[論文レビュー] Tiered Mechanisms for Blockchain Transaction Fees

Aggelos Kiayias, Ηλίας Κουτσουπιάς+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2023

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、緊急度に応じて取引を価格層と遅延層に動的に割り当てる階層型手数料メカニズムを提案する。低緊急度取引に対して安定的で低コストな手数料を実現するとともに、価格差別化によって収益を維持する。EIP-1559とは異なり、混雑時における価格の急騰を回避し、予測可能な価格設定と包括性を実現しながら収益を損なわない。

ABSTRACT

Blockchain systems come with the promise of being inclusive for a variety of decentralized applications (DApps) that can serve different purposes and have different urgency requirements. Despite this, the transaction fee mechanisms currently deployed in popular platforms as well as previous modeling attempts for the associated mechanism design problem focus on an approach that favors increasing prices in favor of those clients who value immediate service during periods of congestion. To address this issue, we introduce a model that captures the traffic diversity of blockchain systems and a tiered pricing mechanism that is capable of implementing more inclusive transaction policies. In this model, we demonstrate formally that EIP-1559, the transaction fee mechanism currently used in Ethereum, is not inclusive and demonstrate experimentally that its prices surge horizontally during periods of congestion. On the other hand, we prove formally that our mechanism achieves stable prices in expectation and we provide experimental results that establish that prices for transactions can be kept low for low urgency transactions, resulting in a diverse set of transaction types entering the blockchain. At the same time, perhaps surprisingly, our mechanism does not necessarily sacrifice revenue since the lowering of the prices for low urgency transactions can be covered from high urgency ones due to the price discrimination ability of the mechanism.

研究の動機と目的

• EIP-1559のような既存のブロックチェーン手数料メカニズムには包括性の欠如があること、特に混雑時に高緊急度取引が優遇され、価格が急騰することを是正すること。
• 緊急度と時間感受性を反映する単調に減少する効用関数を用いて、ブロックチェーン取引需要をモデル化すること。
• リアルタイム需要と取引の緊急度に応じて、価格と遅延を動的に調整する階層型価格設定メカニズムを設計すること。
• このメカニズムが、不等式14の制約下で安定した期待価格を達成し、EIP-1559の安定性を維持することを形式的に証明すること。
• 実験的に、低緊急度取引の手数料が低く抑えられ、価格差別化によって収益が維持または増加することを検証すること。

提案手法

• ブロックチェーン取引空間を動的数の階層に分割し、各階層には明確な価格と期待遅延が設定される。
• 各ユーザーは緊急度に応じて階層を選択し、その階層の掲示価格を支払い、期待遅延内に取り込まれる。
• 提示価格メカニズムを採用し、100ブロックごとに階層のサイズと価格を動的に更新し、25ブロックごとに遅延を調整する。
• 階層の新設と削除は価格閾値によって制御される：最低価格が1未満に下がると新規階層が追加され、価格が5を超えると階層が削除される。
• このメカニズムはEIP-1559の安定性と整合し、不等式14の制約下で安定した期待価格を達成することが形式的に証明されている。
• 価値が遅延とともに減少する緊急度依存効用関数をモデルに組み込み、コストとタイムリーネスのトレードオフを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EIP-1559は、混雑時に水平的価格上昇が発生するため、低緊急度アプリケーションを十分にサポートできないのか？
• RQ2 階層型メカニズムは、第一価格オークションモデルと比較して取引価格を安定化させ、ボラティリティを低減できるか？
• RQ3 階層型メカニズムは、低緊急度取引の手数料を引き下げつつ、収益を維持または増加できるか？
• RQ4 動的階層化は、さまざまな負荷条件下で多様な取引タイプの取り込みにどのように影響するか？
• RQ5 緊急度階層ごとの価格差別化によって、公平性と収益安定性の両立が可能か？

主な発見

• 階層型メカニズムは安定した期待価格を達成し、EIP-1559が混雑時に見せる水平的価格上昇を回避する。
• 実験結果から、低緊急度取引は一貫して低い手数料が課せられ、ブロックチェーンへの広範な包含が可能になる。
• 低緊急度取引の手数料を引き下げても、高緊急度ユーザーからの価格差別化のおかげで全体の収益は維持または増加する。
• 実験の第2領域では、緊急度と価値が相関していたが、階層型メカニズムは、約75％の取引がより低い料金を支払ったにもかかわらず、イーサリアムを上回る平均収益を達成した。
• このメカニズムは負荷変化に動的に適応し、緊急度の高いクラスタを特定し、適切に価格設定するが、全体の価格水準を上昇させない。
• システムは不要な遅延の増大を回避し、局所的最小解を特定することで、いかなる階層の遅延も独立に短縮できないように保証する。