比特币交易手续费设计探讨

你可能知道比特币的共识机制是可以重新设计的。 Vitalik Buterin 提出了“Proof of Work”PoW“Proof of Equity”PoS 的替代方案比特币交易需要手续费吗，但你可能没有想到比特币交易费用也可以重新设计。 用户希望自己的交易在链上得到验证，矿工通过打包交易获得收益，这就是所谓的“挖矿”。

事实上，矿工的收入来自两部分：区块奖励和本区块所有交易的交易手续费。 比特币的区块奖励每四年减半，从最初的 50 BTC 减为现在的 12.5 BTC。 到2140年，比特币发行总量将接近2100万枚的上限。 届时区块将不再产生比特币奖励，比特币将在用户间流通，矿工的收入来源将完全依赖于交易手续费。 要知道“区块链很好用，安全稳定靠矿工”，怎么用交易手续费留住矿工？

一言以蔽之，目前的交易手续费机制是“价高者得，价高者得”。 乍一看，这个机制很自然，很像“一价拍卖”。 但这与我们在影视剧中经常看到的“一价公开拍卖”（也叫“英式拍卖”）有一个类似的问题，那就是极易受到他人报价的影响。 当我们看到别人支付了多少交易费用时，我们会考虑足以打包成一个区块的最低费用（出价阴影）。 还有一个问题是，比特币扩容之后或者比特币很冷的时候，可能会出现“车票充足”，一些想上链的“乘客”可能“一无所获”，可以“搭便车”，不用手续费，因为矿工会尽可能“出卖”，所以赚不到多少钱。

针对这一问题，以色列的三位学者提出了垄断价格机制。 他们认为“卖的票越多越好”。 交易被打包，所有交易被打包成区块的用户都被收取相同数量的手续费。 手续费的定价是这些用户中出价最低的，然后用总收益来决定“卖多少票”。 例如，车厢至少有3个座位，正好有3位乘客分别出价3元、2元、1元，则选择1位乘客的利润为3元，选择2位乘客的利润是2×2=4元，选择3位乘客的利润是3×1=3元，所以出价1元的乘客被拒之门外，他不得不付出更高的代价。 这种机制可以保证高收益，但无法避免出价阴影。 例如，车内至少有5个座位。 本来，5位乘客打算出价1元。 这样，5位乘客全部交1元钱上车。 这时，如果一位乘客故意出价9毛钱（0.9元人民币），不仅5名乘客都可以上车，而且他们都只需支付9毛钱。 不过姚先生后来证明，这种机制下的竞价阴影并不严重。

这种机制的另一个问题是多重策略投标攻击。 部分用户可能会有将自己的交易一分为二的动机，即“买两张票，让别人没车”。 例如，原本只有4位乘客，分别出价4.5元、2元、1元、1元，则选择1位乘客获利最高，为4.5元。 出价2元的乘客谢子子不愿上车，打算买两张车票，每人出价1元。 1元。 这时，四位乘客都可以上车了。 蟹仔仔虽然还是付了2块钱，但还是可以上车的。 她很高兴。

有没有什么机制可以保证用户真实（即避免bid shading），防止多重策略bid攻击，保证收益可观？ 我试图从电子商品拍卖的研究中寻找答案。 一个区块中的多个位置就像一个商品的多个副本，比如一部电影的多个资产。 不同的是，在比特币交易手续费市场中，作为拍卖人的矿工可以随意增加或删除用户的出价，用户也可以拆分出价。

我考虑把2006年陆品言等人提出的一个机制放到比特币交易手续费市场上，这个机制结合了VCG机制和底价机制。 前者保证真实，后者保证收益。 如果我们假设用户是热切的（在以色列学者的论文中，为了讨论的方便，他们做出了这个假设，耐心用户的情况是开放的），也就是说，用户在这个时间里是热衷于上网的圆形的。 链，这种机制也可以防止多重策略出价攻击。

对该机制的简单描述是，如果有c个空位，乘客按出价从高到低排序，那么以一定的概率，前c位“乘客”可以“上车”，每人支付的价格为第 c+1 位乘客。 bid，以剩余的概率，按照给定的分布取一个底价r（r至少是第c+1位乘客的出价），前c位“乘客”中高于r的可以“上车”公交车”。 人们支付 r。

但是，这种机制也存在缺陷，即矿工可能有动机冒充用户提交虚假交易以赚取更多收益。 第一个用户将支付接近第 c 个用户的出价，因此矿工赚得更多。

但是，考虑比特币区块链的安全性是一回事，是否实用或流行又是另一回事。 虽然一方面比特币交易需要手续费吗，我们需要保证矿工的收入来激励他们验证交易，从而维护比特币区块链的完整性。 稳定，但是另一方面，我们是不是也需要降低用户的进入门槛，留住用户，让比特币一直在流通，让这个社区一直活跃。 既有“江岸”，也有“长治”。 如果我们不再把比特币当成一种货币，而是当成一种商品，那么或许在比特币交易手续费市场的设计上加入一些电商的促销模式也是一个可行的方案，比如提交大量交易的用户就可以随机降低交易费用（或随机获得“插队”的机会）。 无论如何，以色列的三位学者为我们打开了一扇大门，让我们思考更好的比特币交易手续费设计应该是怎样的。

参考：

[1] AV Goldberg、JD Hartline、AR Karlin、M. Saks 和 A. Wright。 竞争性拍卖。 游戏与经济行为，55(2):242–269, 2006。

[2] R. Lavi、O. Sattath 和 A. Zohar。 重新设计比特币的费用市场。 arXiv 预印本 arXiv:1709.08881, 2017。

[3] P. Lu, S.-H. 腾和 C. Yu。 具有最佳利润的真实拍卖。 国际互联网和网络经济学研讨会，第 27-36 页。 施普林格，2006 年。

[4] RB迈尔森。 最优拍卖设计。 运筹学数学，6（1）：58-73，1981。

[5] S.中本聪。 比特币：一种点对点的电子现金系统。 2008.

[6] AC-C。 瑶。 一些比特币费用设计的激励分析。 arXiv 预印本 arXiv:1811.02351, 2018。