Ethereum EIP-1559 が安定していない可能性があることをご存知ですか?

EIP-1559 は Ethereum コミュニティに利益をもたらすことを目的としていますが、実際には不安定です。ガス料金が高いため、イーサリアムの市場シェアは他のパブリックチェーンから徐々に奪われており、 EIP-1559の発売は一般の人々から大きな注目を集め、大きな期待が寄せられています。 EIP-1559の発売以来、ETHの純発行量は約68％減少し、148万ETHが破壊されたと見られています。これはイーサリアム史上最も強気なきっかけとも言われています。しかし同時に、EIP-1559 の欠陥に関するコメントが広まり始め、EIP-1559 の存在は利益よりも害をもたらすと主張する人もいました。実際、EIP-1559 ではガス料金の高騰の問題は解決されません。経済的な観点から見ると、ガス料金のレベルは市場の需要と供給に依存するため、取引手数料を削減する基本的な方法は容量を拡大することです。しかし、これ以外に、EIP-1559 にはどのような欠点があるのでしょうか?この記事では、EIP-1559 のいくつかの欠点について詳しく説明します。

この記事では、ベースガス価格を使用して EIP-1559 のパフォーマンスを反映します。 EIP-1559 では、トランザクションに新しいフィールドが追加され、新しい形式を使用してシリアル化されます。固有のガス価格を指定する代わりに、料金は支払われる最大ガス価格とマイナーへのチップ（「優先料金」と呼ばれる）として指定され、これによって基本ガス価格を超えてマイナーに支払われる金額が決定されます。チップは正の数でなければならないため、支払われるガス料金は常に基本ガス料金以上になります。トランザクションが処理されると、合計手数料（価格と消費ガスの積）が 2 つの部分に分割されます。基本額がバーンされ、マイナーチップ額がブロックのマイナーに支払われます。

ほとんどのブロックチェーン プロトコルがネイティブ コインを破棄する必要がある場合、それは通常、一方の当事者の不適切な行動を罰するためです。不正行為をした側が報酬を得られる場合、不正行為をした側は他人から非難されることを避けるために自分自身を非難することができます。これらのプロトコルでは、誰が告発したかに関係なく、当事者によって実行される一連のアクションにより、常にコインが焼却されることになります。ただし、 EIP-1559 の場合、トークンが破壊される原因となった同じアクションが、異なる順序または時間で発生すると、トークンを復元できます。 MEV と同様に、トークンは関係者全員が協力できれば収益を共有できます。

プロトコル参加者に対する短期的なインセンティブは次のとおりです。

• マイナーは、ユーザーからより多くの手数料を徴収するか、基本ガス価格を下げることを望んでいます。

• アクティブユーザーは、チップを減らすか、基本ガス価格を下げることで、支払いを少なくしたいと考えています。

• 受動的なユーザーは、より多くのトークンが破壊され、トークンの価値が上がるように、ベースガス価格が高くなることを望んでいます。

全ての活動的な当事者は、基本ガス価格の引き下げから利益を得るでしょう。主な問題は、アクティブユーザーとマイナーが共同でベースガス価格を下げることが難しいことです。調整の障壁は次のとおりです。

（１）両グループは匿名かつ動的であり、

（２）アクティブユーザー数が多い

（３）調整には、初期段階で時間や費用がかかる。

（４）脱走者は計画を妨害する可能性がある。

（５）残りのユーザーは、共同の取り組みに参加することなく、より低い手数料で取引し、基本ガス価格を上げることで、この状況を利用することができる。

EIP.-1559 は調整を否定しているが、EIP は、ベースガス価格を下げるために現在存在する大きなインセンティブを予見していなかった可能性が高い。現在、優先チップはガソリンの基本価格の 6% 弱を占めています。つまり、マイナーは基本手数料を下げることで取引手数料から 16 倍の収益を得ることができます。 Eric Voskuil の暗号経済学に関する本では、取引手数料は検閲耐性のコストであり、Ethereum は現在、検閲耐性に対して支払う手数料が少なすぎると説明されています。これは、少なくとも理論上は、すべての取引が簡単に抑制される可能性があることを意味します。取引に対する意欲が減退すると、ベースガス価格が急速にゼロに下がり、ウォレットが変化に適応するにつれてマイナーの収益が増加します。

