[论文解读] Blockchain Inefficiency in the Bitcoin Peers Network

Giuseppe Pappalardo, Tiziana Di Matteo+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 5被引用 6

一句话总结

本研究分析了为期7天的比特币网络动态，发现43%的交易在1小时后仍未记录在区块链中，30天后仍有20%未被记录，表明系统存在系统性低效。尽管低价值交易主导了延迟现象，但93%的交易价值在3小时内即被纳入，表明核心问题在于矿工缺乏优先记录交易的激励，而非区块大小限制。

ABSTRACT

We investigate Bitcoin network monitoring the dynamics of blocks and transactions. We unveil that 43\% of the transactions are still not included in the Blockchain after 1h from the first time they were seen in the network and 20\% of the transactions are still not included in the Blockchain after 30 days, revealing therefore great inefficiency in the Bitcoin system. However, we observe that most of these `forgotten' transactions have low values and in terms of transferred value the system is less inefficient with 93\% of the transactions value being included into the Blockchain within 3h. The fact that a sizeable fraction of transactions is not processed timely casts serious doubts on the usability of the Bitcoin Blockchain for reliable time-stamping purposes and calls for a debate about the right systems of incentives which a peer-to-peer unintermediated system should introduce to promote efficient transaction recording.

研究动机与目标

• 通过监控实时网络动态，研究比特币区块链中交易记录的效率。
• 识别交易延迟是否源于网络拥塞、区块大小限制或激励结构缺陷。
• 评估交易价值和费用对区块链内包含延迟的影响。
• 在观察到的低效性背景下，评估比特币作为可靠时间戳系统的可行性。

提出的方法

• 研究者对2016年5月期间的7.5天内比特币点对点网络流量进行了监控，追踪交易传播与区块包含情况。
• 记录了1,820,212笔交易从首次在网路中被观测到，到最终被包含在有效区块链区块中的时间。
• 团队以秒和区块为单位分析了交易包含延迟，将经验分布与指数衰减模型进行比较。
• 计算了随时间推移，被包含在区块链中的交易累计比例及总价值，按交易价值和费用进行区分。
• 通过统计分析比较了交易延迟分布，特别关注低价值与高价值交易的差异。
• 研究评估了交易费用在影响包含速度方面的作用，与观察到的异常现象进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在交易首次出现在网络后1小时和30天，分别有多少比例的比特币交易仍未被记录在区块链中？
• RQ2 交易价值在多大程度上影响交易被及时包含在区块链中的可能性？
• RQ3 交易费用与包含延迟之间有何相关性？它们是否对矿工构成有效的激励？
• RQ4 观察到的交易记录低效性是由于网络拥塞或区块大小限制，还是根植于激励设计缺陷？
• RQ5 鉴于大量交易存在延迟或未被记录，比特币能否被可靠地用作时间戳系统？

主要发现

• 43%的交易在首次出现在网络后1小时仍未被包含在区块链中。
• 30天后仍有20%的交易未被记录，表明交易记录存在严重低效。
• 尽管单个交易的延迟率较高，但93%的总交易价值在3小时内已被纳入区块链。
• 大多数延迟交易为低价值交易，延迟分布的尾部主要由小额转账主导。
• 交易费用与包含速度之间无明显相关性，高费用交易有时被延迟，而低费用交易则可能被快速处理。
• 低效性并非源于网络饱和或区块大小限制，因为平均区块使用量仅为0.8MB，仅3%的区块超过0.99MB。