[论文解读] Discrete & Bayesian Transaction Fee Mechanisms

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

Blockchain Technology Applications and Security被引用 8

一句话总结

本文提出了离散化和贝叶斯的交易费机制（TFM），通过放宽传统的激励相容性约束，实现了严格正的收入。通过离散化费用或采用贝叶斯激励机制，设计出的机制具备主导策略激励相容性（DSIC）、短期矿工激励相容性（MMIC）和链下协议（OCA）抗性，其中离散机制实现了与区块大小线性增长的渐近最优收入。

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.

研究动机与目标

• 解决在标准假设下长期存在的交易费机制（TFM）设计中的不可能性结果，即收入被限制为零。
• 探索放松DSIC和SCP属性是否能在不依赖复杂密码学的前提下实现高收入TFM。
• 刻画多项目OCA抗性机制，并确定收入最大化的条件。
• 在贝叶斯设定下评估比特币的按价出价贪婪拍卖（PABGA）机制，表明其在独立同分布的正则分布下可实现接近最优的收入。
• 研究非恒定烧毁差异函数（β_diff）在通过供给限制提升收入方面的作用。

提出的方法

• 将交易费离散化为整数，从而实现一种DSIC、MMIC、OCA抗性且满足SCP的机制，其渐近最优收入与已分配交易数线性相关。
• 应用揭示原理，将比特币的TFM（PABGA）分析为在独立同分布正则分布下的贝叶斯激励相容（BIC）机制。
• 通过先前工作中单项目刻画的推广版本，刻画多项目OCA抗性机制，表明烧毁费用仅取决于已分配交易的数量。
• 引入“良好保留”TFM的概念，该类包括EIP1559和Myerson拍卖，并证明PABGA在此类中为收入最优。
• 使用烧毁差异函数 β_diff(k) = β_cardinal(k) − β_cardinal(k−1) 建模供给约束，并分析非恒定β_diff如何提升收入。
• 证明一个类似Bulow-Klemperer的结果，表明在独立同分布正则分布下，PABGA的收入为最优TFM收入的 n−B/n 倍。

实验结果

研究问题

• RQ1 我们能否设计一种TFM，使其具备DSIC、MMIC、OCA抗性，并在不依赖密码原 primitive 的前提下实现严格正的收入？
• RQ2 满足DSIC和SCP的离散费用TFM的最大可能收入是多少？该上界是否紧致？
• RQ3 当将比特币的PABGA建模为独立同分布正则分布下的贝叶斯机制时，其收入表现如何？
• RQ4 在OCA抗性机制中，非恒定β_diff函数是否可通过有效限制供给来提升收入？
• RQ5 在良好保留、BIC、MMIC和OCA抗性TFM中，PABGA是否为收入最优？

主要发现

• 构建了一种离散费用TFM，其具备DSIC、MMIC、OCA抗性、SCP，并实现与已分配交易数线性增长的渐近最优收入。
• 任何满足DSIC和SCP的离散费用TFM的收入被上界限制为区块大小的线性函数，证明了所提机制在常数因子范围内的最优性。
• 对于可分离的TFM，所提机制实现了目前已知最紧的收入上界，与理论极限完全匹配。
• 在连续情况下，PABGA在独立同分布正则分布下实现了最优TFM收入的 n−B/n，证明了一个类似Bulow-Klemperer的结果。
• 对于均匀分布和指数分布，PABGA捕获了总剩余的常数比例，展现出强劲的收入表现。
• 在良好保留TFM类别中，PABGA是唯一在BIC、MMIC和OCA抗性下实现收入最优的机制，但非良好保留设计若采用非恒定β_diff，可通过限制供给实现超越PABGA的收入表现。