ベースガス価格がゼロに下がった場合、ユーザーとマイナーは両方とも節約した金額を 50/50 で分け、将来の取引に使用することができます。ユーザーは 50% の割引で取引しますが、マイナーは取引手数料から 8 倍の収益を得ます。支払われた取引手数料（バーンされた金額 + バーンされなかった金額）がブロック補助金と同等になったため、支払われたブロック報酬が 50% 増加します。マイナーの純利益は電気代やその他の運営コストのため報酬のほんの一部に過ぎないため、たとえ新しい収益の 50% がユーザーと共有されたとしても、この新しい収入源は純利益の 300% 増加を表す可能性があります。これは明らかに非常に流動的な状況です。もしイーサリアムブロックチェーンが2つのグループを調整できたり、取引を検閲できたりすれば、EIP-1559はゲームオーバーになります。

完璧に調整されたシステムによって、取引の基本ガス価格が魔法のように瞬時にゼロに下がった場合、より多くのユーザーが取引を試み、取引手数料は以前と同じレベルに戻ります。ただし、マイナー間の調整システムが存在すると仮定すると、基本ガス価格は永久にゼロのままになる可能性があります。マイナーは以前よりも 400% 高い安定した純収入を得ることになります。

この記事では、基本ガス価格の引き下げを調整するためのいくつかの方法（安価なものも含む）を示しました。これらの調整メカニズムの一部は不完全で、最初は失敗する可能性がありますが、一般的に脆弱性は悪化する一方だと言われています。人々は目標を達成するために調整システムを完成します。調整を実現する方法がこれほど多く存在するということは、EIP-1559 の下での Ethereum ネットワークの現在の脆弱な状態を示しています。

この記事で紹介されている研究で特に欠けているのは、Ethereum ウォレットの手数料管理コードの分析です。ウォレットは、以前の EIP-1559 ウォレットと同様に、ベースガス価格の引き下げを適切に処理し、トランザクションを確認するためにチップを任意に増加させることが期待されます。ただし、ウォレットは、古い手数料市場が再び稼働するのを防ぐために健全性チェックを実装する場合があります。より詳細な分析を行うには、既存のウォレットのソースコードを調べて、EIP-1559 と互換性のあるウォレットに、基本ガス価格を超えることを防ぐハードコードされた制限があるかどうかを確認する必要があります。

同様に重要なのは、PoS の統合が近づくほど、PoW マイナーが個別にも集団的にも行動するインセンティブが高くなることです。

「典型的な」51%攻撃を伴わないマイナーの調整

私たちは、マイナーの大多数（ハッシュレートで言えば 60%）がベースガス価格を下げるために協力する意思があると想定しています。私たちは彼らを「協調多数派（CM）」と呼んでいます。 CM にはブロック ガス制限を任意に増減する機能があり、最初の調整方法ではこの機能を活用します。

EIP-1559 は、CM グループの存在を 51% 攻撃と比較します。しかし、そうではありません。典型的なマイナー 51% 攻撃は、少数のマイナーのブロックを破棄して、大多数のマイナーの利益を増やすことです。 CM では、大多数の鉱夫が少数派に利益をもたらします。マイナーの観点から見ると、これは攻撃の反対であり、寄付です。マイナーの合理的な観点から見ると、政治的な理由で CM に参加しない場合でも、すべてのマイナーは舞台裏で CM に協力するインセンティブがあります。

これが、基本的なガス価格統制メカニズムを回避する最初の方法になります。現在のブロックのガス制限は 30M ガスです。マイナーの 60% が 1500 万ガスを消費するブロックを作成し、残りのマイナーが 1 億 2000 万ガスまでブロックを埋めると、これは 5700 万ガス/ブロックのスループットに相当します。 BSC チェーンのブロック ガス制限は 80M であり、一部のブロックが満たされるため、ガスの需要がこの提案を満たすと想定できます。したがって、CM がブロックのガス制限を 4 倍の 120M に増やすことを決定し、CM が自身のブロックで消費されるガスを 15M に人為的に制限した場合、すべてのマイナーが勝利します。ガス価格の低下がスループットの増加に反比例しているにもかかわらず、これは当てはまります。

