摘要：我们评估了新的以太坊交易费用机制 EIP-1559 背后的理论。在新的模式下，交易费用有两个要素，一个是燃烧的基本费用，另一个是分配给区块生产者的小费。基本费用由分配给用户的稀缺区块空间决定，而小费可以由其他费用市场考虑因素来决定，如防止交易被审查。因此，EIP-1559 在一定程度上消除了交易需求和激励共识代理之间的联系，这可以提高网络的稳定性。新机制会改善用户体验，确保用户更准确地知道他们需要提前支付什么交易费用。最后我们认为，只要稀缺的区块空间仍然是费用的最主要驱动因素，EIP-1559 就应该改善用户体验。另一方面，如果其他因素开始驱动费用市场，EIP-1559 的一些优势可能会丧失，升级也可能会导致更高的交易费用。
交易费用概览
在评估 EIP-1559 等新的交易费提案时，考虑比特币或以太坊等区块链网络的交易费目的很重要。交易费有各种不同的潜在原因。在下面的表格中（图 1），我们提出了我们认为可能需要交易费的潜在原因的完整清单。我们正是利用这个框架来评估 EIP-1559。应该注意的是，EIP-1559 目前在以太坊上并不活跃，预计将在下一次硬分叉升级时被激活。
图 1 – 区块链交易费用的依据
| # | 组成部分 | 解释 |
| 1 | 有限区块空间的分配 | 大多数区块链对可用的区块空间有一个任意的限制，由协议规定。这确保了验证成本保持在足够低的水平，以使普通用户能够负担得起完全验证链和执行协议规则。其概念是，区块空间是一种由交易费市场分配的稀缺资源，这确保了从区块链中获得最高效用的用户是使用它的人，因为他们对每单位区块空间出价最高。 |
| 2 | 激励达成共识的代理人（矿工或质押者） | 分布式区块链需要共识代理来生成区块，然后在其基础上进行建设。对于确保网络具有抵御试图重新构建链的第三方攻击者的弹性来说，这必然是一个昂贵的过程，这些共识代理（矿工或质押者）需要激励，以确保他们为这个过程分配大量的资源，并愿意支付任何成本。交易费通常被用来资助这个。这一部分有点独特，因为这里的利益是整个网络共享的，而不是完全归于参与交易的实体。这可能会产生潜在的问题。在某些方面，EIP-1559 可以说是解决，或者说是利用了这个问题。 |
| 3 | 抗审查性 | 如果矿工或共识代理人受到监管机构的压力，或者他们出于任何其他原因希望排除交易，那么他们可以排除某些交易。交易费可以提供机会成本，如果排除交易，则必须承担该机会成本 |
| 4 | 打包交易的区块生产者的成本 | 矿工或区块生产者要承担打包每笔交易的边际成本，即一个稍大的区块被广播的额外孤儿/叔叔区块风险。这个成本被认为是相当低的，但是仍然需要交易费来补偿区块生产者的这个成本。 |
| 5 | 出价超过任何冲突/竞争性的交易 | 交易可能会相互竞争以第一个进入区块。例如，在比特币中，这可能是一个 0 确认的双花尝试，或者在以太坊的 Defi 中，这可能是一个试图在去中心化交易所的竞争委托之前。这些竞争或冲突的交易可能包括高额费用，以试图彼此竞价。在以太坊中，有一种努力来缓解这个问题，称为 Flashbots 。 |
到目前为止，在比特币和以太坊的大部分历史中，交易费用的最主要驱动因素是上表中的第 1 部分，将稀缺的区块空间分配给出价最高的人。最近，第 5 部分在以太坊中变得有些相关，因为 Defi 用户经常试图出价超过竞争的交易，然而这与以太坊的整体燃料限制的影响相比，其重要性仍然相形见绌。为了简单起见，在本报告的其余部分，我们将第 3、4 和 5 部分放在一起，并称之为 “抗审查性”。在考虑 EIP-1559 中的激励措施时，这三个组成部分的动态是相当相似的。在本报告中，我们将使用一个理论框架来评估 EIP-1559 ，而不考虑以太坊主网上的实际数据。
一个值得注意的方面是，交易费可以同时支付上述多个组成部分，例如，一笔 10 美元的比特币交易费用，就足以在区块空间争夺战中胜过其他用户，同时也有助于激励矿工。
EIP-1559 概述
