PRI:深度解析以太坊手續費歸因模型及上漲邏輯_GAS

撰文：曹一新，就職于HashKeyCapitalResearch審核：鄒傳偉，萬向區塊鏈首席經濟學家

DeFi生態分流至其它區塊鏈的原因之一是以太坊網絡手續費越來越貴。本文對現有費用模型進行深入分析，給出手續費增長的歸因模型，并基于該模型嘗試推敲近期手續費上漲的邏輯。最后基于該邏輯，給出一些結論和預測。

以太坊的費用模型

簡單回顧一下2021年第21期研報《DeFi生態在不同公鏈上的發展情況》中關于區塊鏈使用成本的分析，以太坊及交易所鏈的每筆交易手續費都通過以下費用模型計算：

其中GasUsed是每筆交易實際消耗的Gas數量，只與交易復雜度有關；GasPrice是交易發送方對每單位Gas愿意支付的成本，又稱「汽油費」，而該成本是以該區塊鏈的功能代幣為計價單位來計量的，故為了獲得美元計價的手續費，還需乘以功能代幣的市價UtilityTokenPrice。

如表1所示，三條鏈的平均「汽油費」和功能代幣美元價格的差異，導致用戶對消耗同等區塊鏈資源的一筆區塊鏈交易所需支付的手續費千差萬別，而以太坊網絡手續費的激增，也是直接導致DeFi生態分流的原因之一。

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表1.三條鏈近30天簡單交易平均手續費對比

手續費歸因模型

上述費用模型對應于一個拍賣競價模型：在激勵機制下礦工一般會優先選擇GasPrice更高的交易打包進區塊，用戶通過出價來競爭優先被打包進區塊的權利。在這一費用模型下三條鏈上的簡單交易手續費卻產生了三個數量級的差異，該差異可歸因于獲取區塊記賬服務及進入網絡生態的排位稀缺價值和功能代幣的價值附加。

圖1.交易手續費增長歸因分析

我們不妨將公式拆解成：

影響手續費波動的第一個因素是由區塊維度的排位稀缺價值導致的。在TPS不變的情況下交易量激增會導致區塊擁堵，區塊維度的「排位稀缺」特性驅使競拍價不斷攀升。這部分成本表征的是獲取區塊記賬服務的成本，且一般直接由交易者參與市場競拍定價，并且更多的與交易時間的緊迫性有關。例如，在極端市場情況下引發一連串緊急清算業務或CryptoKitty等爆款應用激發市場搶購時，會導致GasPrice瞬時激增，而這部分本質上歸因于市場的不均勻性。當然，隨著區塊鏈上應用生態的擴張，也會導致交易擁堵而抬高區塊維度的排位稀缺價值。

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對多條區塊鏈之間進行橫向對比時，交易手續費的差異還來自于GasPriceBase的差異，而這部分差異可以歸因于區塊鏈網絡維度的排位稀缺價值，表征的是進入該區塊鏈網絡生態的準入成本，這部分成本一般由生態組建者擬定一個參考值，然后隨生態發展而動態調整。從表1的平均GasPrice數據我們可以判斷以太坊的GasPriceBase最高，BSC其次，Heco最低。這部分價值主要跟用戶規模有關，而用戶規模的增長取決于應用生態的擴張。當用戶規模超過區塊鏈網絡能承載的上限，市場會驅使GasPriceBase抬升，變相提高網絡準入門檻來控制用戶規模。這也是當前以太坊網絡手續費攀升的原因之一，后文將詳細說明。

與此同時，主要靠網絡發展捕獲價值的功能代幣的市場價格也會隨著應用生態的擴張上漲。此外，功能代幣通脹率減小甚至通縮的機制設計也會為其市場價格提供上行動量。功能代幣價格上漲促使交易手續費水漲船高。

