以太坊区块链交易费用机制设计

在EIP-1559机制中，该机制对目标区块规模的当前市场结算价格的猜测基础费缓慢但肯定地增加，超过目标区块的基础费会吸收沿途的过剩需求。一旦需求恢复到原来的水平，区块的规模将小于目标，因为该机制的基本费用缓慢，但肯定会降低到新市场结算价格。在本例中，61.69（第8期）的最高基本费用仅为1250万天然气固定区块（第2-7期为116个）的最高市场结算价格的53%。4 EIP-1559的目的：简易费用估算4。1.费用估算问题无论是否使用EIP-1559，只要EVM计算的需求远远超过其供应，交易费用就会很高（第3.2节）。那么这个提议的目的是什么呢？为了使交易费用更具可预测性，从而使费用估算问题成为尽可能简单地为交易选择最佳天然气价格的问题。1 2 3 4 5 6 7 8 EIP-1559（a）价格比较1 2 3 4 5 6 7 8 EIP-1559（b）区块规模比较1 2 3 4 5 6 7 8周期现状区块规模图3：表1中详细说明的示例，是现状和EIP-1559下价格和区块规模的比较。在随后的时期，EIP-1559的基础费用和区块规模分别逐渐恢复到33gwei和1250万天然气。以太坊的用户似乎经常为EVM计算支付过高的费用，从而导致天然气价格明显高于市场结算价格[3]。部分问题可能是由于钱包中的密码或费用估算算法，这可能会随着时间的推移而改善（例如，在比特币的类似背景下，参见[39,48]）。

但问题的一部分是基金对首价拍卖至关重要，解决这一问题需要对交易费用机制进行重大改革。EIP-1559：通过简易费用估算改善用户体验本报告假设EIP-1559的主要目的是改善以太eum用户的“用户体验（UX）”，并通过尽可能简化费用估算问题来具体实现。EIP-1559还带来了许多其他好处（见第9.1节），在本报告中，这些好处被视为拟议用户体验改进的副产品。4.2拍卖与标价机制EIP-1559在多大程度上实现了“更好的用户体验”的目标？“用户体验”是一个模糊的术语，在回答这个问题之前，必须对其进行数学定义。定义5.21展示了我们对“良好用户体验”的形式化，其直观性很简单：在亚马逊上购物比在竞争激烈的房地产市场上买房容易得多。奥纳马松，你不需要有战略眼光，也不需要怀疑自己；你要么愿意为列出的产品支付标价，要么不愿意。其结果在经济上是有效的，因为人们早就知道，在首价拍卖中的所有出价都是一个难题；参见例[22]。这一观点似乎与EIP-1559的最初动机一致。Buterin[19]写道：“我们的目标是阻止开发复杂的矿工策略和复杂的交易发送者策略，包括复杂的客户端计算和经济建模以及各种形式的共谋。”购买产品的用户比不购买产品的用户更愿意为其支付费用。当你想买一套房子并与其他潜在买家竞争时，你必须仔细考虑给卖家的价格。

不管你有多聪明，事后看来，你可能会后悔，要么是因为你出价过低，出价过高，或者是因为你出价过高，出价超出了你需要支付的价格。房子不需要卖给愿意支付最多价格的潜在买家（如果买家过于激进地降低出价），这是经济效率的损失。在以太坊（Ethereum）的首价拍卖中竞价就像买房子一样。估计交易的最佳天然气价格需要对为交易选择的天然气价格进行有根据的猜测。从用户的角度来看，任何出价最终都可能看起来太高或太低。从社会角度来看，低价竞标的交易可能会取代高价竞标的交易。我们是否可以重新设计以太坊的交易费用机制，让交易价格的设定更像是在亚马逊上购物？理想的情况是一种公布价格机制，这意味着一种机制，即为每个用户提供一个“接受或不接受”的天然气价格，以便纳入下一个区块。我们将在第6.3节中看到，EIP-1559中提出的交易费用机制与标价机制类似，除非需求大幅突然增加（定理6.8）。5激励相容的交易费用机制这一节将交易费用机制的三种博弈论保证形式化。首先，应激励矿工按计划执行该机制，并强烈阻止其进行虚假交易（第5.3节）。其次，对于交易的创造者来说，指定的最佳天然气价格应该是显而易见的（第5.4节）。最后，矿工和用户不应通过转移支付链来串通并严格提高其效用（第5.5节）。