この戦略がすべてのマイナーに利益をもたらす理由を説明すると、少数派がブロック内の利用可能なすべてのガスを完全に消費した場合、各非 CM ブロックは基本ガス価格を 12.5% 増加させることがわかります (プロトコルで許可されている最大の増加率)。 1500 万ガスを目標とする各 CM ブロックにより、基本ガス価格が 10.9% 下がります。 CM はブロックの 60% を採掘するため、結果としてベースガス価格は継続的に純減します。基本ガス価格を 90% 削減するには 190 ブロックかかります。

この攻撃には、CM がガス制限を 120M に上げる準備フェーズが必要であり、これには 1422 ブロック (約 6 時間) が必要です。このような短い時間では、コミュニティはハードフォークどころか、対応を調整する機会もありません。しかし、ガス供給が急速に拡大する時期に何が起こるかは不明だ。上昇期に需要が供給に追い付かない場合は、ガスの基本価格が下がる可能性があります。供給を拡大するだけでベースガス価格をゼロにすることが可能であり、チップも減少し、結果としてマイナーの報酬が純減することになります。 CM はこれを将来の利益のための投資と見なすことができますが、今日のイーサリアムの価格 (6 時間の収益) では、「投資」は 80 万ドルになる可能性があります。しかし、私たちはより良い調整メカニズムを考え出すつもりです。

51%攻撃のためのマイナーの調整

ブロック制限が 120M Gas に引き上げられたが、CM が 15M Gas を超える消費をする非 CM マイナーからのブロックを孤立させ始めたと仮定すると (51% の「攻撃」)、ベースを減らすには、Gas 価格が元の値の 10% の 24 ブロックだけが必要になります。他のマイナーとのオープンで孤立した戦争を避けるために、CM= はすべてのマイナーに 1 行のコード パッチ (または構成の変更) を事前に提供し、マイナーがブロックを人為的に 1500 万に制限するようにします。

最終結果として、6 時間以内にブロックのガス制限が 120M に増加し、ネットワークが 15M ガス ブロックに制限され、すべてのマイナーが各ブロックで 2 つ以上の追加 Ether を収集し、収入が 2 倍になります。

第三者調整

EIP-1559 は、需要が高い期間を除いて、すべてのブロックを約 50% 埋めることを目指しています。 EIP-1559 の特徴の 1 つは、すべての奇数ブロックが空で、すべての偶数ブロックが 30M Gas で 100% 満たされている場合 (同じ平均ターゲット スループットを達成している場合)、基本 Gas 価格が引き続き低下することです。空ブロックと満ブロックが 300 回交互に繰り返された後 (約 1.25 時間)、基本ガス価格は元の値の 10% に達しました。マイナーの 100% が空の奇数ブロックを作成することを決定する必要はないことに注意してください。マイナーの 30% だけが空の奇数ブロックを作成する場合、300 ブロック後には基本ガス価格が 50% 下がり、1000 ブロック後 (約 4 時間) には再び 90% 下がるため、マイナーの大多数は必要ないことがわかります。

すべてのマイナーがブロックの 47% 未満を埋めた場合、基本ガス価格も下がり、316 ブロック後に 10% に達しますが、スループットは 1.5% わずかに低下することに注意してください。

空のブロックを採掘することでマイナーに生じる一時的な損失を補償する損益分岐点は 1.25 時間早まります。マイナーの 40% のみが参加し、わずか 15 分 (60 ブロック) で基本ガス価格が 20% 下がる可能性があり、これは空のブロックによって生じる損失を補うのに十分です。ベースガス価格の下落スパイラルが始まりました。

これからは損益分岐点達成に向けて第三者の協力を仰ぐことになります。 15 分間空のブロックを作成したマイナーに報酬を与え、空のブロックを作成する際に全員に発生する可能性のある損失を補償し、さらに 10% のボーナスを与えることに投資する Charles という名前の隠れコーディネーターがいるとします。 15 秒ごとに 1 つのブロックがあると仮定すると、チャールズの最大コストは、ボーナスを提供するために 60 ブロックで支払われたはずのチップ (空のブロック プロデューサーへの 30 チップ) に 1.1 を掛けたものに相当します。 ETH の価格が 3200 ドル/ETH、各ブロックに 2.12 ETH が含まれ、2 ETH がユーザーが支払う手数料で破棄されると想定します。

