[논문 리뷰] Tiered Mechanisms for Blockchain Transaction Fees

Aggelos Kiayias, Ηλίας Κουτσουπιάς외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 12.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 블록체인을 위한 계층적 거래 수수료 메커니즘을 제안하며, 긴급도에 따라 거래를 가격 및 지연 계층으로 동적으로 할당함으로써, 저우선순위 거래에 대해 안정적이고 낮은 수수료를 제공하면서도 수익을 유지한다. EIP-1559와 달리 혼잡 시 가격 급등을 방지하여 예측 가능한 가격과 더 나은 포함성을 확보한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존의 EIP-1559와 같은 블록체인 수수료 메커니즘이 고우선순위 거래를 우선시하고 혼잡 시 가격 급등을 유발함으로써 포함성에 결함이 있음을 해결하기 위해.
• 긴급도와 시간 민감도를 반영하는 단조 감소 유용도 함수를 사용하여 블록체인 거래 수요를 모델링하기 위해.
• 실시간 수요와 거래의 긴급도에 따라 가격과 지연 시간을 동적으로 조정하는 계층적 가격 설정 메커니즘을 설계하기 위해.
• 이 메커니즘이 불평등식 14 제약 조건 하에서 안정적인 기대 가격을 달성하고 EIP-1559의 안정성과 호환됨을 공식적으로 증명하기 위해.
• 실험적으로 이 메커니즘이 저우선순위 거래 수수료를 낮게 유지하면서도 가격 차별화를 통해 수익을 유지를 또는 증가시킴을 검증하기 위해.

제안 방법

• 메커니즘은 블록체인 거래 공간을 동적으로 조절 가능한 계층 수로 나누며, 각 계층은 별도의 가격과 기대 지연 시간을 가진다.
• 각 사용자는 자신의 긴급도에 따라 계층을 선택하고, 해당 계층의 기대 지연 내에 포함되도록 게시된 가격을 지불한다.
• 시스템은 매 100블록마다 동적 계층 크기 및 가격 업데이트를 수행하고, 매 25블록마다 지연 시간 조정을 실시하는 게시 가격 제도를 사용한다.
• 계층 생성 및 제거는 가격 기준에 따라 결정되며, 최저 가격이 1 이하로 떨어지면 신규 계층이 추가되고, 가격이 5를 초과하면 계층이 제거된다.
• 이 메커니즘은 EIP-1559 안정성과 호환되며, 불평등식 14 제약 조건 하에서 안정적인 기대 가격을 달성함을 공식적으로 증명하였다.
• 유용도 함수는 긴급도에 따라 변동하며 지연 시간이 증가함에 따라 가치가 감소하므로, 비용과 시기성 사이의 트레이드오프를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EIP-1559는 혼잡 시 가로 수수료 급등으로 인해 저우선순위 애플리케이션을 지원하지 못하는가?
• RQ2 계층적 메커니즘은 제1가격 경매 모델 대비 거래 가격 안정성과 변동성 감소를 달성할 수 있는가?
• RQ3 계층적 메커니즘은 저우선순위 거래 수수료를 낮추면서도 수익을 유지하거나 증가시킬 수 있는가?
• RQ4 동적 계층화는 다양한 부하 조건 하에서 다양한 거래 유형의 포함에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다양한 긴급도 계층 간의 가격 차별화를 통해 공정성과 수익 안정성을 동시에 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 계층적 메커니즘은 혼잡 시 EIP-1559에서 관찰된 수평적 가격 급등을 피하며 안정적인 기대 가격을 달성한다.
• 실험 결과, 저우선순위 거래는 일관되게 낮은 수수료를 부과받으며, 블록체인에 더 넓은 포함성을 가능하게 한다.
• 저우선순위 거래 수수료를 낮추었음에도 불구하고, 고우선순위 사용자로부터의 가격 차별화 덕분에 전체 수익은 유지되거나 증가한다.
• 실험의 두 번째 영역에서 긴급도와 가치가 상관관계를 가졌을 경우, 약 75%의 거래가 더 낮은 수수료를 지불했음에도 불구하고, 계층적 메커니즘은 이더리움보다 더 높은 평균 수익을 달성하였다.
• 메커니즘은 부하 변화에 동적으로 적응하며, 긴급한 트래픽 집합을 식별하고 적절히 가격을 책정함으로써 전체 가격 수준이 상승하지 않도록 한다.
• 필요한 지연 증가를 방지하기 위해 局소 최소값 해법을 찾으며, 어떤 계층의 지연 시간도 독립적으로 줄일 수 없도록 보장한다.