设矿商在其b锁中包含额外交易的边际成本为0（或+∞, 如果将交易包括在内，将违反1250万英镑（天然气）的上限。实际上，每一笔交易都会给矿工带来很小的边际成本；例如，一个因素是，区块从主链孤立的概率（即“叔叔率”）随着区块大小的增加而增加[24]。如果矿工的总体边际成本是每单位天然气的ugwei，那么u在更一般的市场清算价格和结果定义中扮演着0的角色。也就是说，如果需求价格为u，最多供应1250万天然气，则市场结算价格为u；在相应的结果中，所有愿意支付至少u天然气价格的交易都包括在区块中。3.2 EIP-1559是否会降低交易费用？以太坊社区有理由担心过高的交易费用排挤了以太坊区块链除最有利可图外的所有用途（如DeFi arb itrage Opportunities）。没有任何交易费用机制可以解决这个问题。

本节阐明了采用EI P-1559.3.2.1中提出的交易费用机制应该和不应该对交易费用产生的影响。首先，无论采用何种机制，在需求相对稳定的时期，实际交易费用都不可能显著低于市场结算价格。如果费用低于这个标准，或者供应限制没有约束力（因此p*= 0），包括所有交易记录。或者，u是矿工愿意接受的每单位天然气的最小补偿，包括一次开采。在价格方面，天然气的需求将超过供应，导致一些价值较低的交易取代价值较高的交易。例如，根据图1中的需求曲线，如果典型f ees降至每单位天然气100 gwei，则需求量将为15万立方米天然气。价值250万天然气的排除交易将不可避免地包括一些创造者愿意支付的价格至少为116gwei的市场清算价格。应期望Such用户提高交易费用，并通过交易费用机制（例如，通过在首个价格拍卖中提高交易的天然气价格）或通过与矿工达成附带协议来保证交易的完整性。但是，如果市场清算价格已经高到令人无法接受的程度，该怎么办？降低市场结算价格的唯一方法是增加供应或减少需求（图2）——通常不在机制设计范围内的行为。可扩展性与。

机制设计通过增加供给或减少需求来降低市场结算价格从根本上说是一个可扩展性问题，而不是机制设计问题。例如，典型的第一层扩展解决方案，如分片，区块链的不同部分并行运行，增加了交易吞吐量，因此降低了市场清算价格。典型的第二层扩展解决方案，如支付渠道和汇总，有效地将一些交易转移到不同的交易链上，减少了对EVM计算的需求，同样也降低了市场清算价格。展望不久的将来，良好的扩展解决方案将是控制交易费用的关键，更广泛地说，对于鼓励以太网络的发展至关重要。0 50 100 150 200价格（单位天然气的gwei）0.51.52.5区块大小（a）增加供应0 50 100 150 200价格（单位天然气的gwei）区块大小（b）减少需求图2：在图1的示例中，将供应量增加一倍（如（a）所示）或将需求减半（如（b）所示）将市场结算价格从116gwei降至33gwei。3.2.2 EIP-1559的两个潜在好处EIP-1559中提出的交易费用机制有可能以两种不同的方式部分缓解高昂的交易费用。首先，在需求相对稳定的时期，用户可以第1期第2期第3期第4期第5期第6期第7期第8期需求低-高-高-低M-C价格（12.5M）33.33116.67116.67116.67116.6733.33EIP-1559基本费用33.3333.3337.541.9546.6551.5556.5961.69EIP-1559区块大小12.5M 24.38M 23.71M 23M 22.27M 21.51M 10.37m表1：EIP-1559基本费用调整规则的一个例子行动“低”需求指需求曲线D（p）=15000000- 75000p，如图2（b）所示；“高”指需求曲线（p）=30000000- 150000p如图1所示。

（此处“需求”是指所有费用上限为p或以上的待决交易消耗的总天然气。）第二行显示了当供应量固定在1250万天然气时，每个需求曲线的市场结算价格。第三行和第四行显示了EIP-1559机制下基本费用和区块规模的联合演变，假设基本费用与第1期的市场清算价格相匹配，并且所有用户提交了可忽略的交易价格。采用基准费用作为市场结算价格的已知提前代理；与今天的首价拍卖相比，这应该会减少猜测，并导致超额支付。另见第4.1节的讨论。第二，在需求不稳定的时期，EIP-1559中提出的机制可以通过利用可变的区块大小来减少用户体验到的交易费用差异，从不久的将来借用容量，以便在需要时使用。块大小的灵活性可以减少这段时间内的最大事务费（以及一些用户所经历的延迟）。例3.3（EIP-1559的轨迹）考虑了EIP-1559机制的轨迹，详见表1和图3。在这个例子中，我们假设tips是不可忽略的，并且当且仅当一笔交易的费用上限至少是当前的基本费用时，它才包含在一个区块中。第一阶段代表着长期稳定需求的结束，在此期间，基准价格收敛于目标区块规模（1250万天然气）的市场结算价格。在接下来的六个时期里，需求翻了一番。在1250万天然气固定供应的情况下，市场结算价格在第1阶段后从33%飙升至116%，在第7阶段后又回升至33%。