チャールズが過去 15 分間の平均チップをガイドとして使用すると仮定すると、予算は 13,000 ドルになります。参加率がわずか 40% の場合、市場がガス供給の上限に応じてチップ額を増やすと、わずか 15 分後にはすべてのマイナーが合計で最大 4 万ドルの手数料を獲得し、損失を被るのを防ぐことができます。参加した40%は16,000ドルの追加収入を得た。

Charles は、偶数/奇数マイニング モデルの継続に対するインセンティブを作成するために、オンチェーンで寄付を受け入れることができますが、これは必須ではありません。

チャールズは、空の奇数ブロックのマイニングに参加する人が 40% 未満の場合にのみボーナスが支払われると言うことができます。これは、マイナーが決してお金を失うことがないことを意味します。チャールズが彼らに補償するか、より高いガス価格をチップするユーザーから補償されるかのどちらかです。最も可能性の高い結果はマイナーの参加であるため、チャールズは賞金を節約し、次のラウンドで再利用することができます。マイナーがベースガス価格を下げる能力に気付いた後、チャールズが去ったとしても、マイナーは空の奇数ブロックを新しいシェリングポイントとして採掘し続ける可能性が高いでしょう。下降スパイラルが始まった。

スマートコントラクトによる調整

新しいシェリングポイントに到達できるとは思わない、または第三者がそれを調整できるとは思わないという場合は、スマート コントラクトの力で同じ目標を達成できることを示します。つまり、外部の当事者である Charles を、マイナーをまとめるオープンで安全なスマート コントラクトに置き換えることができます。これをコレクターと呼びましょう。マイナーは、外部のエンティティを信頼せずに、Gatherer と直接対話します。マイナーが契約を理解している限り、どのマイナーでも連鎖反応を引き起こし、マイナーの収入を増やすことができます。

明らかに、BLOCKHASH オペコードを使用して過去 15 分以上のブロックのハッシュを取得し、Ethereum で収集プログラムを構築することは可能です。収集者は、ユーザーまたはマイナーが完全なブロック ヘッダー情報を収集者コントラクトに送信するために何らかのインセンティブを提供する必要があり、収集者はこの情報が安全に取得されたブロック ハッシュと一致するかどうかを確認します。ブロック ヘッダーを通じて、コントラクトは過去のブロックに関するすべての情報を把握し、どのマイナーが空の奇数ブロックを作成したかを検出し、それに応じて補償することができます。トランザクション ルート ハッシュは空のトライ ハッシュに対応するため、空のブロックを検出するのは簡単です。結局のところ、調整はイーサリアムの利点です。

収集者は賞金を支払うか、さらに 15 分間使用するかを簡単に決定できるため、最も可能性の高い結果は、収集者に必要な初期投資が 13,000 ドルのみで、それが永久に続くというものです。ガス供給が不足しているためにチップを上げるのにさらに時間が必要な場合は、賞金と賞金時間を延長することができます。これは実現可能性の問題ではなく、パラメータ化の問題です。

少数の鉱山労働者と個人ユーザーの調整

EIP-1559 の望ましい特性の 1 つは、ユーザーが取引手数料をより正確に見積もることができ、過払いを回避できることです。しかし同時に、基本ガソリン価格は混雑状況に迅速に適応する必要があります。現在、ガスの基本価格が 1 日で 100% 上昇するのはよくあることです。

手数料の大きな変動により、ユーザーはマイナーと固定料金を交渉するインセンティブが生まれます。これから説明するように、Mina と呼ばれるマイニング プールは、空のブロックをマイニングすることで大幅な収益の増加を得ながら、ユーザーに低い取引価格を提供できます。 EIP-1559 はこの問題を提起しながら無視しています。空のブロックを採掘しないマイナーは Mina の計画を損なうことになります。しかし、私たちのシミュレーションではそうではないことが示唆されています。

Mina のビジネスは、次のように行われます。Mina は、Mina の「個人顧客」と呼ばれるユーザーに対して固定料金の契約を提供します。この商品はブロック番号で指定された期限まで有効であり、個人顧客が期限前に特定の取引を二重に使用しようとした場合、罰金を科されることに同意するものとします。

