怎样用理论盘算机科学来优化比特币费率市场？

摘要: 关于DeepHash专栏“区块链技能非常复杂，而且有许多误解。更可骇的是，许多人自以为相识区块链技能，但体现出的却是无知。学术机构有着巨大的责任去造就下一代的创新者。”这是在杜克大学商学院开设区块链课程的美国 ...

关于 DeepHash 专栏

“区块链技能非常复杂，而且有许多误解。更可骇的是，许多人自以为相识区块链技能，但体现出的却是无知。学术机构有着巨大的责任去造就下一代的创新者。”这是在杜克大学商学院开设区块链课程的美国金融协会前主席 Campbell Harvey 曾有感而发地说过的话。

每项新兴技能开展都有它的周期，愈是大概带来庞大厘革的技能，这个周期每每也愈显着。就在区块链技能步入所谓“幻灭的低谷”之时，DeepTech 深科技以为，下一个财产风口，现在正在每个顶尖高校的实行室、在各国央行与羁系机构的研究室，在行业构造的研讨会中酝酿着。

DeepTech 深科技以为，此时才是关键时候，身为一家对峙深入报道科学科技财产的专业媒体与科技效劳提供者，我们有责任也有须要，在这个时点上有率领读者去拨开迷雾、厘清误解，造就对区块链技能的更深刻认知。

因此我们于每周二固定推出 DeepHash 专栏，由 DeepTech 资深编辑林佳谊，邀集千人学者兼天德链首创人蔡维德、中国工信部电子工业尺度化研究院区块链研究室主任李鸣等专家学者共同维护，每周一次，率领读者在技能研发、在法规政策、在行业尺度，在国际趋势，方方面面深入发掘将来 3-5 年真正具有财产化潜力区块链知识。

本周我们要带您回到区块链的源头——比特币。迩来币价暴跌，让整个行业弥漫灰心气氛，更有人以为距今诞生 10 年比特币会就此化为泡影。但究竟上，学界仍积极投入不停美满这一现在为止还是最乐成运行的加密钱币。包罗闻名盘算机学家、图灵奖唯一华人得主姚期智也注重到了这个题目，并发表一篇最新论文，盼望能通过理论盘算机科学来强化比特币生意业务费机制的理论架构。以下我们将带您深入读懂这篇论文：

解读图灵奖得主姚期智最新论文，怎样用理论盘算机科学来优化比特币费率市场

挪威科技大学信息与通讯技能与天然科学系副传授王皓亦对本文提供了专业意见

前段时间，一笔在比特币网络上的生意业务，在区块链行业引发了大量关注。一位用户仅耗费 0.1 美元，就完成了一笔代价 1.94 亿美元的比特币转帐生意业务。这在传统金融行业的尺度来看，简直是天方夜谭。

这笔生意业务在 10 月 15 日被添加到区块 545911 中，代价高达约 1.94 亿美元（其时币价约 6466 美元）的 3 万枚比特币，分别被转到两个地点，而手续费仅 0.00001464 BTC，约 0.1 美元。相较之下，一样平常传统银行假设是跨境汇款，必要按汇款金额约 0.10% 收取手续费，还不计别的电报费与中转行手续费。

比特币转帐的低本钱固然诱人，但却反映出了整个费率市场实在并不健全，缺乏诱因吸引矿工参加，投入装备、电力等资源来帮忙维持整个比特币体系的运作。在当前币价低迷，区块嘉奖跌破挖矿本钱，导致矿工大量退出之际，更凸显出创建生意业务手续费机制，对维系整个比特币生态健全有多紧张。

闻名盘算机学家、图灵奖唯一华人得主姚期智也注重到了这个题目。他的最新发表论文《比特币费率计划的鼓励分析》（An Incentive Analysis of some Bitcoin Fee Designs），就以比特币生意业务费机制为主题，从数学的角度为近期学界提出的创新机制，提供了支持与左证。

他更指出，这是一个令人高兴的研究范畴，有着很多吸引人的题目等候办理，对于理论科学家与体系计划者都是云云。

(泉源：arXiv)