上述三個因素共同影響交易手續費的波動。如果認為理想的DeFi基礎設施應具備一個穩定波動、可預測的經常性成本，那么上述費用模型現階段并不滿足這一要求。該費用模型將使用者所需支付的經常性成本和參與特定區塊鏈網絡后獲得的價值附加成本糅雜在一起了，在區塊鏈網絡發展初期，若被看好，其功能代幣的價值附加存在持續的上漲預期并導致交易手續費日益增長。如果剔除價值附加因素的波動，公式中的GasPriceBase和UtilityTokenPrice都視為常數，那么手續費將參考一個恒定基數波動，△GasPrice可用于表征經常性成本的波動大小。

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價值附加成本

如前所述，可以認為區塊維度的排位稀缺價值的時間序列波動表現為GasPrice在GasPriceBase基礎上的漲落，而區塊鏈網絡維度的排位稀缺價值的橫向對比決定了GasPriceBase的大小。這一基數的相對增值部分反映了區塊鏈網絡的一部分價值附加成本，是抬高交易手續費的第二個因素。網絡排位稀缺價值的計量主要取決于用戶規模和TPS。不幸的是，該價值與用戶規模成正比，使得這部分價值附加成本呈現反規模效應，即用戶規模越大，排位稀缺帶來的附加成本越高。其根本原因是通過抬高GasPrice來競爭排位稀缺價值的費用模型本質上將區塊鏈作為一種排他性的服務類商品在售賣，而非公共基礎設施；而區塊鏈去中心化特征需要依賴此類拍賣競爭機制來激勵參與方做出有利于公鏈運行的行為。

另一部分價值附加成本對應于參與特定區塊鏈生態能獲得的有利條件或反過來說面臨的潛在的風險，例如較高的流動性和安全性會推高價值附加成本。這部分成本根據區塊鏈網絡生態的發展產生波動，跟功能代幣本身的發行和流通機制也有關系，最終反映在功能代幣的價格上。

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以太坊交易手續費上漲邏輯

以太坊網絡的手續費在歷史5年多時間里出現了多次大幅度漲落，并跨越5個數量級尺度，單筆簡單交易手續費突破10美元，如圖2所示。

下面嘗試基于前述手續費增長歸因模型給出手續費上漲的邏輯。從圖4我們可以明顯地識別出四個區間：

2016年3月中旬之前，GasPriceBase約等于50GWei；

2016年3月中旬至2017年10月中旬，GasPriceBase約等于22GWei；

2017年10月中旬至2020年4月底，GasPrice呈現更頻繁的日常波動，GasPriceBase在11GWei上下；

2020年5月初至2021年3月中旬，GasPrice呈現明顯的單邊上行趨勢。

圖2.以太坊手續費模型依賴因子的時間序列及簡單交易手續費與以太幣價格的關系

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這意味著從2020年5月初開始，GasPriceBase隨時間有一個遞增關系。這也可以從圖4最下方手續費和以太幣價格的對數回歸中體現。假定公式表述的費用模型中，GasPrice在一常數附近漲落，那么忽略漲落噪聲，手續費只和以太幣價格呈一次方關系。前三個階段印證了這一點：手續費和以太幣價格在對數坐標下呈線性分布，且斜率為1±0.1，說明手續費的漲落基本由以太幣價格決定，而公式中的GasPrice在各階段在一個常數附近波動。而到了第四個階段，手續費和以太幣價格在對數坐標下的線性關系斜率約為1.9，說明公式中的GasPriceBase不能視為常數了。

接下來可以做一些有趣的推導。我們若大膽地假定以太幣價格主要由網絡規模n的平方表征，在2020年5月份之前，以太坊網絡單位Gas所需支付的手續費可近似表示為：

而2020年5月份之后，前述手續費歸因模型中提及的由于網絡規模擴張超過承載極限導致GasPriceBase抬升的作用開始體現：

基于上述非常粗略的估算和推導，我們可以大致估計k約等于1.8。而圖3所示的網絡使用率圖表顯示從2020年5月初開始，以太坊區塊鏈就進入長達10個多月的滿負荷運行狀態，正好印證了前述推導中關于第四個階段網絡規模已超過網絡承載能力的假設。

