BAS:深入解析EIP 1559，為何說它是以太坊最重要的改進提案

寫在前面：

原文由加密貨幣研究員Hasu和GeorgiosKonstantopoulos聯合完成，通過分析驗證，他們得出結論稱EIP1559是以太坊最值得期待的變化之一。如果得到實施，它將對用戶、礦工甚至以太坊自身的安全產生深遠影響。

此外，在兩位研究者看來，即使是根本不關心以太坊的讀者，也應該了解EIP-1559。

因為其涉及到的彈性區塊大小上限及擁堵控制系統，可能會成為確保比特幣區塊后補貼的重要組成部分。

在這篇分析文章當中，我們解開了EIP1559提案的不同組成部分，使其更易于推理。然后，我們分析了該提案，并和其設計目標進行了對比，最后，我們研究了該提案可能存在的弱點。

EIP-1559的四個設計目標

更好的用戶體驗：比特幣和以太坊等區塊鏈使用的第一價格拍賣機制，盡管很容易實施，也很容易理解，但問題是效率也很低。。最大的問題之一就是費用估算。EIP-1559試圖通過讓所有交易盡可能支付相同的費率，來解決這一問題。在大多數情況下，用戶將只決定是否支付費用，而無需進行競價。由于更好的費用估算，這有望導致較低的費用。

松弛機制：對區塊空間的需求可能不穩定。結果是，一些區塊處于半滿的狀態，而另一些區塊則非常擁擠。松弛機制允許一些區塊變大，而另一些區塊則可以變小。這樣我們就可以實施一個更長期的平均區塊大小限制，但要考慮到各個區塊之間的差異。

更好的安全性：當區塊補貼用完時，只依賴交易費用來獲得安全性的區塊鏈可能會遇到問題。EIP-1559試圖將網絡安全與交易費用分離開來。交易費用被燒掉，然后礦工受到更可靠的永久性區塊補貼的激勵。

江蘇銀行年報：將對區塊鏈等技術持續深入研究:4月20日消息，日前，江蘇銀行年報指出，江蘇銀行將不斷優化IT治理體系，加快重大創新項目建設，對5G、區塊鏈、人工智能等技術持續深入研究，在互聯網貸款、智能投顧、線上票據貼現、線上動產質押、跨境業務等領域落地的產品擴面成勢。（經濟參考網）[2020/4/20]

防止經濟抽象：當用戶可以用任何代幣支付交易費用時，會威脅到原生代幣的儲備狀態和貨幣溢價。通過強制交易消耗特定數量的ETH，EIP-1559試圖使經濟抽象變得更加困難。

EIP-1559是如何工作的？

BASEFEE+Tip

作為第一個構建塊，協議規定了稱為BASEFEE的最低費用。

最低費用通常是不可強制執行的，因為該協議無法阻止關于交易包含的外部價格發現。協議總是可以命令一個價格，但是如果礦工和用戶同意一個較低的價格，用戶可以在協議中向礦工支付費用，礦工可以在協議之外向用戶退款。

EIP-1559通過燒掉整個BASEFEE來解決這個問題，因此不能退還。

由于礦工收取不到任何BASEFEE費用，用戶必須以不同的方式激勵礦工將交易包含在內，這將我們帶到用戶的角度。提交交易時，用戶必須配置兩個值：

首先，他們確定一個GAS_PREMIUM作為包含出價。通常情況下，它必須高到足以補償礦工挖到叔塊的風險。在交易擁擠的時候，它允許交易者之間進行舊的第一價格拍賣機制。

第二，用戶確定一個FEECAP，它代表了用戶愿意為包含內容支付的最高金額。這是必要的，因為BASEFEE實際上可以向上或向下移動，正如我們稍后將看到的，并且設置了不足FEECAP的用戶，應能夠等待之后的區塊包含交易。

吉林省法院部署2020年工作：要深入推進區塊鏈技術創新應用:2月28日，吉林省法院召開網絡安全和信息化領導小組2020年第一次會議，聽取2019年全省法院網絡安全和信息化建設情況匯報，研究部署2020年工作。會議要求，要以重點任務為抓手，全面加快智慧法院建設工作。深入推進區塊鏈技術創新應用，全面加快業務場景的創新應用研發。（新浪網）[2020/2/29]

