以太坊交易费市场改革：EIP 1559 会引发公平性问题吗

ArthurSlava

1. 背景

改革以太坊的手续费机制、谋求更好的交易费分配方式，在以太坊社区里已经讨论了很长一段时间了。早在 2015 年 7 月以太坊创世块诞生前，创始人 Vitalik Buterin 就分享了关于将来如何改变交易费市场的想法，还提到了销毁交易费的可能性。2017 年，Vitalik 写了一篇文章，提到了交易手续费销毁对成立一种 “交易媒介” 货币的意义。


这些想法当然引起了以太坊社区成员的兴趣，但是如果没有一个具体的执行提案，这些想法就仅限于学术探讨。当时，交易费市场改革并不是亟待解决的问题，因为以太坊交易费并不高。的确，纵观以太坊的早期发展阶段，Gas 价格远低于矿工所估计的最低合理价格(estimated ‘rational’ minimum)。虽然在 2017 年的 ICO 热潮期间，短暂的需求高峰曾导致网络拥堵，但是总体来说，用户只需要支付极低的交易费即可轻松达成交易。
然而，2018 年初，这种情况发生了改变。以往的区块里总有未用完的 Gas，现在每个区块的 Gas 都用光了还不足以应付。由于谜恋猫（CryptoKitties）等应用对 Gas 需求很高，以及打着 “交易即挖矿” 旗号的代币交易所 FCoin 兴起，以太坊网络出现了较长时间的拥堵，想让交易在合理时间范围内打包进区块所需的 Gas 价格暴涨。
对于新用户来说，理解以太坊的 Gas 价格机制始终是一大挑战，在出现网络拥堵以及 Gas 价格剧烈波动的情况下，难度就更大了。聪明的用户可以使用 ethGasstation.info 等新型工具来判断合理的 Gas 价格，而且越来越多 Metamask 之类的钱包都内置 Gas 价格估算工具。尽管如此，据区块链数据显示，一些用户支付了过高的 Gas 费用，而且反复出现的拥堵情况反映出，现有的解决方案并不能完全解决这一问题。

2. EIP 1559 提案

就是在这个背景下，Vitalik 在 2018 年 7 月发布文章详细说明了一个交易费市场改革的提案（之后，这个提案的内容又被写入一篇关于资源定价的文章中）。该提案引入了一种新的交易费机制，把用户支付的交易费分成两个部分：一部分是由协议确定并交由协议处置的 “基础费（basefee）” ，另一部分则是支付给矿工的佣金（由用户设定，现在通常被称为 “小费” 或 “贿赂” ）。该机制的目标是让区块的使用率维持在半满状态（而一个全满区块的大小是当前以太坊区块大小的两倍），并根据需求量来调整基础费费率（以使实际使用量趋于半满状态）。由于矿工打包交易所需的补贴几乎不随需求量而变化，用户只需支付较低的小费，因此大多数用户都不需要更改。这样一来，交易费会变得简单很多，用户无需再去理解复杂抽象的 Gas 机制。这是一大进步。


那么问题来了，协议应该如何处理基础费？从表面上来看，似乎有四种可能：

• 将基础费发送给某个基金（如，开发者基金）；
  
• 将基础费奖励给挖出当前区块的矿工；
  
• 基础费由之后挖出区块的矿工共享；
  
• 将基础费销毁
  

首先就可以排除方案 1 ，因为中心化基金可能会带来一场治理噩梦。方案 2 也不可行，因为这会激励矿工用垃圾交易来填满区块，无论用户对区块空间的需求如何，都会推动基础费上调。只有方案 3 和 4 可以选择。


最后的选择是方案 4 ，其中一个原因是这会带来另一个好处，即，ETH 会变成以太坊上交易的燃料。这有助于避免费用泛化（economic abstract）的威胁，有些人担心费用泛化会导致以太币经历死亡螺旋，极大地破坏整个网络的安全性和生存能力（译者注：费用泛化指允许用户使用其它 token 而非 ETH 来支付手续费）。至于为何会选择方案 4 ，还有其他原因，将在下文的 5 至 7 节中讨论。
这次，有了具体的提案，以太坊社区产生了强烈的兴趣，并在此基础上提出了 EIP 1559 。不出所料，ETH 持有者对于销毁基础费所产生的经济影响非常乐观。这就相当于股票回购，所有 ETH 持有者都能基于自己的持有量从中受益。这种热情体现在 EIP 1559 社区众筹基金的成立上。迄今为止，该基金在 Gitcoin Grants 第六轮赠款计划中获得的赠款是最多的。

