[논문 리뷰] Discrete & Bayesian Transaction Fee Mechanisms

Yotam Gafni, Aviv Yaish|arXiv (Cornell University)|2022. 10. 14.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 전통적인 인센티브 호환성 제약를 완화함으로써 엄격히 양의 수익을 달성하는 이산적이고 베이지안 기반의 거래 수수료 메커니즘(TFM)을 제안한다. 수수료를 이산화하거나 베이지안 인센티브를 채택함으로써, 지배 전략 인센티브 호환성(DSIC), 일시적 마이너 인센티브 호환성(MMIC), 오프체인 합의(OCA) 증명 가능성을 확보한 메커니즘을 설계하였으며, 이 중 이산 메커니즘은 블록 크기에 비례하여 渐진적으로 최적의 수익을 달성한다.

ABSTRACT

Cryptocurrencies employ auction-esque transaction fee mechanisms (TFMs) to allocate transactions to blocks, and to determine how much fees miners can collect from transactions. Several impossibility results show that TFMs that satisfy a standard set of "good" properties obtain low revenue, and in certain cases, no revenue at all. In this work, we circumvent previous impossibilities by showing that when desired TFM properties are reasonably relaxed, simple mechanisms can obtain strictly positive revenue. By discretizing fees, we design a TFM that satisfies the extended TFM desiderata: it is dominant strategy incentive-compatible (DSIC), myopic miner incentive-compatible (MMIC), side-contract-proof (SCP) and obtains asymptotically optimal revenue (i.e., linear in the number of allocated bids), and optimal revenue when considering separable TFMs. If instead of discretizing fees we relax the DSIC and SCP properties, we show that Bitcoin's TFM, after applying the revelation principle, is Bayesian incentive-compatible (BIC), MMIC, off-chain-agreement (OCA) proof, and approximately revenue-optimal. We reach our results by characterizing the class of multi-item OCA-proof mechanisms, which may be of independent interest.

연구 동기 및 목표

• 표준 가정 하에 수익이 0으로 제한되는 거래 수수료 메커니즘(TFM) 설계에서 오랫동안 지속된 불가능성 결과를 해결하기 위해.
• DSIC 및 SCP 성질을 완화함으로써 복잡한密码학 기법에 의존하지 않고도 고수익 TFM를 설계할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 다중 항목 OCA-증명 가능 메커니즘을 특성화하고, 수익이 최대가 되는 조건을 규명하기 위해.
• i.i.d. 정규 분포 하에서 비트코인의 '지급-즉시-입찰' 게으른 경매(PABGA)를 베이지안 설정에서 평가하여, 이가 정규 분포 하에서 거의 최적의 수익을 달성함을 보여주기 위해.
• 공급 제한을 통해 수익을 향상시키는 데 기여하는 비상수 버닝 차이 함수(β_diff)의 역할을 탐구하기 위해.

제안 방법

• 수수료를 정수로 이산화함으로써, 점진적으로 최적의 수익을 달성하는 DSIC, MMIC, OCA-증명 가능, SCP 메커니즘을 설계한다.
• 표현 원리(revelation principle)를 적용하여, i.i.d. 정규 분포 하에서 비트코인의 TFM(PABGA)를 베이지안 인센티브 호환성(BIC) 메커니즘으로 분석한다.
• 이전 연구에서의 단일 항목 특성화의 일반화된 형태를 통해 다중 항목 OCA-증명 가능 메커니즘을 특성화하고, 소모된 수수료가 할당된 거래 수에만 의존함을 보여준다.
• EIP1559와 마이어슨의 경매를 포함하는 '잘 예약된'(well-reserved) TFM의 개념을 도입하고, PABGA가 이 클래스 내에서 수익 최적임을 증명한다.
• 공급 제약을 모델링하기 위해 버닝 차이 함수 β_diff(k) = β_cardinal(k) − β_cardinal(k−1)을 사용하고, 비상수 β_diff가 수익 향상에 기여하는 방식을 분석한다.
• PABGA 수익이 i.i.d. 정규 분포 하에서 최적 TFM 수익의 n−B/n 배임을 보여주는 브루울-클레멘페르 타입의 결과를 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 암호 기반 기법에 의존하지 않고도 DSIC, MMIC, OCA-증명 가능이며 엄격히 양의 수익을 달성하는 TFM를 설계할 수 있는가?
• RQ2 DSIC 및 SCP를 만족하는 이산 수수료 TFM의 최대 수익은 얼마이며, 이 한계는 날카로운가?
• RQ3 i.i.d. 정규 분포 하에서 베이지안 메커니즘으로 모델링했을 때 비트코인의 PABGA는 수익 측면에서 어떻게 성과를 내는가?
• RQ4 공급 제한을 효과적으로 구현함으로써 비상수 β_diff 함수가 OCA-증명 가능 메커니즘의 수익을 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 잘 예약된, BIC, MMIC, OCA-증명 가능 TFM의 범주 내에서 PABGA는 수익 최적인가?

주요 결과

• DSIC, MMIC, OCA-증명 가능, SCP를 만족하고 할당된 거래 수에 비례하여 점진적으로 최적의 수익을 달성하는 이산 수수료 TFM를 구축하였다.
• 모든 DSIC 및 SCP를 만족하는 이산 수수료 TFM의 수익은 블록 크기에 비례하는 선형 함수로 상한선이 존재함을 증명하여, 제안된 메커니즘이 상수 요소를 제외하고 최적임을 입증한다.
• 분리 가능한 TFM의 경우, 제안된 메커니즘이 현재 알려진 가장 날카로운 수익 상한선을 달성하며 이론적 한계와 일치함을 보였다.
• 연속적인 경우, i.i.d. 정규 분포 하에서 PABGA는 최적 TFM 수익의 n−B/n 배를 달성하며, 브루울-클레멘페르 타입의 결과를 증명한다.
• 균일 분포 및 지수 분포의 경우, PABGA는 총 잉여의 일정 비율을 확보하여 강력한 수익 성능을 보였다.
• 잘 예약된 TFM의 범주 내에서 PABGA는 유일한 수익 최적의 BIC, MMIC, OCA-증명 가능 메커니즘이지만, 비상수 β_diff를 가진 잘 예약되지 않은 설계는 공급 제한을 통해 이를 초월할 수 있다.