總而言之，BASEFEE允許該協議強制執行最低費用，而不會激勵形成鏈外市場。它為更靈活的區塊空間利用機制奠定了基礎。

彈性區塊大小上限

區塊大小更多的靈活性，自然是可取的，但允許無限的區塊大小會存在已知的激勵問題。用更大的區塊來推高叔塊率的能力，為礦工集權提供了動力。此外，必須包含驗證成本，以便網絡可以保持無需信任。

這就是彈性區塊大小機制的用武之地。其目標是允許礦工制造更大的區塊，但成本必須是可證明的。孤塊率的增加，本身并不是一個可證明的成本，因為它可以通過增加中心化來減輕，但是按協議收取費用是可以的。

在EIP-1559中，礦工可周期性地超過區塊大小上限，以對突發需求做出反應，當然，這種情況只有在用戶真正有需求的情況下才會發生。BASEFEE原語通過引入實際成本來阻止礦工通過垃圾交易來支撐他們的區塊。

由于EIP-1559使用了兩個值代替了現有的區塊大小硬上限，因此有可能對突發需求做出反應：其長期目標是每個區塊1000萬gas，以及每個區塊2000萬gas的新硬上限。

從長期來看，網絡會上下調整BASFEE以達到所需的平均區塊大小。當區塊低于目標時，費用會隨著時間的流逝而減少，以鼓勵需求。當區塊超出限制時，費用會隨時間增加以抑制需求。變化的大小由距1000萬gas的距離確定，但每個區塊沿任一方向的上限為12.5％。

聲音 | 央行研究局局長：將深入研究完善金融科技監管制度框架等問題:據財聯社消息，央行研究局局長王信今日在數字金融開放研究計劃首屆學術研討會上表示，央行高度總是金融科技應用的相關研發，下一階段值得深入研究的課題包括：Libra等加密數字貨幣有關問題，如是否會形成法定數字貨幣、少數數字穩定幣并存格局；探索數字金融更好地支持實體經濟發展，應開發多元化、全方位金融服務；完善金融科技監管制度框架，發展監管科技，如何將科技巨頭納入宏觀審慎監管框架；加強數字金融基礎設施建設，加強數字金融領域的國際協調合作等。[2019/7/8]

總而言之，BASEFEE調整機制使得用戶可根據區塊空間的利用率自動調整所需的交易費率。

更好的用戶體驗

為了評估用戶和錢包提供商的UX，我們必須考慮系統處于不同的擁堵狀況。

無擁堵狀態：當區塊低于2000萬gas的最大上限時，用戶沒有理由增加他們的tip費用。

結果，包含在區塊中可完全由BASEFEE確定。

愿意支付BASEFEE加最低tip費用的用戶將進入下一個區塊。只要沒有擁堵情況，用戶就可以用固定價格購買區塊空間。這就好比是今天你去亞馬遜購物，然后看到你想要商品的固定價格，而不是在拍賣會上競價一樣。然后，用戶要么接受交易，要么放棄交易。因此，用戶和錢包的費用估算變得高度可預測。

用戶甚至可以將其FEECAP設置為低于當前的BASEFEE，以便在費用較低時等待包含在后面的區塊中。

偶發擁堵狀態：當區塊gas超過1000萬時，BASEFEE開始上升。實際上，它會不斷上升，直到下一個1000萬或更少的gas被開采出來。如果下一個區塊是1000萬gas，那么BASEFEE將穩定在目前的費用水平。如果下一個區塊低于1000萬gas，則BASEFEE將開始下降。

聲音 | 中國平安：深入開展人工智能、區塊鏈、云三大核心技術的研發與應用:中國平安（601318）昨日發布了即將在年度股東大會及H股類別股東大會上的決議資料，其中包括《公司2019-2021年發展規劃》，規劃在發展措施中指出，公司持續夯實基礎，深入開展人工智能、區塊鏈、云三大核心技術的研發與應用，深度賦能核心業務的客戶經營、渠道管理、客戶服務、風險管控等方面，推動業務價值提升和創新公司孵化。[2019/3/29]