3. 来自开发者的担忧

尽管如此，EIP 1559 一旦实行，将成为以太坊诞生以来最重大的经济机制改革。此外还会给钱包开发者带来很多工作量，他们需要相应调整用户界面。因此，经验丰富的以太坊开发者对 EIP 1559 的态度非常慎重。其中，Metamask 的 Dan Finlay 的观点常被拿来引用。他指出，由于 EIP 1559 将 “基础费” 参数交由矿工决定，为避免收益减少，矿工会尽可能降低基础费。如果矿工成功做到了这一点，EIP 1559 会让交易费市场回归最高价拍卖模式，用户依然需要通过竞价的方式让自己的交易被打包到链上。


为反对 EIP 1559，Dan 提出了 “Escalator” 提案。这个提案同样是为了解决用户体验问题，可以实现更高效的价格发现，同时又不需要将基础费参数的控制权交给矿工。这个提案给出的解决方案也很优雅，但是迄今为止还没有得到与 EIP 1559 同样多的支持。一部分原因可能是 EIP 1559 还解决了经济抽象等其它问题。当然了，Escalator 提案在以太坊社区中也不是很受欢迎，因为以太坊社区成员倾向于长期持有 ETH ，因此更喜欢销毁基础费的提案。顺带一提，还有一种方案是将 EIP 1559 和 Escalator 提案相结合，取二者之长，但是目前还没有细化成 EIP 。
还有其他资深以太坊开发者，如以太坊域名服务（ENS）团队的 Nick Johnson，也表示对 EIP 1559 背后强劲势头的担忧，因为从根本上改变以太坊交易费市场的博弈论基础所产生的影响和可能带来的风险尚未可知。显然，在没有完全了解影响之前，彻底改变以太坊的核心经济机制是愚蠢之举。

4. 研究推进

2020 年，由于稳定币、去中心化交易所和其它 DeFi 应用大受欢迎，以太坊对 Gas 的需求量持续增加。因此，从 2020 年 6 月至 8 月，以太坊交易费几乎每天都高于比特币交易费，只有 8 天例外。反直觉的是，如此高的交易费可能会给以太坊区块链带来麻烦。一群研究者辩称，随着矿工的收益来源重心从区块补贴转向交易费，以太坊会变得不稳定，安全性也会受到极大威胁，因为攻击者可以发动一些无需掌握 51% 算力就能实现的攻击。与此同时，Gas 市场的剧烈波动性和相应的用户体验问题仍未得到解决。


通过减少矿工的交易费收益，并维持区块奖励在矿工收益中的主导地位，EIP 1559 能够有效避免这一问题。因此，以太坊团队正在大力推进 EIP 1559 的评估工作，研究未来通过硬分叉实现 EIP 1559 的可行性。例如，以太坊基金会 Robust Incentives 小组的 Barnabé Monnot 负责建模与模拟工作，还有算法博弈论研究者 Tim Roughgarden 最近发布了一篇分析文章，对 EIP 1559 进行了严格评估。
与此同时，EIP 1559 相关的客户端实现工作也在推进中。截至 2020 年 8 月底，已经有两个以太坊客户端实现了 EIP 1559，并且正在运行早期测试网来解决规范和实现问题。除了核心的以太坊客户端之外，Filecoin 和 Celo 网络也在测试实现。
人们在 EIP 1559 上投入了大量研究资源，目前尚未发现任何可行的攻击途径。其中一种能想象到的攻击是算力串谋。但是，正如 Micah Zoltu 在文章中提到的那样，即使掌握 51% 算力的利益集团形成并试图操控基础费，矿工各自的私人利益也会使之脱离卡特尔。这与针对 PoW 区块链的 51% 区块审查攻击不同，后者可以通过无视非集团成员挖出的区块，只让集团成员挖出的区块上链，以此获得双倍收益。
虽然 EIP 1559 的研究继续推进，我们或许会发现其经济机制存在严重的缺陷。如果没有发现严重缺陷，我们或许可以乐观地认为，EIP 1559 是可以执行的。