姚期智的研究方向包罗盘算理论及其在暗码学和量子盘算中的运用英魂。他是研究量子盘算与通讯的国际前驱，于 1993 年最早提出量子通讯复杂性，根本上完成了量子盘算机的理论根底。1995 年提出分布式量子盘算模式，厥后成为分布式量子算法和量子通讯协议安全性的根底。

尤其是在当代暗码学范畴，他的研究在基于复杂性的暗码学和安全情势化方法方面有根天性奉献。

正如日前他曾在公开演讲中指出的，盘算机科学正在迎来一个亘古未有的黄金期间，正在冲破界限，带来新的厘革。姚期智也将本身的研究触角延伸到了加密钱币与区块链的范畴。

根据姚期智个人页面来看，《比特币费率计划的鼓励分析》这篇论文，应是他首度以个人独立挂名的加密钱币或区块链主题论文。已往他所发表的这类主题论文，多半是与团队或研究同伴互助，如 2018 年 5 月曾与团队共同发表《将中本聪共识扩容至每秒数千计次生意业务》（Scaling Nakamoto Consensus to Thousands of Transactions per Second）一文，提出快速、高性能且去中央化的区块链体系 Conflux。

而姚期智在这篇论文中，首要是为 Ron Lavi、Or Sattath、Aviv Zohar 等 3 位以色列学者，在 2017 年所提出的“把持代价机制”（Monopolistic Price Mechanism）和“随机取样最优代价机制”（Random Sampling Optimal Price Mechanism, RSOP），提供了更多数学上的左证和支持。

比特币体系的现况与题目

在比特币的天下里，矿工怎样通过挖矿得到嘉奖，驱动起整个分布式账本的生意业务验证履行，是这个去中央化体系赖以运转的最根本根底。

而当今比特币体系中的两个首要题目就是：

（i）随着区块嘉奖渐渐淘汰，矿工要怎样得到充足的收入；

（ii）区块容量上限而导致的吞吐量限定。

更详细的说，现在矿工挖矿的首要动机还是取得区块嘉奖，也就是比特币。

这真正袒露出的题目是，停止现在为止，比特币仍旧远未实现其成为天下钱币的任务，在这一公开账本上，真实的经济生意业务运动少之又少，无法产生充足的手续费来嘉奖矿工。全部矿工挖矿的目标都只是为了获取区块嘉奖，因此当币价下跌，整个体系就随之瓦解。

但区块嘉奖机制是每 4 年会淘汰一半。因此，久远来说，生意业务费机制才是矿工收入的首要泉源，并是整个比特币天下是否稳固安全的决定性因素。

(泉源：arXiv)

重构比特币的费率市场：MP 和 RSOP 制

也就是说，比特币的将来要走下去，肯定要开展脱手续费代替挖矿嘉奖的稳固机制。

为此，Ron Lavi 等人在 2017 年《重构比特币的费率市场》（Redesigning Bitcoin’s fee market）一文中，提出了两项创新的比特币费率机制计划设想，盼望可以或许改善矿工的收益。

(泉源：arXiv)

起首，我们必要相识的是，在比特币生意业务市场中有两种到场者：

（1）必要在比特币体系中举行认证和注册生意业务记载的用户；

（2）创建新区块以打包生意业务并举行认证的矿工。

每个用户会提出其生意业务乐意所付出的最大金额，而矿工则利用一种机制来决定要打包哪些生意业务并向每个用户收取多少费用。

比特币体系的安全性来自于大批老实矿工所提供的算力。Ron Lavi 等人以为，现有的比特币费率机制是接纳“竞价”（pay your bid）拍卖制，以此现有的生意业务手续费市场来看，除非区块堵塞，否则矿工并不能得到很好的收益。

而这一点与区块链扩展性（scalability）的议题也有关联，由于假如区块容量变大，大概导致生意业务费收入进一步降落，这限定了区块链体系计划者在区块容量上可以调解的空间。