第5.1节和第5.2节规定了正式陈述这三个定义所需的符号和语言。本节和下一节的重点是在单个区块的时间尺度上对矿工和用户的激励，以及在这个时间尺度上可以执行的两种重要类型的攻击（插入虚假交易，以及矿工和用户之间的有效链协议）。第7节讨论了在较长时间尺度上的激励和攻击。5.1供应侧的基本模型，G表示天然气区块的最大尺寸m（例如，现状下为12.5M的天然气或EIP-1559下为25M的天然气），以及u≥ 0矿工的天然气边际成本（见Remark 3.2）。为了简单起见，我们假设u对于所有矿工和用户之间的共同知识是相同的。在需求端，让M在创建cu rrent块时记录mempool中的事务集。我们将三个参数与每个事务关联∈ M：等价地，u是当最大区块大小不是约束条件时，利润最大化采矿者愿意接受的最低天然气价格，以交换交易包含。定义5.13给出了“利润最大化矿工”的正式定义。Buterin[1]的计算表明，在撰写本文时，u约为0.4–3.3 gwei。在ETH 2.0这样的区块链中，参数u可能更小气体中的气体限值每单位天然气的vtin gwei值每单位天然气的投标价格为btin gwei。气体限值是执行交易所需的气体量。该值是trans action的创建者在当前区块执行trans action时愿意支付的最高价格。出价相当于创造者实际支付的天然气价格，通常低于（或高于）价格。

在首次公共ice拍卖中，出价与交易规定的价格相对应。在EIP-1559中提出的交易费用机制中，BID对应于费用上限的最小值以及基本费用和tip的总和（第2.3节符号中的最小值{r+δ，c}）。我们认为气体的极限和值是不可改变的；相比之下，出价由交易的创建者控制。确认交易的天然气限额和出价记录在链上；交易的价值只有其创建者知道。5.2分配、支付和烧录规则A交易费用机制决定哪些交易应包含在当前区块中，这些交易的创建者必须支付多少，以及他们的支付对象。这些决策由三个函数形式化：分配规则、支付规则和燃烧规则。5.2.1分配规则我们使用B，B，Bk-1表示当前最长链中的块序列（带有Bthergenesis块和Bk-1最新数据块）和M内存池中的待处理事务。通常，粗体类型（如x）将表示向量，正则类型（如xt）将表示其组件之一。定义5.1（分配规则）分配规则是一个向量值函数x，来自onchain历史B，B，Bk-1和mempool M的值为0-1 xt（B，B，…，Bk-1，M）对于每个交易t∈ Mxt（B，B，…，Bk）的值为1-1，M）表示传输t包含在当前块Bk中；值为0表示其排除。我们有时写Bk=x（B，B，…，Bk）-1，M），理解为bk是一组事务t，其中xt（B，B。

，Bk-1，M）=1。我们只考虑可行的分配规则，即分配规则，它尊重最大块大小G.De席Niston 5.2（可行分配规则），如果每个可能的历史B，B，…席，分配规则X是可行的。Bk-1和mempool M，Xt∈管理·xt（B，B，…，Bk）-1米）≤ G.（3）如果一组事务都可以打包在一个块中，我们称其为可行的：Pt∈Tgt≤ G、 我们假设th的值与区块中的位置无关，忽略了旨在确保区块中第一个位置的前跑机器人（参见[23，53]）。备注5.3（矿商控制分配）虽然交易费用机制的设计通常考虑了特定的分配规则，但重要的是要记住，矿商最终对其开采的区块拥有独裁控制权。例5.4（一价拍卖分配规则）一价拍卖中的（预期）分配规则包括未完成交易的一个可行子集，该子集最大化天然气加权出价的总和，减去天然气成本。也就是说，xft被分配0-1个值给MaximizeExt∈Mxft（B，B，…，Bk）-1.M）·英国电信- u）·gt，（4）根据第（3）款。5.2.2付款和燃烧规则付款规则规定了矿工从包含的交易中获得的收入。定义5.5（支付规则）支付规则是当前链上历史记录B、B、…、，Bk-1将包含在当前块中的事务Bk转换为非负数RPT（B，B，…，Bk-1，Bk）对于每个包含的交易t∈ Bk.pt（B，B，…）的值。

，Bk-1，Bk）表示包含的交易的创建者支付的款项∈ Bk至Bk区块的矿工（以太，单位天然气）。例如，在首价拍卖中，胜利者始终支付其出价（每单位天然气），无论区块链历史记录和其他包含的交易如何。例5.6（首价拍卖付款规则）在首价拍卖中，pft（B，B，…，Bk）-1，Bk）=B对于所有B，B，BKT∈ Bk.最后，焚烧规则规定了每个包含交易的ETH焚烧或同等返还给持有人的ETH金额。定义5.7（燃烧规则）燃烧规则是当前链上历史B、B、…、，Bk-1将当前块中包含的事务转换为非负数qt（B，B，…，Bk-1，Bk）对于每个包含的交易t∈ qt（B，B，…，Bk）的值-1，Bk）表示所包含交易的创建者燃烧的ETH量（每单位气体）∈ Bk.示例5.8（第一价格拍卖燃烧规则）现状第一价格拍卖燃烧无费用，soqft（B，B，…，Bk）-1，Bk）=0对于所有B，B，BKT∈ Bk.备注5.9（协议控制付款和烧钱）矿工不控制付款或烧钱规则，除非其控制分配，即Bk中包含的交易。如果有分配选择，则协议完全规定了付款和烧钱。（不过，矿商可能会寻求连锁支付；见第5.5节。）备注5.10（Mempool依赖性）分配规则x取决于Mempool M，因为矿工可以根据一整套未完成的交易做出分配决策。支付和燃烧规则必须可以从链上信息B，B。