圖3.以太坊網絡使用率時間序列

減少手續費波動的方法

理論上從經常性成本的計算模型里將價值附加成本分離出來可以避免交易手續費的大幅波動，但在現實中存在諸多考量。這里面的原因可能有兩點：

目前功能代幣仍需依賴網絡發展情況捕獲價值，而用戶愿意為交易支付的成本能間接反映出使用該區塊鏈的迫切程度，從而衡量出區塊鏈網絡對于用戶的價值。所以將費用模型和功能代幣相關聯是實現為功能代幣進行市場定價的最直截了當和避免人為干預的方式，畢竟目前很難用一個既定模型來單獨計量價值附加成本。

若將功能代幣歸因于網絡價值附加的部分分離出來，可能引發監管層面的問題，存在被定性為證券型通證的風險。

上述原因1導致的一個潛在后果可能是，由于公式中的GasPriceBase和功能代幣價格都在表征網絡的價值附加成本，并沒有完全正交分解，而表征手法又是純粹通過市場調節機制實現的，可能會在市場慣性作用下出現對網絡維度排位稀缺價值的重復計量或過度計量。

EIP-1559

針對手續費的大幅波動問題，近期以太坊社區預在暫定7月執行的倫敦升級中采納EIP-1559。EIP-1559試圖通過系統規定好一個關于GasPriceBase的動態調節機制來穩定手續費波動，意在將手續費的漲落主要用區塊使用率的漲落來表征。

但事實上，在當下用戶規模超過區塊鏈網絡承載極限的情況下，一個可以預見的結果是隨著區塊使用率提高而抬升的GasPriceBase并不一定會打壓交易者降低交易需求，而會繼續以更高的手續費填充擴容后的區塊，進一步抬高以太坊網絡的準入成本。

同時EIP-1559引入的銷毀機制降低了以太幣的通脹率，會進一步加強價值附加成本在每筆交易手續費中的比重。

總結與思考

通過上述分析，可以得出以下結論：

以太坊手續費可分解為區塊記賬服務成本、網絡準入成本和功能代幣的價值附加成本，歸因于區塊維度的排位稀缺價值、網絡維度的排位稀缺價值和生態價值附加。其中，網絡準入成本在用戶規模達到承載極限以前表現為階段性常量，而在用戶規模超過承載極限后，會隨著用戶規模的擴張而抬升。

2020年5月起以太坊網絡進入滿負荷運行，網絡準入成本呈單邊上漲趨勢，表明以太坊網絡提供的區塊記賬服務實際上是供不應求的，當前的手續費尚在主流用戶的可接受范圍。

在無法分離價值附加因素的情況下，解決手續費大幅上漲問題還是回歸到提升網絡TPS上，需通過提高TPS來承載更大用戶規模，減少網絡準入成本。

BSC和Heco鏈作為替代品雖然短期沒出現擁堵或手續費太貴的情況，主要還是用戶規模太小，如果用戶規模擴張，仍會面臨以太坊面臨的問題，故遷移到這兩條替代鏈不是長久之計。

在DeFi應用的刺激下，以太坊網絡已呈現出由多年驗證過的去中心化特性和安全性筑起的價值門檻。但作為理想的DeFi生態基礎設施，其使用成本應具有規模效應，而目前的以太坊公鏈更像是上世紀八九十年代的大哥大，對普通用戶是奢侈品的存在。以太坊2.0計劃引入PoS共識提高TPS，屆時能承載的網絡規模可以進一步擴大，但仍存在上限。另一種設想是將DeFi等業務遷移到二層網絡，將以太坊公鏈作為大額專用結算鏈，主要面向Dapp業務方和高凈值人士，通過提高單筆交易的交易額來降低手續費率，Dapp業務方再將這部分成本攤薄到二層網絡的用戶。而終極的解決方案可能需要依賴新能源、新技術來對算力、存儲、帶寬等資源進行革命性的升級改造。

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Luna