[论文解读] Evolution of Ethereum: A Temporal Graph Perspective

Qianlan Bai, Chao Zhang+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 11被引用 16

一句话总结

本文提出了一种时间图分析框架，用于研究2015年至2019年以太坊交易的演化过程，基于外部交易和内部交易构建了用户对用户（UUG）、合约对合约（CCG）以及用户对合约（UCG）图。研究发现，以太坊的交易模式与以太币价格高度相关，表现出持续的突发性特征，并自创世区块起就存在极端的财富不平等，且富人始终保持富有状态。

ABSTRACT

Ethereum is one of the most popular blockchain systems that supports more than half a million transactions every day and fosters miscellaneous decentralized applications with its Turing-complete smart contract machine. Whereas it remains mysterious what the transaction pattern of Ethereum is and how it evolves over time. In this paper, we study the evolutionary behavior of Ethereum transactions from a temporal graph point of view. We first develop a data analytics platform to collect external transactions associated with users as well as internal transactions initiated by smart contracts. Three types of temporal graphs, user-to-user, contract-to-contract and user-contract graphs, are constructed according to trading relationship and are segmented with an appropriate time window. We observe a strong correlation between the size of user-to-user transaction graph and the average Ether price in a time window, while no evidence of such linkage is shown at the average degree, average edge weights and average triplet closure duration. The macroscopic and microscopic burstiness of Ethereum transactions is validated. We analyze the Gini indexes of the transaction graphs and the user wealth in which Ethereum is found to be very unfair since the very beginning, in a sense, "the rich is already very rich".

研究动机与目标

• 理解以太坊交易行为随时间演化的动态机制。
• 研究外部因素（如以太币价格）对交易模式和网络结构的影响。
• 利用时间图模型分析以太坊交易网络的公平性与结构演化。
• 考察外部账户（EOA）和智能合约在交易流动及合约生命周期事件中的作用。

提出的方法

• 构建了一个数据分析平台，从归档节点提取外部交易，并通过修改后的客户端程序获取内部交易。
• 基于交易数据构建了三种时间图：用户对用户（UUG）、合约对合约（CCG）以及用户对合约（UCG）。
• 采用滑动窗口和增量窗口两种方式对时间轴进行分段，以支持时间分析。
• 利用交易到达时间间隔分布，量化交易到达模式中的宏观和微观突发性。
• 计算度、交易量和余额分布的基尼系数，以评估不平等程度。
• 在时间窗口内分析合约生命周期事件（创建、调用、自杀），以研究智能合约的演化过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 以太坊用户对用户交易图（UUG）的规模和结构如何随时间演变？其变化受哪些因素驱动？
• RQ2 以太坊的交易行为在多大程度上与以太币价格波动相关？
• RQ3 宏观和微观突发性模式在以太坊的交易流中如何表现？
• RQ4 以太坊中的财富不平等如何演变？自创世起是否可观测到“越富越富”的现象？
• RQ5 智能合约的创建、调用和终止（自杀）行为在时间上呈现何种趋势？

主要发现

• 用户对用户交易图（UUG）的规模与时间窗口内以太币的平均价格高度相关，表明网络活动受价格驱动。
• 尽管与价格高度相关，UUG中的平均度、平均边权重和平均三角闭合时长与以太币价格无显著关系。
• 以太坊交易同时表现出宏观和微观突发性，大多数节点将其交易集中在短暂的活跃爆发期。
• UUG中财富分配的基尼系数自创世区块起就极高，表明自以太坊诞生起便存在极端的余额不平等。
• 连续时间窗口间用户余额的皮尔逊相关系数超过0.85，表明“富者恒富”现象长期持续。
• 智能合约活动的演化遵循与交易模式相似的三阶段演化过程，外部账户（EOA）是合约的主要调用者，且大多数合约自杀行为将资金转移至外部账户而非其他合约。