[論文レビュー] Discrete & Bayesian Transaction Fee Mechanisms

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

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、従来のインcentive-compatibility制約を緩和することで、厳密に正の収益を達成する離散的およびベイジアン取引手数料メカニズム（TFM）を提案する。手数料の離散化またはベイジアンインセンティブの採用により、支配戦略インcentive-compatible（DSIC）、短期的マイナーインセンティブ-compatible（MMIC）、オフチェーン合意（OCA）証明可能であり、離散的メカニズムはブロックサイズに線形に漸近的に最適な収益を達成する。

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.

研究の動機と目的

• 標準的な仮定の下で収益がゼロに制限される長年のTFM設計における不可能性結果を解決すること。
• DSICおよびSCPの性質を緩和することで、複雑な暗号技術に依存せずに高収益のTFMを実現できるかを調査すること。
• 複数アイテムのOCA証明可能メカニズムを特徴付け、収益が最大化される条件を同定すること。
• i.i.d.正規分布下で、ビットコインの「支払いするごとに入札」グリー系オークション（PABGA）をベイジアン設定で評価し、近似的に最適な収益を達成することを示すこと。
• 供給制限を通じて収益を向上させる非定数のバーン差分関数（β_diff）の役割を調査すること。

提案手法

• 手数料を整数に離散化することで、DSIC、MMIC、OCA証明可能、SCPを満たすメカニズムを設計し、ブロックサイズに線形に漸近的に最適な収益を達成する。
• 報奨原則を適用して、i.i.d.正規分布下でビットコインのTFM（PABGA）をベイジアンインセンティブ適合（BIC）メカニズムとして分析する。
• 先行研究の単一アイテム特徴付けの一般化版を用いて、複数アイテムのOCA証明可能メカニズムを特徴付け、焼却手数料が割り当てられた取引数にのみ依存することを示す。
• EIP1559やマイアソンのオークションを含む「well-reserved」TFMの概念を導入し、PABGAがこのクラス内で収益最適であることを証明する。
• 供給制約をモデル化するため、バーン差分関数 β_diff(k) = β_cardinal(k) − β_cardinal(k−1) を使用し、非定数のβ_diffが収益をどのように向上させるかを分析する。
• PABGAの収益がi.i.d.正規分布下で最適TFM収益の n−B/n 倍であることを示すブルーフォールド＝クレムペラー型の結果を証明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 暗号的プリミティブに依存せず、DSIC、MMIC、OCA証明可能であり、かつ厳密に正の収益を達成するTFMを設計可能か？
• RQ2 DSICおよびSCPを満たす離散的手数料TFMの最大収益は何か？この上限はタイトか？
• RQ3 i.i.d.正規分布下でベイジアンメカニズムとしてモデル化した場合、ビットコインのPABGAの収益性能はいかがなものか？
• RQ4 非定数のβ_diff関数は、供給制限を有効にすることで、OCA証明可能メカニズムにおける収益を向上させられるか？
• RQ5 well-reserved、BIC、MMIC、OCA証明可能なTFMのクラス内で、PABGAは収益最適か？

主な発見

• DSIC、MMIC、OCA証明可能、SCPを満たし、割り当てられた取引数に線形に漸近的に最適な収益を達成する離散的手数料TFMが構築された。
• 任意のDSICおよびSCPを満たす離散的手数料TFMの収益は、ブロックサイズの線形関数によって上界で抑えられ、提案されたメカニズムの最適性（定数倍の誤差内）が証明された。
• 分離可能なTFMの場合、提案されたメカニズムは、既知の最もタイトな収益上界を達成し、理論的限界と一致する。
• 連続的ケースでは、i.i.d.正規分布下でPABGAは最適TFM収益の n−B/n 倍の収益を達成し、ブルーフォールド＝クレムペラー型の結果を証明した。
• 一様分布および指数分布の場合、PABGAは総余剰の定数倍の収益を獲得し、強力な収益性能を示した。
• well-reserved TFMのクラス内では、PABGAは一意に収益最適なBIC、MMIC、OCA証明可能メカニズムであるが、非well-reservedな設計で非定数β_diffを用いることで、PABGAを上回る収益を達成できる。