ペナルティ メカニズムは、Penelope と呼ばれるスマート コントラクトによって実装されます。個人顧客が預けた担保は、ペネロペの 2 回の取引にかかるコストとほぼ同額です。クライアントがノンス N を含むプライベート トランザクション T を Mina に送信すると、期限 D までに二重支出 T´ を作成しないことを表明するメッセージ M にも署名します。署名するメッセージは次のとおりです。「ノンス N は、ブロック D までトランザクション TxId(T) 用に保持されます」。プライベートトランザクション T は、プライベートクライアントと Mina の間で交渉された現在の基本ガス価格よりも低い (つまり 3%) 最大手数料を指定します。プライベートクライアントがノンス N を二重に使用した場合、Mina は証明を Penelope に送信し、報奨金を徴収します。 Mina の個人顧客は大規模な暗号通貨取引所である可能性が高いことに注意してください。

Mina は、同じプロトコルの下で他のクライアントから必要な数のプライベートトランザクションを自由に収集できるようになりました。 Mina が十分なコミットメントを収集した場合 (たとえば、ブロックをいっぱいにできる場合)、保留中のガスが市場から削除され、Mina が空のブロックをマイニングする前であっても、いっぱいになったブロックのガスの数は少なくなり、基本ガス価格も低くなることに注意してください。

現在、イーサリアムでは、平均チップは基本ガス価格の 6% 未満です。説明を簡単にするために、基本ガス価格が 100 トークン、平均チップが 6 トークンであると仮定します。ミナの個人顧客との取引で彼女に支払われた金額は最大で 103 トークン (106 トークンより約 3% 少ない) でしたが、チップは 15.5 トークン (他の 6 トークンよりはるかに高い) と指定されていました。これらのプライベート トランザクションは、基本ガス価格が 100 のブロックでは無効であるため、Mina はこれを悪用できません。Mina は待機します。すべてのブロックが半分埋まっていて、基本ガス価格が安定していると仮定します。ブロックのガス制限が 30 ガス単位であると仮定します。ここで、空のブロックをマイニングすることで、Mina がこれらのプライベート コントラクトからどのように利益を得るかを説明します。

Mina はトランザクションがいっぱい入ったブロックを収集すると、空のブロックのマイニングを開始します。空のブロックを採掘するたびに、基本ガス価格が 12.5% 減少し、基本ガス価格は 87.5 コインになります。空のブロックをマイニングした後にブロックをマイニングした場合、プライベートトランザクションでブロックを埋めることができ、使用したガスユニットごとに 103–87.5=15.5 トークンを受け取ることができます。彼女はブロックを30Mガスまで完全に埋めたので、15.5*30=465トークンを受け取りました。空のブロックを採掘するたびに、収益が約 6*15=90 トークン失われます。つまり、ミナが 5 ブロックごとに 2 つのブロックを連続して作成できる限り、プラスのリターンを得ることができます。

ハッシュレートの 45% を持つマイナーは、5 ブロックごとに 1 つのブロックをマイニングするのではなく、連続して 2 つのブロックをマイニングする可能性が高くなります。したがって、マイナーの大多数がベースガス価格の引き下げから利益を得る必要があると想定するのは誤りです。なぜなら、マイナーの 45% が実際に利益を得ることができるからです。

ここでは、空のブロックをマイニングした後、残りのマイナーがブロックを埋めて、それまで消費されなかったガスをすべて消費すると想定していますが、必ずしもそうとは限りません。すべてのガスが消費されない場合、Mina の戦略により、全体的な取引コストは一定のままで、ベースガス価格の持続的な低下が引き起こされ、すべてのマイナーの利益となる可能性があります。実際には、確認が遅れた場合にチップを増やすようにウォレットがどのようにプログラムされているかによって、実際に何が起こるかが決まります。

ミナの戦略が残りのユーザー（ミナと個人契約を結んでいないユーザー）に与える影響についてはまだ評価していません。 Mina の戦略を知っていれば、トランザクションを実行したいユーザーは、より低いベースガス価格のブロックが作成されるまで待機し、その後すぐにトランザクションをブロードキャストして、より低い最大手数料を設定して、低いベースガス価格でブロックスペースを競うことを決定する可能性があります。前の例の数字を使用すると、チップが 10 トークン、最大手数料が 100 トークン、節約が 6 トークンになる可能性が 1 つあります。この戦略は、Mina を含むすべてのマイナーに利益をもたらします。ブロックが空になった後、マイナーの収益はほぼ倍増しました。したがって、たとえ彼らがミナの一員でなくても、彼らの動機は依然としてミナを守ることです。

