区块链协议的外部性

当您深入研究区块链协议的机制时，总是希望了解这个复杂系统的内部工作原理，从而您会发现自己在研究更广泛的主题。从公共资源池到多代理系统的动态，这些主题只是您可能会研究的其中几个而已。

区块链的经济建模无疑是一个有趣的话题。在高水平上，区块链是一个不断变化的多主体经济网络。块大小、难度和交易成本的参数通过模糊的投票和聚合过程不断变化。这些参数中的每一个都会在市场参与者中引发连锁反应。

将事务包含在块中并在整个网络中处理的价格战源于一个双边的共同资源问题。一方面，用户必须在块中竞争事务空间，另一方面，矿商将决定块的大小。与此同时，矿商会选择性地进行他们想要的交易。在大多数现有的平台上，用户参与第一次价格拍卖，将交易分成区块，以固定价格发送费用。然而，矿商可以采取多种行动; 例如，矿主可以接受贿赂，优先获得可用的交易空间，或者在战略上甚至是恶意地对用户和全球网络采取行动。

此外，区块链协议依赖于在整个网络上验证事务。要做到这一点，每个矿工都要验证每个事务，这是一个浪费但重要的过程，我们需要确保整个一致过程的安全性。因此，一个块的大小和内容在全球网络上产生了更多的外部性。建议矿商采取行动的块会导致系统中所有其他矿商和验证器的外部性。

定义:外部性是指影响一方的成本或利益，而该方没有选择接受该成本或利益。

公共资源池

我们将首先解构区块链展示的一些市场机制，希望为优化网络打下坚实的基础。让我们从一个概念开始，这个概念是这个复杂的经济系统的基础：一个共同的资源池。

定义:公共池资源是由自然或人工系统(如渔场)组成的一种商品，其大小或特点使其成本高昂与否，但并非不可能排除潜在受益者从其使用中获得利益。

渔场是公共池资源的一个很好的例子。由于世界上鱼的数量是有限的，每捕获一条鱼世界上就会少了一条鱼。于是鱼成为了一种具有竞争性的好东西。

定义:如果一个消费者的消费阻止了另一个消费者的消费，那么一种商品就是具有竞争性的。

类似地，我们可以将其扩展到区块链生态系统。如果我们主要讨论的是区块链中的块(包含事务的数据结构)，那么空间或在块中添加事务都是公共池资源。如果事务使用块中的空间，那么对于希望包含事务的其他用户来说，可用的空间就更少了。这使得这些商品具有竞争性，从而对用户的世界产生负外部性。

此外，给定块限制L，就存在一个定义明确的公共资源问题。当一块空间被填满时，交易成本就会增加。类似地，如果L减少，资源将面临来自可用空间减少的更大压力。当这种情况发生时，交易的边际成本应该更高，当L增加时，每增加一笔交易的边际成本应该更低。

那么将L设置为一个非常高的限制可能是有意义的，因为随着L的增长，我们会处理更多的事务。但这不是正确的解决方案，因为我们还没有引入改变块大小或限制对网络的影响，因此将会产生堵塞——“污染的负外部性”。

污染

在区块链意义上的污染以及所有分布式系统中更普遍的污染都与拥塞有关。当有太多的信息在网络中传播时，不能足够快地处理信息的节点就会落后。如果信息的处理的时间是敏感的，那么参与网络的成本就会增加，从而将较弱的节点挤出系统。

在区块链上，这意味着处理大块会对较小的节点和验证器产生影响。从UTXO区块链到智能合约区块链，不同的事务具有不同的大小、不同的执行，以及绝对不同的处理时间。因此存在大小相同、验证时间不同的事务。

传统上，在现实世界中，我们通过税收和补贴来解决污染问题;也就是说，一些中央机关向个人和公司支付的款项，用以进行下列活动:

· 减少制造污染的产品。

· 通过替代产品或提高产品生产的污染成本来生产减少污染的产品。

这就导致了关于块大小和内容的一些结果:

· 我们补贴小生产者。

· 我们对大宗商品的生产者征税。

· 我们在交易的存储、处理或定价方面进行创新。

· 量子计算机

最终，网络受益于正(网络增长)和负(污染)的网络外部性。这种外部性甚至会产生二级效应。随着资本和技术创新大量涌入网络，网络的成长本身就具有复合性。当成本大于收益时，污染导致节点停止参与，降低了整个系统产生的效用。在网络结果上没有任何正式的目标时，就仍然很难选择一个最优的市场配置。

外部性的粗略经济模型

考虑一个块大小具有固定容量L的区块链模型。此外，与所有区块链协议一样，我们将分析协议的执行情况。每一轮都会发布一个新的块。每一轮都有一个目标执行时间T;我们假设底层分布式系统的节点具有一样的时间，这样每T个时间单位就会按期望进行轮询。我们还假设我们能够访问每个轮块的分布式系统中每个节点的无偏、无篡改的处理或验证时间。我们用一个向量表示这个集合:block_times(r)=(t(1)，t(2)，…，t(N))，其中r表示轮，t(i)表示节点i处理轮r块所花费的时间。

注意，当验证新块的成本大于它们从中获得的实用程序时，网络中的节点i将停止参与。如果验证块的整个历史记录(区块链)的成本大于作为参与者所获得的效用，那么当前不在网络中的节点将不会加入。

模型

我们从形式化一个简单的模型开始谈:

· 有N个参与者都在毫不延迟地处理区块链。

· N中的每个参与者i，都有一些效用函数U(i,B)，定义为它们从处理区块链B中获得的值与其验证相关的成本之间的差值。

· 每轮r由2个阶段组成。r轮的第一阶段包括公布块时间 (r-1)。第二阶段是将块时间发布到B。

· 所有参与者都是同质的;这意味着，它们运行相同的硬件，但它们可能在计算能力方面有所不同。然后，我们假设参与者容量来自某个(潜在未知的)分布D。我们用类型向量T的索引表示代理类型。

· 在分布D的随机性下，我们将每个参与者的容量定义为将块大小/限制映射到代理验证时间的函数。给定一个极限L和一个代理i，这可以定义为asC(i,L)=c(t)/t~D。

· 我们假设对oracle O的访问，当给定块限制L时，将返回大小为L的块的(预期)验证时间。

· 我们假设有一些中央计划器P，当提供块时间 (r-1)时，会返回一个L* r的值。

定义:对于块限制L，释放第一个块后退出的节点数量可以使用以下方法定义。

· 指标函数(C(i,L)≥O (L)]。

· 效用函数U(i,B) = V(i,B) - C(i,L)

· 当且仅当U(i,B) < 0时，Agent i退出。

因此，第一轮之后退出的节点总数等于：n*Pr（I[C（i，L）≥ V（i，B）]=1），其中Pr（E）表示封闭事件E的概率。

退出节点的期望数量恰好是在验证时间内花费大于其派生值节点的期望数量。我们稍微滥用了这个符号，但目的是获取以下思想:如果新的块具有容量L，那么根据大于L的块获得值的节点将继续验证。如果块的大小小于L，值为正数的节点将退出。该模型允许我们捕获战略代理的每轮顺序决策过程，其中负效用表示不参与下一轮。

现在，如果我们假设节点愿意容忍krounds的负效用，我们可以使用中央计划oracle来自适应选择块限制。

命题:假设k是任何代理在退出之前愿意容忍负效用的轮数。如果我们想要所有N节点参与协议总时间时间时间→∞,然后我们想选择输出块限制的规划师P L (r)来解决以下问题。

· P使用块时间 (r)来解决下面的问题。

· 在不允许任何节点的负效用超过总时间k的约束下，最大化吞吐量(块的总和限制所有r的L(r))。

使用上面的planner P，我们可以优化链的吞吐量，而无需将任何节点推出。我们需要知道激励节点逗留的最小值k，以及未篡改的块时间 (r)报告，以便规划人员能够优化其块限制的选择和了解某些更改如何影响所有参与者。

虽然这种方法非常吸引人，因为中央计划器学习如何优化网络参数，但是在加密货币协议中不存在任何中央计划器。同样，我们不能假设我们能够访问参与者提供的未被篡改的、真实的阻塞时间。更糟糕的是，我们甚至无法实施保证外部性对所有参与者影响有限的政策。为此目的，我们必须在一个具有战略和错综复杂参与者的分散制度中设计这些解决办法。

使用一个主动受治理的协议——一个具有链上治理的协议——我们可以开始分散计划器p。使用投票机制和信息获取机制，我们可以从参与者那里获得真实的验证时间，假设f节点是拜占庭式的，其他节点是战略性的。这些工具将为优化具有负外部性的网络的自适应治理机制提供第一步。

未来的变化

还有很多方法可以分析市场动态，这些方法不依赖于基于节点希望容忍的容量估值。在大多数加密货币中，块有一个预期的奖励，这个奖励是交易费用加上挖掘节点可以获得的块奖励之和。因此，我们可以定义一个节点的赋值为非零，且有一定的概率(节点拥有的功率的百分比)，否则为零，这取决于它们是否是挖掘节点。然后，根据参与者的预期效用发展参与每轮顺序决策过程。类似地，如果节点承担不同的角色，比如挖掘和仅仅验证，它们的成本就会发生变化。因此，界定整个区块链外部性经济成为一项复杂而具有挑战性的任务。

更重要的是，我们没有对经济如何增长做出任何假设。在传统的微观经济学中，如果市场上存在对更大数量的需求以及盈利的可能性，新公司就会进入市场，消化掉这些盈余。在区块链生态系统中，这转化为新的挖掘和验证节点的到来。即使是非挖掘的，完整的节点也会加入网络，这表明某些市场参与者从完全不赚钱中获得了非零效用。我们应该如何为这些参与者的到来建模，以及我们如何分析与底层区块链b的存储和验证有关的市场组合。L的什么级别和网络功率的什么比例分别限制了非采矿参与者和采矿参与者的增长。我们把这些问题留给你们去想象和解释，但是我很乐意与任何思考这些问题的人交谈。

结论-社会规划

在外部性为负的经济中，需要社会计划者来优化经济产出。政府通过污染和开发自然资源来干预产品市场。它们在市场中提供补贴，对某些灾难性的市场失灵产生积极影响，或对市场征税，以防止市场失灵。然而，在一个去中心化的对等网络中，不存在既定的政府。

实现最佳结果的最佳工具是区块链空间中的一个活动区域。当许多协议升级以处理可伸缩性和安全性时，同时升级它们的治理过程是很重要的。在高层次上，拥有充当最优社会计划者的治理流程对于可伸缩性和安全性非常有用。关于中央社会规划和分布式战略社会规划，人们在不同的背景下研究了这一主题，但采用完全分散和拜占庭式的方式进行战略社会规划并没有明确的定义。