Criptografia e o mundo das taxas de transação na cadeia: por que a economia importa

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A análise das taxas de transação tem sido negligenciada na área de blockchain, com os primeiros trabalhos na literatura acadêmica sendo publicados a partir de 2014 (Houy). Ainda não foi uma prioridade de pesquisa, considerando que apenas alguns trabalhos foram dedicados a esse campo. Mas as taxas de transação não devem ser negligenciadas por pelo menos dois motivos. O primeiro diz respeito à importância de manter os incentivos à segurança em um contexto de prova de trabalho. A segunda razão refere-se à própria natureza do relacionamento econômico entre usuários, mineradores e o próprio protocolo, como veremos abaixo.

Atualmente, a recompensa do bloco Bitcoin é suficiente para manter os incentivos dos mineradores alinhados: eles ganham dinheiro suficiente para manter uma rede segura. No entanto, a maneira como as taxas de transação são projetadas é crítica quando a recompensa do bloco tende a zero, ou, como veremos, quando a rede possui uma grande taxa de transferência. Fornecemos neste artigo uma breve revisão da literatura e também descrevemos nossa visão de um possível design para um mercado de transações eficiente.

Competindo por espaço em bloco e o risco de andar livremente

No Bitcoin, as taxas de transação são definidas pelos usuários. Qualquer usuário pode teoricamente definir a taxa como zero, sabendo que sua transação provavelmente será adiada se outros escolherem um valor positivo para suas taxas. De fato, sendo agentes racionais, os mineradores sempre priorizam as transações com as taxas mais altas. As transações que são verificadas, mas ainda não processadas no bloco seguinte (isto é, confirmado) são reunidas em uma 'sala de espera' chamada mempool. Como cada bloco tem um tamanho limitado, os usuários competem pelo espaço (Huberman et al., 2017; Dimitri, 2019) em cada bloco, para que as taxas atinjam um preço de equilíbrio para cada intervalo de tempo. As transações que não são processadas são deixadas no pool de memórias, aguardando a validação dos próximos blocos pelos mineradores.

No entanto, as blockchains do tipo Bitcoin não vêm sem falhas quando vistas da perspectiva da taxa de transação. Em primeiro lugar, não há prioridade dada à transação (Aune et al., 2017), como em qualquer sistema de filas normal, com base na entrega de serviços padrão “primeiro a chegar, primeiro a ser servido”. A prioridade é anunciada pelos usuários propondo uma taxa de transação acima da média. Os mineiros geralmente escolhem as transações que anunciam a taxa mais alta. Em segundo lugar, as taxas podem ser muito baixas para cobrir as perdas incorridas pelos pools de mineração, principalmente quando a recompensa do bloco tende a zero (Carlsten et al., 2016; Huberman et al., 2017). Seguindo a mesma lógica, as taxas podem se tornar muito altas para um usuário diário da rede compensar totalmente sua perda da recompensa em bloco (Easley et al., 2019). Portanto, o tamanho pequeno do bloco impõe um alto risco de congestionamento no sistema quando as transações fluem para o pool de memórias mais rapidamente do que são validadas pelos mineradores. O tempo de espera leva ao congestionamento na rede e, portanto, a taxas mais altas.

Por um lado, o congestionamento da rede aumenta os incentivos para que os mineradores aloquem seu poder de computação para usuários específicos nessa blockchain e, portanto, comprometem a segurança consistente. Por outro lado, cria atrasos no processamento de transações que podem impedir alguns usuários de usar a rede. A longo prazo, o Bitcoin pode precisar de altas taxas de transação para funcionar de maneira adequada e segura (Lavi et al., 2017), um resultado que pode tender a derrotar o objetivo de um sistema de pagamento global.

Nesse contexto, o estudo dos incentivos por trás das taxas de transação das redes PoW pode ser importante para otimizar projetos futuros. Permitir que os usuários escolham suas próprias taxas de transação pode não ser uma solução ideal. Existe um preço de equilíbrio pelo qual essas taxas sejam suficientes para garantir a segurança da rede, independentemente de quanto os mineradores estejam ganhando naquele momento com a cunhagem de novas moedas? Nas blockchains atuais do PoW, a resposta é claramente não. O tamanho do bloco está limitando o número de transações que podem ser processadas para cada intervalo de tempo.

Em suma, os usuários não devem ter permissão de definir sua própria taxa de maneira privada, a fim de evitar um problema típico de free-rider (Auer, 2019). As taxas são configuradas individualmente, enquanto as transações são agrupadas no próximo bloco. Isso garante o mesmo nível de segurança para todas as transações no bloco, independentemente do nível das taxas cobradas individualmente. Simplificando, o usuário A tem um incentivo para "viajar livremente", ou seja, postar taxas mais baixas até que sua transação seja incluída dentro do bloco, portanto, apoiando outros usuários que anunciam taxas de transação mais altas. A conseqüência direta é uma diminuição na segurança do sistema se todos se comportarem como o usuário A, reduzindo as taxas de transação a tal ponto que não é mais economicamente viável para os mineradores confirmar transações.