自律採掘とEIP-1559

ブロックスペースを事前販売したいが、フリーライダーが自分の空のブロックを追随することを望まないマイナーは、自律マイニングを試みて、2 つのプライベート ブロックを連続して作成し、それらを一緒に公開しようとする可能性があります。これが不可能な場合は、最初のブロックが解放され、後でアンクルとして組み込まれ、ブロック補助金の少なくとも 1/8 が失われます。現在、手数料の 80% が基本ガス価格から優先チップに移行された場合、手数料はブロック補助金よりも高い収入をもたらすため、ハッシュレートの割合が高いマイナーにとって自律マイニングは合理的な戦略になる可能性があります。同様に、ベースガス価格の下落が引き起こされると、ベースガス価格がゼロで終了する可能性があります。

EIP-1559がPoSを「マージ」した後

Ethereum PoS コンセンサスにおける EIP-1559 の問題の 1 つは、マイナーが 2 つのブロックを連続してマイニングできるタイミングを事前に知っていることです。マイナーは、平均ガス価格よりも低い価格でブロックスペースを事前販売することができ、連続して 2 つのブロックをマイニングする順番が来たら、空のブロックをマイニングしてから、プライベートで埋められたブロックをマイニングします。リーダー選択のオープンな性質により、Ethereum PoS ではマイナーが前または後続のマイナーとアクションを調整して基本ガス価格を下げることも容易になります。

解決

EIP-1559 インセンティブ問題に対する完璧な解決策を見つけることはできません。私たちが提案する解決策は、基本手数料の一部（つまり 20%）のみを破棄し、残りをマイナーに渡すというもので、これはマイニング プールよりも望ましいものです。

いくつかの変更により、調整のインセンティブが減少する可能性があります。最も簡単なパッチは、ベースガス価格の変化率を 12.5%/ブロックから 3%/ブロック程度に下げることですが、これにより、ユーザーに輻輳を通知するための EIP-1599 のプロパティが変更されます。それでも、スマートコントラクトを介した長期的な調整を妨げるものは何もありません。もう 1 つの部分的な解決策は、ブロック サイズのハード制限を 30M に設定することです (これを実行しようとする EIP がいくつかあります)。

EIP-1559 によりトランザクション検閲のコストが許容レベル以下に削減されたため、消費される手数料を削減しなければコストを削減することはできません。提案された変更がなければ、EIP-1559 が安定するか不安定になるかは、時間が経てばわかるでしょう。鉱山労働者に対するコミュニティの圧力により、たとえ EIP-1559 を回避しないことが不合理であったとしても、リスクを軽減できる可能性があります。

要約する

EIP-1559 は、Ethereum コミュニティ、特に受動的な Ethereum 保有者に利益をもたらすことを目的としていますが、不安定化を招くと考えています。すべてのアクティブな参加者が調整から高い利益を得ることができ、調整のコストが低い場合、EIP-1559 を以前の状態に戻す変更をトリガーするために必要なのは 1 つのスパークだけです。一連の出来事により、新たな逆シェリングポイントに急速に収束し、基本ガス価格がなくなる可能性があります。問題の根本は、トランザクションの検閲によってベースガス価格を変更できることであり、イーサリアムの検閲コストは非常に低くなっています。平均スループットが 1 ブロックあたり 1,500 万のままであれば、奇数ブロックでのトランザクションを抑制するコストは、現在の ETH 価格で 1 時間あたりわずか 77,000 ドルになります。

本稿では、一部のプレーヤーが離反する可能性があるものの、調整によって進展が見込める敵対的な状況で調整を実現するための 6 つの異なるアプローチを示します。また、スマート コントラクトの Ethereum 調整機能を使用して、EIP-1559 を削除するという共通の利益を促進する方法も示します。 EIP-1559 が非アクティブ ユーザーに利益をもたらし、アクティブ ユーザーに損害を与えるという事実は、非アクティブ ユーザーが EIP-1559 の削除に協力し始めたときにブロックチェーンの状態に注意を払っていない可能性があるため、不安定になります。

出典: medium

セルジオ・デミアン・ラーナー

編纂者：陳一万峰