當前以太坊Gas 費拍賣模式難以實現資源有效配置，EIP-1559 正是為解決以太坊Gas 交易效率低下問題而提出的解決方案。
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撰文：李煉炫、陳雨萱，就職於火幣研究院
以太坊EIP-1559 協議的主要目標是改善Gas 費拍賣效率問題。此前以太坊採用一價密封拍賣模式，但由於市場上信息不對稱問題，引發了資源配置低下和貝葉斯博弈下報價策略複雜化的問題。為此，EIP-1559 引入了每筆交易必須支付的固定費用Base Fee，並將其內嵌公式化，由此改善了信息不對稱問題，提高了拍賣效率；同時為了防止礦工舞弊和抽象經濟問題，EIP-1559 將Base Fee 部分進行了銷毀處理，並引入了由用戶自主報價的TIP 費用，來激勵礦工打包交易。當然，Base Fee 銷毀機制不可避免地影響了礦工群體的利益，但利好於ETH 持幣群體。此外，EIP-1559 無法從根本上解決交易費用高昂的問題。
北京時間8 月5 日晚，以太坊將正式迎來倫敦硬分叉。在本次升級的內容中，EIP-1559 提案受到行業的廣泛關注。然而提到EIP-1559，中文社區對其認知卻有明顯不足。例如，很多讀者誤認為EIP-1559 提案是為了降低鏈上交易手續費，或者是為了實現ETH 的通縮。在不盡的爭議中，EIP-1559 的真實動機卻逐漸被喧囂所埋沒。為此，在EIP-1559 即將升級的前夜，有必要帶領讀者們重新認識EIP-1559，了解其背後動機、原理與影響。
EIP-1559 的背景動機
相信大部分讀者都有所了解，EIP-1559 主要是修改了以太坊上交易手續費的收取方式。而以太坊的這種交易機制，本質上是一種是拍賣。目前流行的拍賣方式主要有四種模式，分別是英式拍賣（增價拍賣），荷蘭式拍賣（減價拍賣），密封一價拍賣和密封二價拍賣，具體如下表所示。其中，以太坊採用的是密封一價拍賣模式：用戶在出價相互保密的前提下提出手續費報價，礦工優先將出價更高的交易打包進區塊，以獲取交易手續費。
拍賣的最大特點在於，價格由競爭的方式來決定，不是由賣方說了算，也不是由買賣雙方討價還價完成。競爭決定價格的優越性源於非對稱信息（理解這點很重要，後文我們可以看出EIP-1559 正是為了優化這一問題），賣方不完全知道潛在買方願意給出的真實價格，每一個潛在買方也不知道其他買方的出價。當然，對於拍賣這種特殊的經濟機制設計，在任何情況下都有兩個核心目標需要完成：
帕累托最優：該拍賣能實現資源的有效配置，這意味著拍賣品應出售給對它評價最高的用戶，因為評價最高的人往往是最需要拍賣品的人；
利潤最大化：該拍賣可使賣方獲得最大期望的利潤
在傳統經濟學的假設條件之下，密封一價拍賣模式是可以實現帕累托最優的（即交易的高效率）。然而，以太坊所處的現實情況已經超出了傳統經濟學的假設，使得當前的Gas 費拍賣機制深受市場詬病，主要體現在以下兩點：
（1）以太坊Gas 費拍賣中信息不對稱，導致資源未有效配置，交易效率低下
在密封一價拍賣規則下，每個買方都會有如下考慮：如果他對物品的真實評價是100 美元，那麼他絕對不會出價100 美元，因為這樣做他的盈利為0；他更不會出價高於100 美元，這意味著他會虧本。因此，他最好出價低於100 元。然而此時他卻面臨如下權衡：出價越高，贏面越大，但贏後所得利潤越少；出價越低，贏面越小，但贏後所得利潤越大。因此，他必須在贏面大小和贏後獲利大小之間做權衡，找出一個最優出價策略。
密封一價拍賣實現帕累托最優的前提是保留價格等於真實評價。但以太坊的Gas 拍賣機制卻未能實現這一點，主要原因在於信息的不對稱性。一個典型的案例：考慮只存在兩個用戶，對Gas 的真實評價分別為50 美元和30 美元。如果具有較高評價（50 美元）的用戶A 錯誤地認為另一個用戶B 的真實評價為10 美元，那麼用戶A 就會出價20 美元來贏取商品；然而用戶B 卻出價30 美元，最終造成了對Gas 費評價最高的用戶B 未贏得商品，這顯然未實現資源的有效配置，造成交易效率的低下。