EIP-1559 的核心特征（或目标）是改善用户在设定交易费用时的体验。基本问题是：费用市场的状况可能是不稳定的。因此对用户或钱包来说，要知道一个合适的交易费用可能是一个挑战。同时，一旦选择了交易费用，就没有任何保证，例如，用户可以设置他们认为足够的费用，然而市场状况可能发生变化，他们需要等待相当长的时间才能得到确认。
EIP-1559 通过使用历史区块链数据作为定义费用的要素之一，即基本费用，从而解决了这个问题，这使得交易费用可以预测。因此，每个人都高度肯定地知道基本费用应该是多少，而且用户应该有合理程度的保证，即如果支付了该基本费用，交易将被迅速确认。根据 EIP-1559 ，交易必须包括特定的最低金额的每单位‘燃料’（基本费用），否则交易无效。
为了实现这一目标，允许区块空间限制（燃料限制）的变化。EIP-1559 包含目标燃料限制和燃料限制上限（目标的2倍）等参数。如果区块使用的燃料多于目标，基本费用就会增加，直到对使用以太坊的需求下降，每个区块的平均燃料使用量达到目标。如果以太坊的使用量低于目标燃料上限，那么基本费用下降，以太坊的使用量应该增加。因此，对于用户的基本费用而言，每个人都可以设置相同的值，而非需要支付的 Gwei 量不明确且在区块之间差异很大。
除了基本费用外，还有另一个费用要素，即小费。小费没有协议规定的最低限额。
燃烧费
如果基本费用归矿工所有，上述建议将非常薄弱，原因有二：
- 费用返还 – 用户可以通过与区块链生产者达成不受约束的附带协议来规避基本费用。例如，如果基本费用是 100 Gwei，区块链生产者可以将其中的 50%（50 Gwei）返还给用户，从而规避基本费用并破坏该计划。
- 向上操纵基本费用 – 区块生产者也可以通过用交易填充他们生产的区块来操纵基本费用的上涨，增加他们的收入。以太坊社区的一些人似乎无视这个理论上的弱点，认为矿工总是可以形成一个卡特尔，无论如何都会推高交易费用。然而，我们认为这本来是协议的一个主要弱点，因为它可以帮助解决与卡特尔相关的协调问题，并确保非采矿节点强制执行最低价格规则。
由于上述两个因素，基本费用没有分配给区块生产者。相反地，基本费用被燃烧掉了，因此，上面提到的 EIP-1559 的显著弱点并不是重大问题。因此，该提案是合理有力的。
最近人们一直认为，这种费用燃烧机制对以太坊代币持有者来说是积极的，因为它可以导致代币供应量减少，从而提振价格。这似乎确实是该提案的一个关键优势。目前，以太坊交易的需求增长异常迅速，用户在交易费用上花费了大量的钱（也许从 2021 年初至今约为比特币的 3 倍）。这提供了一个机会，可以燃烧一些代币，减少代币供应，同时有可能仍然有大量的剩余容量来资助网络安全。然而，这些代币的经济优势似乎不是一个设计目标，代币燃烧似乎是必要的，以确保机制的运作。如果降低代币供应量是一个目标，那么可以考虑采取更简单的措施，即直接取消区块补贴。
燃烧模型的经济动态很有趣。例如，如果对以太坊交易的需求增加（货币速度增加），被烧毁的代币数量就会增加，这可能导致货币通缩。另一方面，如果对以太坊交易的需求下降，被烧毁的代币数量也会下降，这可能会导致货币通胀，并对系统产生潜在的经济推动作用。然而这种货币框架可能是错误的看待方式。以太坊也可以被看作是一种股权，而烧毁则是一种回购。如果对以太坊交易的需求很强，公司进行回购，代币价格可能会上涨。如果对以太坊的使用需求很低，公司可以进行发行，代币的价格则会下降。使用这个框架，可以认为燃烧是顺周期的，而不是反周期的。
分析激励措施
在分析 EIP-1559 的收费激励模式之前，值得对现状的块状生产者激励模式先进行评估。虽然 EIP-1559 模式看起来风险很大，很复杂，但值得注意的是，现有的激励模式也存在大量的挑战、争议和不确定性。
目前，在比特币和以太坊中，用户为交易支付的价格主要由区块空间的市场决定。这被认为是分配区块空间的好方法，因为从使用区块链中受益最多的用户会支付最高的费用。因此，这种分配是有效的，也被认为是功利的。然而，由于这些费用被分配给区块生产者，这些交易费用也有 “附带利益”。下面的图 2 说明了这一点。