Soluções possíveis e o caminho a seguir

Podemos resolver a maioria desses problemas: 1) com um rendimento muito maior do que qualquer outra rede baseada em blockchain PoW e 2) adotando uma abordagem diferente para as taxas de transação, a fim de colher todos os benefícios dos efeitos da rede. A seguir, consideraremos o segundo ponto.

Mesmo que uma rede de transações descentralizada de alta taxa de transferência resolva o trilema da escalabilidade, isso gera outros problemas. Na maioria dos trabalhos que defendem uma mudança nos protocolos de consenso de PoW, a teoria do leilão é usada para otimizar as taxas de transação (Lavi et al., 2017). Outra abordagem é vincular as taxas à quantidade de espaço de armazenamento garantido pelos mineiros (Chepurnoy et al., 2019).

Embora essas soluções possam funcionar em ambientes em que os usuários competem pelo espaço em bloco, é improvável que funcionem no nosso. De fato, a capacidade da nossa rede de processar muitas transações levaria as taxas de transação para zero, se as taxas fossem selecionadas por meio de qualquer tipo de leilão. Se deixados às forças do mercado, os usuários, sabendo que sua transação será processada, escolheriam coletivamente uma taxa ideal que tende a zero, como sugeriria qualquer análise teórica do jogo. Portanto, as taxas de transação no estilo de leilão precisam ser descartadas.

Outro ponto a considerar é a influência dos efeitos de rede cruzados. O protocolo pode ser visto como uma plataforma em que a oferta e a demanda de transações globais se encontram. Os mineradores (ou seja, o suprimento) desejam altas taxas de transação, enquanto os usuários desejam baixas. Esse conflito de interesses deve refletir-se não apenas no preço, mas também dentro de sua estrutura (Rochet & Tirole, 2006) [1]. Esse é um problema bem conhecido nos chamados mercados bilaterais. Como já mencionamos, no design atual do Bitcoin, os usuários são mais ou menos livres para determinar suas próprias taxas. No sistema atual, os interesses não estão alinhados, pois os usuários tendem a andar livremente, afetando negativamente a segurança geral do protocolo. Em nossa opinião, a taxa deve seguir um mecanismo mais baseado no mercado. A função preço varia de acordo com a oferta e a demanda das transações, sem que o usuário possa definir uma taxa mais baixa, desde que esteja pronto para aguardar o processamento da transação.

Por trás das cortinas, a configuração é bastante complexa, mas, na prática, acabou sendo muito fácil de usar. Para entender melhor a estrutura de preços das taxas de transação na cadeia, precisamos analisar a estrutura de preços desses tipos de redes. No nosso caso, seguimos um jogo de filas (Kendall, 1953; Bhat, 2015) em um mercado bilateral (Rochet & Tirole, 2006). Precisamos de uma estrutura de preços adequada para incentivar usuários e mineradoras na rede.

Como foi argumentado, o congestionamento deve ser menor em comparação ao congestionamento nas cadeias de blocos de PoW existentes. No entanto, mesmo com uma grande taxa de transferência, é provável que ocorra algum congestionamento e que alguns custos de atraso permaneçam parcialmente (Huberman et al., 2017). Além disso, tomado de forma independente, um fragmento pode teoricamente ser sobrecarregado em algum momento de sua história. Propomos um mecanismo baseado no mercado, a fim de refletir essas situações.

O preço dinâmico ajusta as taxas de transação para responder às flutuações de oferta e demanda. No caso de congestionamento da rede, o aumento de preço pode resolver alguns problemas econômicos suavizando a curva de demanda (Cohen et al., 2016). Essa função deve garantir uma abordagem baseada no mercado em relação às taxas de transação, uma abordagem na qual o aumento de preços para reduzir custos de atraso desempenha um papel central. E, exatamente como o sistema usado no Uber, o usuário pode "dar gorjeta" ao pool de mineração, demonstrando assim que ele tem custos de atraso mais altos e que deseja que sua transação seja processada o mais rápido possível.

A estrutura otimizará o tempo de espera de seus usuários, garantindo aos mineiros uma taxa mínima, mesmo quando a concorrência por espaço em bloco for baixa. Em outras palavras, o preço mínimo deve cobrir pelo menos os custos por transação incorridos pelas mineradoras. Essa economia é usada por aplicativos caros, como Uber ou Lyft, e provou ser bastante eficiente.