（2）密封一價拍賣模式導致出價策略的複雜化，提高了用戶的出價成本
在中文社區中，很多解讀文章都提及EIP-1559 的是為了改善用戶的體驗。但卻未說明其中緣由。從博弈論角度看，密封一價拍賣機制是一個典型的靜態貝葉斯博弈，即用戶贏得拍賣的可能性不僅取決與他自己的出價，也取決與其他買方的出價策略，導致用戶沒有佔優策略（所謂佔優策略，即無論競爭對手如何反應，自己都有一個最佳策略，類似「以不變應萬變」）可以選擇，使得出價策略複雜化。
在這裡，以太坊的Gas 費拍賣機制可以看成一個簡化的鷹鴿博弈模型，即不完全信息條件下的單次靜態貝葉斯博弈：假設用戶A 與另一位用戶同時進行Gas 費拍賣，但並不知道對方是提供的報價比自己高還是低。假設對方是高保留價格用戶（M 類用戶）的概率是m，對方是低保留價用戶(N 類用戶) 的概率為1-m。則雙方的博弈策略和收益矩陣如下所示。從圖中可以看出，任何一個用戶在進行報價時都面臨四種情況，必須要先推測其他人是高保留價用戶還是低保留價用戶，隨後還要評估自己應該報低價還是報高價，每種情況下都有不同的應對策略和收益，完全沒有佔優策略。
當然，我們也可以用簡單的數學公式來描述靜態貝葉斯博弈：有n 個買方，買方i 的私人價值是vi，他的策略是出價bi，策略範圍在 [0, + ∞) 区间上。他的收益取决于他自己的出价 bi，也取决于其他人的出价 bj。我们可以把买方 i 的期望收益函数表示成：
U_i=(v_i-b_i)Pr(b_i≥b_j,j≠i)
其中 Pr(.) 为 b_i 在所有出价中最高的概率。经过一系列复杂推导，我们可以得到贝叶斯博弈的均衡价格：
其中 v^((1)) 和 v^((2)) 分别为所有买方私人价值 (v1, v2, …, vn) 的最高值和第二高值。
从这可以看出，贝叶斯博弈下用户的最终均衡报价，不仅仅与所有买方的私人价值的最高值与第二高值有关，还与参与拍卖的人数、价值分布函数 F() 有关。因此，以太坊的 Gas 拍卖机制增加了出价策略的复杂度，降低了用户的拍卖体验。
总体来说，当前以太坊 Gas 费拍卖模式，既无法实现「真实价高者得」的资源有效配置，带来了出价策略复杂化的困难。EIP-1559 正是为解决当前以太坊 Gas 交易效率低下问题而提出的解决方案。
EIP-1559 的内容与原理
EIP-1559 提案实际上包括两大块：一个是 Gas 拍卖机制的改革，另一个是区块松弛机制。这里我们主要分析 Gas 拍卖机制。
通过第一节的分析我们可以看出，造成以太坊 Gas 费拍卖低效率的主要原因在于信息不对称：
由信息不对称导致保留价格不等于真实评价，造成一价密封拍卖无法实现资源有效配置；
由信息不对称形成的贝叶斯博弈，造成出价策略的复杂化。
下面让我们看看 EIP-1559 如何解决这两个问题。提案为以太坊引入了每笔交易必须支付的固定费用，即 Base Fee。具体而言，Base Fee 根据前一个区块的情况而上下浮动，目标是平均区块利用率为 50%。当前一个区块的使用率超过 50% 时，固定费用按比例上升（每个区块上限为 +12.5%），当使用率低于 50% 时，费用下降。计算 Base Fee 的公式被具体写在协议中，在每个区块之后，Base Fee 会自动更新：
这里，b 代表 Base Fee， t 代表区块高度，T 代表区块大小，目标区块负载为 T/2，g 表示包含在区块中的交易数量，由于 g 取决于基本费用 b，我们将 gt | bt 表示在基本费用等于 bt 的情况下包含在 Bt 中的交易数量。D 为调整因子，当前设置为 d=0.125。