图 2 – 潜在的比特币交易费市场激励模式（当区块补贴变得不重要的时候）
图 3 包含了交易数据的例子：一笔交易支付了 10 美元的费用，由区块空间的市场驱动，用户还需要支付 2 美元的费用，以确保区块生产者在考虑排除该交易时有足够高的机会成本。在这种情况下，用户支付 10 美元的费用，比防止审查所需的 8 美元高。在理论上，所支付的费用是这两个部分中每个部分所需金额的较高者。
当然，许多人忽略了这些其他费用的组成部分，如抗审查费用，因为它目前相对较小或接近零。然而，随着时间的推移，它可能变得更加重要，甚至可能取代稀缺区块空间的分配，成为最昂贵的组成部分。例如，马拉松数字控股公司（Marathon Digital Holdings）最近推出了一个新的比特币矿池，生产它所谓的 “符合 OFAC 标准” 的区块。
图 3 – EIP-1559 之前的交易费用模式（说明性数字）
竞标区块空间所产生的费用，除了抗审查之外，还有一个次要的好处。它也有助于矿工的激励。在这个领域有一个潜在的问题，如果激励网络安全所需的费用大于其他两个组成部分，用户可能不会支付这个金额。这是因为可能会出现公地悲剧的情况，人们希望其他人支付必要的费用来保证网络安全。从长远来看，这可能是比特币可能面临的一个主要问题，因为区块补贴下降，安全性可能因此不足。EIP-1559 试图通过让永久的区块补贴来资助安全性以缓解这个问题。
另一方面，人们可能主张这实际上不是一个问题。如果用户没有足够的需求来使用网络，那么安全性就应该下降。毕竟，比特币和以太坊不是为了它而存在的，安全的意义在于保障交易。如果没有交易，那么就不需要安全。在工作量证明网络的情况下，任意高的永久区块补贴可以说造成了任意高的环境破坏，而不是通过自然的用户需求所资助的更为平等的安全模式。因此，尽管毫无疑问地，确保安全的资金是比特币的一个主要挑战，但人们可以说，直接试图解决这个问题是错误的道路。相反地，我们应该专注于使比特币在总体上更加流行和成功，这将导致足够的交易需求来确保网络安全。
应该注意的是，这种 “附带利益 “的收费模式想法在比特币内部是有争议的，并没有被普遍接受为最佳的发展方式，也没有被普遍接受这就是网络的实际运作方式。例如，在区块容量之战中，许多大区块支持者反对区块大小的限制，认为人为的区块空间的稀缺性以确保用户可以验证区块链是没有必要的。大区块支持者通常认为，通过进一步限制区块空间，以交叉补贴挖矿激励的想法更不可取。
EIP-1559 是对激励模式的一个根本性改变。不再有来自区块空间市场的任何附带利益，费用市场的各个组成部分被更清楚地划分开来，如下图 4 所示。因此，在我们看来，EIP-1559 最重要的经济特征是将交易费的各个组成部分解为独立的市场。
图 4 – EIP-1559 交易费市场激励模式
EIP-1559 并不像上述模型显示的那样清楚。基本费用可能需要一些时间来调整和反映不断变化的市场状况。在这个调整过程中，EIP-1559 下的收费模式基本上又回到了旧的模式，且小费变得很重要。EIP-1559 的大部分好处（可用性）就会丧失。这可能是在燃料需求高度波动的情况下的情况，目前看来这种情况确实很常见。然而，这种波动可能是由二阶效应驱动的，即对燃料价格变化的反应。EIP-1559 可能会减弱这些效应，使燃料价格更加稳定。在现实中，EIP-1559 可能会导致一个中间地带，其尖端部分是由一些区块空间限制所驱动。因此，EIP-1559 可能比许多人想象的更温和。
总之，从长远来看，预期以太坊费用市场的波动性下降并变得更加稳定可能是合理的。当这种情况发生时，区块空间的市场可能会与费用市场的其他组成部分脱钩，例如，为安全提供资金或确保抗审查。人们可以说这是一个积极的发展，因为将这些组成部分分解成独立的部分有几个好处：