Referências

Auer, R. (2019). Além da economia apocalíptica da "Prova de trabalho" em criptomoedas, os Documentos de Trabalho do BIS nº 765.
Aune, RT, Krellenstein, A., O'Hara, M., & Slama, O. (2017). Pegadas em uma Blockchain: negociação e vazamento de informações em livros distribuídos, The Journal of Trading, 12 (3), 5–13.
Bhat, ONU (2015). Uma Introdução ao Enfileiramento
Teoria: Modelagem e Análise em Aplicações, Springer Second Edition.
Caillaud, B. e Jullien, B. (2003). Frango e Ovo: Competição entre Serviços de Intermediação Providers, RAND Journal of Economics, 34 (2): 309–28.
Carlsten, M., Kalodner, H., Weinberg, SM e Narayanan, A. (2016). Sobre a instabilidade do Bitcoin sem a recompensa em bloco, os procedimentos da Conferência ACM SIGSAC de 2016 sobre segurança de computadores e comunicações - CCS'16.
Chepurnoy, A., Kharin, V. e Meshkov, D. (2019). Uma abordagem sistemática das taxas de criptomoeda, em A. Zohar, I. Eyal, V. Teague, J. Clark, A. Bracciali, F. Pintore, M. Sala (Eds.) Criptografia financeira e segurança de dados FC 2018 International Workshops, BITCOIN , VOTING e WTSC, Nieuwpoort, Curaçao, 2 de março de 2018, Revisado Papers Selecionados Berlin: Springer 19-30.
Cohen, P., Hahn, R., Hall, J., Levitt, S. e Metcalfe, R. (2016). Usando Big Data para estimar o excedente do consumidor: o caso do Uber, documento de trabalho NBER nº 22627.
Dimitri, N. (2019). Taxas de transação, limite de tamanho de bloco e leilões em Bitcoin. Livro, 4.
São Paulo, SP, Brasil. Da mineração aos mercados: a evolução das taxas de transação do Bitcoin. Journal of Financial Economics, Vol. 2019 (134), pp 1-91.
Houy, N. (2014). A economia das taxas de transação do Bitcoin. Documento de trabalho da SSRN.
Huberman, G., Leshno, J. e Moellemi, C. (2017). Monopólio sem monopolista: uma análise econômica do sistema de pagamento Bitcoin, Columbia Business School Research Papers no 17-92.
Kendall, DG (1953), processos estocásticos que ocorrem na teoria das filas e sua análise pelo método das cadeias de Markov embutidas, Annales of Mathematics Statistics, 24 (3), 338-354.
Lavi, R., Sattath, O. e Zohar, A. (2017). Redesign do mercado de taxas do Bitcoin, arXiv: 1709.08881
Rochet, JC., E Tirole, J. (2006). Mercados frente e verso: Um relatório de progresso, RAND Journal of Economics, 37 (3): 645–67.

[1] As taxas de transação podem ser vistas como um mercado bilateral, onde os incentivos das mineradoras são co-dependentes da resposta dos usuários na estrutura de preços. Como afirma Rochet & Tirole (2006): “Definimos um mercado bilateral como aquele em que o volume de transações entre usuários finais depende da estrutura e não apenas do nível geral das taxas cobradas pela plataforma. O uso de uma plataforma ou cobranças variáveis ​​afetam a disposição dos dois lados de negociar uma vez na plataforma e, portanto, seus excedentes líquidos de possíveis interações; a participação nas plataformas ou cobranças fixas, por sua vez, condicionam a presença dos usuários finais na plataforma. ” Queremos minimizar as taxas de transação para atrair a maioria dos usuários e, ao mesmo tempo, maximizar a velocidade com que as transações são processadas pelos mineradores, que exigem altas taxas de transação. É uma configuração de preço típica de dois lados (Caillaud & Jullien, 2003; Rochet & Tirole, 2006). Se as taxas de transação forem muito altas, os usuários acessam outras redes, muito baixas, os mineradores não aceitariam as transações imediatamente. Em poucas palavras, precisamos definir o preço para incentivar comportamentos opostos, a fim de internalizar efeitos de rede cruzados.

Vinod Manoharan é um empresário de tecnologia e o fundador e CEO da Jax Multiversal Holdings, uma empresa de participações cujo portfólio inclui empresas de jogos online, gateways de pagamento e empresas de tecnologia Blockchain. Manoharan também é o fundador da JAX.Network, uma startup de tecnologia na Ucrânia, focada na tecnologia Blockchain e, mais especificamente, na solução do infame Trilemma do Blockchain Scalability.

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Fonte: https://dailyhodl.com/2020/06/29/crypto-and-the-world-of-on-chain-transaction-fees-why-economics-matter/