5. 以太坊的区块空间属于谁？

因此，我们可以初步得出结论：我们可以安全地在以太坊上实现 EIP 1559 。但是，我们 应该 这么做吗？这就是本文标题中提到的公平问题。就因为矿工承担了处理交易的工作，他们就有权获得所有交易费作为奖励吗？


以太坊 2013 年的白皮书指出，事实并非如此。不同于比特币矿工，以太坊矿工承担守护网络安全的职责，并 永久 获得区块奖励作为补贴。目前，区块奖励固定在每个区块 2 ETH ，此外还有来自叔块（不包含在合法链上的区块，但是叔块的矿工可以获得部分区块奖励）的收益。因此，并没有要求说交易费应该足以支付保护网络的成本。这是一个优势，因为交易费变化很大，无法保证它一定要满足网络安全性之需。
另外，并非所有交易处理工作都由矿工完成，因为交易所导致的状态膨胀（state bloat）的成本由全网承担。虽然所有全节点都承担了这一成本，但是只有矿工得到了奖励。用户也付出了机会成本，因为当 Gas 价格过高时，他们无法执行原本有利可图的交易。因此，以太坊的区块空间在任何意义上都不属于矿工，而是应该视为 “公共土地（commons）”。矿工收取高昂交易费就好比是在 “公共土地” 上收取租金，因为矿工打包交易的成本远低于他们获得的收益。

6. 公平补偿

要想理解交易费中的哪一部分是矿工应得的补偿，哪一部分是 “公地租金”，我们需要知道矿工处理交易实际付出的成本是多少。正如第一节中指出的那样， “最低合理价格” 就是矿工打包交易的边际成本。这是由于（打包需要耗费时间）矿工的区块可能变成叔块而带来的机会成本。这个概念是从最初应用于比特币的方法扩展而来。(1)(2)


矿工打包交易的成本很难得出准确的数据，而且这个数据会随着客户端实现的改进和在以太坊虚拟机上执行特定操作所需消耗的 Gas 量变化而变化。因此，上文提到的 Vitalik 所做的相关研究已经过时了，而且很难获得数据来得出最新的估计。尽管如此，客户端性能提高意味着矿工成本可能比之前更低，然而他们所获得的交易费却大幅增加。
幸运的是，EIP 1559 所提议的新型交易费市场可以为我们解决这个问题。理性的矿工只会打包那些给足小费/贿赂的交易。那些不急着让自己的交易被打包的用户可以支付较低的小费，那些争分夺秒的套利交易者可能会支付更高的小费。一般而言，小费不会像 Gas 价格那样剧烈波动。大多数用户都能接受钱包的默认值，无需再担心 Gas 价格激增的问题。
凡是超出公平补偿的部分都可视为 “交易费盈余（fee surplus）” 或 “交易红利（transaction dividend）” 。这就是 EIP 1559 的基础费。如果不属于矿工，那么基础费应该归谁？

7. 如何分配交易费盈余

第二节中提到的四种方案中，只剩下 “销毁基础费” 可以选择。基础费被销毁后，所有 ETH 持有者都将受益。这是他们应得的吗？我认为是的，而且有两个原因。


第一，由于以太坊的增发机制，ETH 持有者需要承担通胀所带来的损失。因此，网络运转所产生的盈余应该以合理的方式归还给 ETH 持有者作为回扣。有时，交易费盈余可能等于或大于区块奖励，但是无论交易费是否足以支付安全性成本，最后都是 ETH 持有者在为保护网络安全性提供资金。
第二，ETH 并未唯一一种受益于网络安全性的资产。以太坊保护着大量资产：稳定币、合成资产、预测市场结果、流动性份额、股权代币和一众 ICO 代币。这些资产都享受以太坊带来的安全性，却没有分担成本。因此，当前的交易费市场对 ETH 尤为不利。EIP 1559 有助于解决这一问题，并且通过最大程度减少 ETH 的净发行量（甚至出现负增长），让真正守护网络安全性的 ETH 的价格达到顶点。