這是一個重要的認識。如果區塊超過1000萬gas已有一段時間，則交易會變得非常昂貴，最終將需求推低。交易成本上升的速度有多快？

假設區塊0的BASEFEE為每gas10億wei，以240美元的ETH價格計算，典型的一筆21萬gas交易會花費0.0005美元。僅在10個2000萬gas的區塊后，交易費用就變成了0.02美元，100個區塊之后，交易費用就變成了657美元，這就是指數增長的力量！

圖1

隨著區塊接近2000萬gas的上限，我們希望有緊急交易需求的用戶能夠參與tip費用拍賣，因為該協議已不再采用二進制方式確定其中的優先級。

因此，在出現擁堵時，協議會回到現有的第一價格拍賣模型。

即使在小費拍賣中，BASEFEE的大小對于交易者而言仍然是可預測的。如果BASEFEE在區塊0的虛擬起始值為100，則它最多可以在T1處達到100*112.5%，在T2處達到100*112.5%^2，在T3處達到100*112.5%^3，依此類推。這同樣適用于費用減少的情況。

圖2中的彩色區域顯示了基于其初始值的BASEFEE在未來區塊中可能接收的潛在值。

動態 | 南開大學新設金融科技研究中心 對區塊鏈等科研課題進行深入研究:7月13日，南開大學金融學院金融科技研究中心在天津成立。該中心內設南開大學金融學院金融科技創新實驗室，對金融以及人工智能、大數據、區塊鏈等科研課題進行深入研究，并推動與在金融科技領域全球領先的機構和專家廣泛合作，培養出優秀的研究人才和產業人才。[2018/7/13]

圖2

擁堵加劇的狀態：現在應該清楚的是，EIP-1559允許在短時間內出現較大的區塊。在僅僅30分鐘的突發需求之后，一筆簡單的21000gas交易的BASEFEE將超過1000美元。

BASEFEE恢復到更“正常”水平的唯一途徑，是挖取1000萬gas以下的區塊。

想象一下，已經有持續100個2000萬gas的區塊。為了與前面的例子保持一致，平均交易成本已增加到657美元以上。為了讓BASEFEE回到起點，必須開采89個空區塊。此外，我們還可以開采183個500萬gas的區塊，371個750萬gas的區塊，等等。

圖3

因此，在高度擁堵的情況下，典型的模式是一系列大的區塊，然后是一系列非常小的區塊。這是有意義的，因為具有高時間偏好的用戶，現在可以更快地確認其交易。但最終，BASEFEE超出了交易方的需求，他們不得不等待BASEFEE再次下降。

對此的另一種思考方式是，松弛機制將一些價值相當于容量的區塊從不久的將來拉到眼前。

但它無法產生更多的容量，最終必須償還債務。

松弛機制

在評論了EIP-1559是如何應對擁堵情況之后，我們可以看到它的松弛機制與BASEFEE，在區塊之間的最大變化量密切相關。它調整得越慢，系統就越能優雅地處理需求的變化。

這種變化的一個共同主題是晝-夜或工作日-周末循環的周期性。按照目前的形式，EIP-1559不允許區塊在夜間和白天持續變大，因為這些時段太長，費用會增長到數十億美元，晚上也同樣會迅速降到接近零的水平。

因此，松弛機制是在分鐘——半小時的時間范圍內工作的，但不能超過這個時間范圍。較長的需求會將區塊大小拉向一個方向，例如滿區塊時，其被上升的BASEFEE拉回來的力度就越猛烈。

更好的安全性

很多區塊鏈都有通貨緊縮的貨幣政策，這意味著它們發行的新幣數量會隨著時間的推移而下降。當發行量下降到足夠低的水平時，支撐安全性的激勵就來自于交易費用。EIP-1559與這種只有一種費用的安全模式不兼容，因為大部分交易費不是用于激勵礦工的，而是會被燃燒掉。