- 在某些方面，EIP-1559 的收费模式经济学不那么复杂，因为它不再依赖于一个有争议的、有点未经证实的 “附带利益” 概念。
- 确保每个组成部分都有足够的资金可能会更容易。
EIP-1559 模式的主要弱点似乎是效率方面的潜在损失。在 EIP-1559 之前，用户有机会利用同一笔交易费来实现多个目标，有可能一石二鸟（甚至三鸟）。在EIP-1559 下，这样做的可能性被大大削弱了，也因此交易费用可能会增加。作为一个例子，请看下面的图 5 与图 3 中支付的 10 美元相比，现在的总交易费已经增加到 12 美元。根据 EIP-1559，交易费可能是各组成部分的总和，而不是各组成部分中最高者。
图 5 – EIP-1559 下的交易费用模式（说明图）
当然这种效率损失可能是理论上的。目前以太坊的高收费的部分原因是由糟糕的用户体验和费率波动造成的。EIP-1559 应该会改善这一点，因此 EIP-1559 实际上可能在短期内降低费用。然而，从理论上讲，从长期来看，EIP-1559 可能会导致更高的费用。另一种说法是，EIP-1559 根本不会导致效率损失。应该要求用户为其交易的所有利益单独付费，而不是获得 “附带利益” 或多重利益，而只为最昂贵的功能付费。
EIP-1559 的另一个潜在弱点是，区块补贴从现在开始可能成为区块生产者（矿工或质押者）激励的一个更重要的驱动因素。区块补贴是由协议设定的一个任意水平，不再根据交易需求动态调整。因此，对共识代理的激励可能过低，或者过高。当然，即使在旧的模式下，激励措施仍然可能被设置在一个不适当的水平，然而现在达到 “正确 “水平的机会可能更加渺茫。
费用市场组成部分的相对规模
在评估 EIP-1559 的优势和劣势时，主要取决于人们如何看待交易费用的各种原因的相对重要性，以及这些原因将如何随着时间的推移而演变。这些组成部分在本篇文章的图 1 的表格中有所概述。如果人们认为原因 1 可能仍然占主导地位，EIP-1559 可能是一个强有力的提案。然而，如果人们认为原因 3、4 和 5 将变得更加重要，那么 EIP-1559 的好处可能有限。下面的表格试图说明这一点。
| 基本费用为小费的 100 倍 | 基本费用 ≈ 小费 | |
| 用户体验 | 费用大多是可预测的，用户知道他们需要出价多少。这导致了更强的用户体验。 | 在我看来，EIP-1559 的用户体验优势大部分已经丧失。然而，用户体验并不比 EIP-1559 之前差。 |
| 价格上涨 | EIP-1559 不太可能导致价格大幅上涨。理论上，价格上涨应低于 1% 。 | 从理论上讲，EIP-1559 应该会导致交易费用的大幅增加。这可能会减少对以太坊交易的需求，导致一个新的平衡点，使用量减少。 |
矿工操纵基本费用至零
经常讨论的 EIP-1559 的另一个潜在弱点是，矿工组成利益联盟并将基本费用操纵至零。这样一来，矿工们就可以把所有的费用留给自己。或者，矿工们可以尝试设计不稳定的基本费用市场状况，确保小费成为费用中更重要的组成部分。这个潜在的问题已经被广泛分析，因此我们不会在这里讨论太多细节。这里有一些风险，但是这些潜在的类似利益联盟的情况在 EIP-1559 之前就存在，因此不清楚 EIP-1559 是否增加了新的风险。
结语
随着 EIP-1559 的出现，以太坊的代币经济和共识代理激励模式可能会从根本上改变，以太坊可能会进一步偏离比特币使用的经济模式。EIP-1559 在很大程度上将交易需求与共识代理的激励脱钩。这里的一个潜在优势是激励措施可以变得更加稳定，但是缺乏动态调整安全预算以匹配需求的能力也可以被视为一个弱点。人们可以认为，共识系统的目的是为了保护交易，而减少交易与共识系统中的激励机制之间的联系可能会降低网络的效率。
在很大程度上，EIP-1559 将交易费市场分解为各个组成部分，使用户更清楚地了解他们为什么付费。最重要的结果是，用户体验将得到显著改善，用户可以更确定地知道他们应该设置什么费用水平。即使，升级的一个潜在的长期不利因素是更高的费用。