如果仔细分析，我们可以看出，因为 Base Fee 内嵌在协议中，并且是根据区块现状而自动进行调整，这本质上是官方为拍卖机制引入的一个价格参考标准：如果用户的保留价格低于 Base Fee，那么他将选择不出价，等到未来 Base Fee 低于自己的保留价格时再出价；如果用户的保留价格高于 Base，那么他将选择报价高于 Base Fee。因此，EIP-1559 通过将 Base Fee 移到协议内部的方式，为交易者提供一个可预测的交易报价，降低信息的不对称性，在一定程度上缓解了资源配置效率低下和报价策略复杂化问题。
然而，如果 EIP-1559 只有 Base Fee，又会带来另一个严重问题：矿工舞弊。这类问题最常见的方式有两种：一是矿工可通过自己生成交易来抬高 Base Fee （毕竟 Base Fee 是由固定公式调控），由此使自己获利，但这严重损害了用户的利益，并且容易带来网络的堵塞；二是通过与用户串谋，达成「链下交易」 的方式，来使自己获益，但这使得 ETH 在以太坊上的地位被削弱。
基于以上原因，EIP-1559 设计了最具争议的 Base Fee 销毁机制。Base Fee 不支付给矿工而是进行销毁，这完美地解决了上述的矿工舞弊问题：首先，矿工很难再通过自己生成交易来牟利，因为他们不能只将自己的交易塞进一个区块中而不消耗费用；其次，「链下交易」以后将不再可行，它巩固了 ETH 作为支付使用以太坊的唯一方式，防止经济抽象 。
然而，如果完全销毁所有的交易费用，那么矿工将没有动力继续打包交易；更重要的是，在以太坊网络出现堵塞时，仅有 Base Fee 的 Gas 费机制又将无法实现资源的最优配置。为此，有必要在 Base Fee 的基础上引入一笔小费作为矿工的激励，这就是 Tip。Tip 报价采用的也是一价密封拍卖机制，但相较于占 Gas 费大部分的 Base Fee 而言，Tip 只能算一个小额小费，因此其中带来的交易效率问题不会成 Gas 拍卖机制的主要问题。
Tip 的大小由用户自己决定，在以太坊拥堵时，Tip 越高的报价越容易打包上链。但 Tip 的报价并非没有限制，因为 EIP-1599 有一个价格上限（Fee Cap），代表用户愿意为交易打包进区块所支付的最高费用，确定了 Fee Cap，也就确定了 Tip 的上限。
至此，EIP-1559 拍卖机制正式成型：Gas 费用被拆分用 Base Fee 和 Tip 两部分，其中 Base Fee 部分由协议公式根据区块情况计算得出，并且最后被销毁；Tip 部分的大小由用户决定，最后支付给矿工。
当然，需要注意的是，除最重要的拍卖低效率问题外，EIP-1559 还解决了其他两个低效问题：Gas 费用的高波动和用户延迟较长问题，这两个问题本质上都是区块的 Gas 上限造成的，所以最后通过区块松弛机制来缓解。这里因为篇幅的原因不再赘述。
EIP-1559 的影响
从上面我们可以看出，EIP-1559 主要是为了解决当前以太坊 Gas 交易效率低下而提出的新方案。当然，由于争议性的 Base Fee 销毁机制，在一定程度上改变了以太坊现有的利益分配格局。从现实上看，EIP-1559 能带来以下影响：
直接影响：
提高以太坊 Gas 拍卖效率，改善用户报价体验；
防止矿工舞弊，保证交易的顺利进行
解决「经济抽象」问题，强化 ETH 在以太坊的地位
其他影响：
Base Fee 销毁导致矿工收入减少，严重损害了矿工利益；
可能导致 ETH 通缩，但总体上减少了 ETH 流通量，利好 ETH 持有者；
不能解决的问题
EIP-1559 不能解决 Gas 费高的问题。从经济学角度看，Gas 费的高低取决于市场供需关系，因此降低手续费的根本是扩容。EIP-1559 主要目标是解决拍卖机制的定价问题，并不能从根本上解决 Gas 费高的问题。
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