，Bk，尤其不能依赖于当前Bk区块中排除的M的未完成交易。5.2.3交易费机制通常，交易费机制由其分配、支付和焚烧规则规定。定义5.11（交易费用机制（TFM））交易费用机制（TFM）是三重（x，p，q），其中x是可行的分配规则，p是支付规则，q是燃烧规则。例如，一价拍卖在数学上由三重（xf，pf，qf）编码，其中xf是收入最大化分配规则（例5.4），PFI是按出价支付规则（例5.6），qf是全零燃烧规则（例5.8）。最后，我们只考虑个别理性MeCH ISMS，这意味着TFMS不能强迫用户支付比他们声明的支付意愿更多。定义5.12（个体理性）TFM（x，p，q）是个体理性的，如果对于每个历史B，B，Bk，pt（B，B，…，Bk）+qt（B，B，…，Bk）|{z}t的创造者支付的天然气总价格≤ 每笔交易的BTT∈ Bk.5.3激励相容性（短视矿工）本节从矿工的直觉角度正式说明了TFM在理论上是合理的博弈意味着什么，即激励矿工实施预期的分配规则，并阻止其包括虚假交易。提醒一下，我们目前的重点是单个区块的时间尺度的概念，第7.5.3.1节近视矿工实用功能中讨论了更长的时间尺度。除了选择分配（备注5.3），我们假设矿工可以无成本地向mempool添加任意数量的假交易（具有任意的气体限制和出价）。

如果一个矿商的效用意味着其最大化的数量等于其当前区块的净收入，我们称之为近视。我们忽略了区块奖励（目前为2 ETH），因为它独立于矿工的行为，因此与本节和下一节中的单区块博弈理论分析无关。当然，区块奖励确实会影响以太坊区块链的安全性（例如[10,14]）。定义5.13（近视矿工效用函数），用于TFM（x，p，q），链上历史记录B，B，Bk-1、mempool M、假交易F和choice Bk M∪ F包括交易（真实和虚假），近视矿工isu的效用（F，Bk）：=Xt∈Bk∩Mpt（B，B，…，Bk）·gt{z}矿工收入-Xt∈Bk∩Fqt（B，B，…，Bk）·gt |{z}因矿工的虚假交易而被烧掉- uXt∈Bkgt{z}天然气成本。（5） 第一项仅包括真实交易的金额，而对于虚假交易，则由矿工支付给自己。第二个条款只涉及到利润，至于不动产交易，利润由创造者（而非矿工）支付。在（5）中，我们强调了效用函数对矿工直接控制的两个参数的依赖性，即虚假交易F和包含（真实和虚假）交易Bk的选择。5.3.2激励-近视矿工的兼容性交易费用机制通常在设计时考虑了特定的分配规则（备注5.3），但矿工真的会实施吗？定义5.14（近视矿工激励相容性（MMIC））TFM（x，p，q）是近视矿工激励相容性（MMIC），前提是，对于链上的每个历史记录B，B，Bk-1和mempool M，近视矿工通过不创建虚假的反作用（即设置F=) 并遵循分配ru le x的建议（即设置Bk=x（B，B，…）。

，Bk-1，M）。示例5.15（第一价格拍卖为MMIC）现状第一价格拍卖（xf、pf、qf）为MMIC。因为qf是全零函数（例5.8），所以（5）中的第二项为零。因为付款等于出价（例5.6），miner utility等于分配规则xf（例5.4）最大化的完全相同的数量（4）。因此，通过遵循分配规则并设置Bk=xf（B，B，…，Bk），近视矿工效用最大化-1.M）。例5.16（Vickrey（Second Price）拍卖不是MMIC）Vickrey（又称secondprice）拍卖在传统拍卖理论中与一价拍卖一样发挥着核心作用。他们的名气在于，假设拍卖是由可信的第三方实施的，那么真实的出价（即，将一个人的出价设置为等于一个人的价值）是一种主导策略，这意味着无论其他出价者做什么，它都能最大限度地提高出价者的可用性。这个属性听起来确实像“简单的费用估算”，所以为什么不把它用作TFM呢？不幸的是，Vickrey拍卖可以通过虚假交易进行操纵，因此无法实现MMIC。例如，考虑一组TR，所有的气体都有相同的气体限制，一个块有三个空间。在这种情况下，Vickrey拍卖会规定包括出价最高的三笔交易，并向每一笔交易（每单位天然气）收取最低的价格。现在想象一下，前三名分别是10、8和3。如果矿工诚实地执行aVickrey拍卖，其收入将为3×3=9。