因此，Ron Lavi 等人提出了两个替换性的拍卖制：“把持代价机制”（Monopolistic Price Mechanism）和“随机取样最优代价机制”（Random Sampling Optimal Price Mechanism, RSOP）。

把持代价机制（Monopolistic Price Mechanism）根据以下规则运作：

每项生意业务明白定出乐意付出的最高手续费金额

矿工可以选择在其区块中打包进哪些生意业务

区块中的全部生意业务都付出雷同费率，此费率按区块内的最低出价金额而定

矿工理应选择可以将其收益极大化的生意业务，也就是生意业务数目与最低出价金额相乘后的最大数字。

以把持代价机制来说，矿工选择区块中被承受生意业务的数目。而在这些被纳入区块中的生意业务中，哪一笔生意业务所提出的手续费金额最低，那么全部生意业务都同等付出这一金额。这个机制让区块的容量可以动态调解。

把持代价（MP）机制是一种天然而实用的机制，只管并非严酷意义上的鼓励相容。他们的广泛模仿效果表现，这个机制在多数独立同分布的环境下，都不会太过偏离鼓励相容。也对某种有限巨细下离散分布的特别环境举行了分析。

Ron Lavi 等人以为，MP 制大概是“竞价”（pay your bid）拍卖制之外的一个很好选择，由于后者有着出价低与收益低的题目。他们也推测，MP 制在一样平常独立同分布的环境下，应当是靠近鼓励相容的。

“随机取样最优代价机制”（Random Sampling Optimal Price Mechanism, RSOP）根据以下规则运作：

将每个区块中的生意业务随机分派为两组

运算出每一组的把持代价

将每一组算出的代价用于相对的另一组（亦即，只有在对应组中出价高于把持代价的生意业务才会被承受，并同等付出雷同代价）

这一做法的诉求仍旧是要取得某个靠近把持代价的金额，但首要区别在于这（通过计划）消除了单一生意业务对手续费付出代价的影响，由于利用者需付出多少手续费都是由对应组来决定的。只管这仍旧无法完全制止任何代价利用的大概性，但推测环境应当并不严峻。

Ron Lavi 等人的奉献是，他们在这篇论文中提出了一个概念架构，用拍卖理论去决定哪个生意业务可以被打包进各个区块。其首要奉献是提案与分析这两种以拍卖为根底的手续费市场机制。这两种机制从根本大将手续费与区块容量的题目脱钩开来，让我们可以更自由地根据别的安全性考量来决定区块巨细。

这两种机制同时有以下三个利益：

（1）从体系用户手中收取到高收益（这也意味着这一协定拥有高安全性）；

（2）鼓励矿工饰演卖家的脚色，遵守协定；

（3）简化生意业务发行。

同时，两种机制都鼓励到场者直接地表达出他们真实意愿——在这个环境下来说，就是直接表明他们乐意为生意业务付出多少手续费。本日的比特币钱包，其费率估算机制必须权衡当下的堵塞水平来接纳差别的生意业务手续费。而如果根据 Ron Lavi 等人提出的机制，则钱包程式可以不受外在环境或其他人举动因素的影响独立运作。

应用理论盘算机科学证实 MP 制靠近鼓励相容

不外，Ron Lavi 等人所提出的只是一个概念架构，只管 3 人在研究中举行了模仿和分析，仍不敷以揭示出其所提出的创新机制是确实可用的。

究竟上，他们 3 人继 2017 年 9 月发表这篇论文、11 月并在美国斯坦福大学举行的 Scaling Bitcoin 第四届研讨会上发表研究结果后，好像仍未引发太多关注。学术界并没有太多后续讨论该怎样进一步美满并运用英魂这两种创新机制。根据 arXiv.org1 线上预印本资料库网站表现，至今仅有 2 笔引用记录。

然而，在《部门比特币费率计划的鼓励分析》一文中，姚期智却专程对上述两个机制举行研究，并通过理论盘算机科学的分析，为期提供了数学上的支持与左证。