因此，可以說EIP-1559允許為礦工提供永久性的區塊補貼，以確保該協議的安全。但考慮這一點的更好說法是：這將使永久性區塊補貼作為一種設計方案更為可取。原因是，費用燃燒對幣的供應起到了通貨緊縮的作用，從而允許在其他地方發行新幣，而不會使整體供應膨脹。

由于具有永久性區塊補貼的協議，能夠為礦工帶來更穩定的收入流，可以公平地說，EIP-1559對以太坊的長期安全和穩定性而言，具有積極的影響。

防止經濟抽象

在應用EIP-1559之前，從技術上來講，交易費用不一定是要用ETH支付。雖然網絡僅支持以ETH支付費用，但理論上用戶可通過元交易使用任何他們想要的token向礦工支付費用。但是，礦工也可以通過MEV間接獲得報酬。例如，一個礦工可以納入一筆無需任何費用的DEX交易，因為他可以通過搶先交易在其他地方賺錢。

EIP-1559在很大程度上解決了此問題。每筆交易的BASEFEE部分都以ETH計價，并且總是被燃燒掉。在這種情況下，無論是誰付款，都會有一部分ETH供應會消失。礦工仍然可自由選擇較低的BASEFEE交易，但前提是他支付了與ETH計價的區塊補貼的差額。礦工在該區塊中賺取的ETH較少，而用戶保留的則更多。必須要有人用以太幣支付這筆交易。

我們說“很大程度上解決了這個問題”，是因為EIP-1559可以防止對BASEFEE的經濟抽象，但它不能阻止tip費用。由于tip費用沒有被燒掉，因此協議就無法強制付款方式或付款地點，那么就有存在鏈下市場的可能。但是，正如我們前面所展示的，在大多數情況下，用戶沒有必要將其tip費用提高到最低要求之上。

可能存在的問題

EIP-1559的一個主要問題是礦工是否能夠操縱BASEFEE，以及他們是否愿意。

當BASEFEE為0時，由于沒有燃燒，礦工會收到用戶的全部出價。還要記住，只有在對區塊空間的需求超出可用供應量時，才會開始進行tip費用競拍。

一旦收費接近于零，礦工們就會有一個簡單的策略，可以將其永久保留在這個水平。如果他們從不開采高于1000萬gas的區塊，BASEFEE也不會增加。如果需求從未超過1000萬gas，則礦工將獲得全部的費用。

但是，對于礦工整體而言，最好的選擇不一定是單個礦工的最佳選擇，這就是集體行動的問題。如果區塊的上限為1000萬gas，并且市場有交易2000萬gas的需求，那么只要有一個礦工，就可以打破聯盟，并納入包含tip費用的交易。

要使其成為穩定的壟斷者，就需要一個礦工激活軟分叉。在MASF中，超過50％的算力將保證忽略任何大于1000萬gas的區塊，從而激勵少數人遵循新實施的規則。

由于這種攻擊向量存在于任何網絡上，因此我們目前不認為它是EIP-1559的特定風險。

總結

我們發現EIP-1559在很大程度上可以實現其承諾。除了非常短暫的高擁擠狀況外，它應該可使費用估算更具可預測性，在這種情況下，系統會退回到已建立的第一價格拍賣模型。由于BASEFEE會以指數方式增長以抑制需求，因此持續的時間并不會太長。

BASEFEE作為一個有趣的構建塊，使得這些好處成為可能。它在協議中設置最低費用的能力，開辟了一個新的設計空間，從彈性區塊大小、永久區塊補貼、更好地抵抗經濟抽象，到未來更好的競拍模型。

EIP-1559很有希望，但這并不意味著它也是最好的。我們僅根據其自我報告的目標來評估現有的一組參數。進一步研究該機制的不同配置，將會是一個好主意。

如果你想復制我們的數字和圖表，或者運行自己的實驗，歡迎訪問我們在GitHub提供的代碼。

最后，感謝SuZhu,PatrickMcCorry,JohnAdler,NickJohnson,DankradFeist,TarunChitra,JamesPrestwich以及CalebTebbe提供的有益討論和反饋。

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