通过交易费用的周期性振荡理解以太坊网络

1788年，詹姆斯瓦特发明了离心调速器，这是一种使蒸汽机工业应用成为可能的小装置。它利用蒸汽机产生的旋转力作用于两个大球圆锥摆。当圆锥摆在力的作用下旋转时，离心力使其上升并推动连接阀门的杠杆。当摆锤旋转得更快时，阀门关闭。这样，调速器由蒸汽机启动，机械地调节蒸汽流量，从而调节蒸汽机的转速负反馈将使摆锥的旋转稳定在一定的速度）。

本发明允许蒸汽机用于需要稳定性和可预测速度的工业设备，例如机械纺织机。它的核心思想是设计一个由系统能量输入产生的负反馈循环，进而控制系统能量的增长。对于蒸汽机来说，这是其设计的一大优势。正如我们所看到的，在公链中也有类似的现象，而且结果更为复杂。

有趣的收费周期

在2017年的繁荣消退后，我注意到比特币的交易费用和成交量的趋势似乎遵循一个周期性的模式。随着区块被填满，交易费用飙升，交易量下降，然后区块再次被填满。如果我没记错的话，这个周期在2017年重复了6次。

-图表在硬币指标中可见-

请注意，我已经用7天移动平均法平滑了平均交易费用和交易量。但是，如果普遍认为2017年底比特币的交易费用低于危机结束时的比特币。只是大多数人是用美元而不是比特币来计算交易费用的，所以他们只注意到交易费用的峰值已经持续了一段时间，只有在比特币美元价格飙升的时候。

平均而言，交易费用将在交易量达到峰值后两周左右达到峰值。整个周期需要两个月才能完成，但从全年来看，周期逐渐缩短。随着区块空间利用率的提高，一旦出现成交量的小高峰，交易费用将被推高到交易者口吃的地步。当然，交易费只是象征性的。深层次的问题在于区块容量。

通过研究块满度与平均交易费用之间的关系，我们可以看到事务拥塞是如何发生的。

这样，我们可以看到，随着区块被填满并保持在这种状态，交易费用开始上升。交易费用达到峰值后，用户选择减少交易量，区块空间利用率降低，造成区块大小不均。然而，随着交易费用的降低，闲置的区块空间再次吸引了用户，抢占区块的用户也再次出现。请注意，上一次交易费用在2018年1月左右暴涨，在随后的几个月里，街区人满为患，交易费用令人垂涎三尺（无论是比特币还是美元）。

别忘了segwit于2017年7月23日正式发布。随着segwit增加数据块容量（相当于每个块最多允许4MB数据），块大小在2017年下半年超过了1MB的限制。但是，并非所有客户机都使用segwit，因此平均块大小不会增加太多。

下面是一个流程图，它描述了交易费用和块空间利用率之间的振荡过程，就像正弦波一样。我们也可以把它看作一个负反馈回路，因为当交易成本达到一定的阈值时，交易量就会被抑制。

只是出于好奇，我当时指出了这一发现，但总的来说，这并不奏效，我们也无法预测下周的成交量。我得到的教训是非常直接的：一旦交易费用超过一定的门槛，用户就会失望，不会优先考虑网上交易，尤其是当交易成本对其交易量来说过高时。Segwit和批处理使情况变得容易得多。在某些方面，交易费用是自动调整的，因为它们鼓励大交易商在其区块空间消费上更加节俭。不过，这一切让我更加坚定地认为，为了扩大比特币的吞吐量，需要大量的延迟交易系统，交易结算是基于信任模在比特币区块链上进行的。另一个好处是用户拥有清晰的交易生命周期，在经历巨大的交易成本压力后，用户需要数周时间才能恢复到原来的消费水平。

A 以太坊 2020年“交易成本危机”

今年，当以太坊的交易费用开始上涨并超过比特币时，我开始怀疑以太坊是否会重现比特币的交易费用和成交量周期，这个周期是否会对以太坊产生同样甚至更严重的影响，因为这个链条上有很多流动性（相对来说，中心化交易所的交易量基本上是“掉链”根据我的猜测，我们会看到同样的周期，但振荡可能不会那么剧烈，因为以太坊的块空间不是固定的，可以随着使用量的增加而扩大。但事实证明，交易费用的飙升比我预想的更具破坏性。

-来源：Coin Metrics-

与2017年的比特币一样，随着交易量的增加，2020年以太坊的使用率将大幅上升，逐步推高交易费用。6月中旬，compound对代币的在线管理加剧了这种情况，并给交易费用带来了上涨压力。8月中旬，各类代币上线，将交易费用推上新高。这里有几点需要注意，特别是当寿司交换和Uniswap代币上线时，交易费用简直令人垂涎。9月2日，以太坊的平均交易成本超过14美元。当日，共使用价值1670万元的以太坊支付交易费，远远超过新发行的以太坊（总值598万元）（即对矿工的区块奖励）。由于交易费用上涨，部分用户决定推迟交易，导致交易量下降。从8月中旬开始，我们就进入了交易费用的高峰。以太坊日成交量开始稳步下降。交易手续费在9月2日晚见顶，但也开始下降。

两天后，也就是9月4日，我在一个濒于边缘的播客中预测，高昂的交易费用不仅会影响以太坊区块链的利用率，还会影响去中心化交易所的流动性。以下是这个播客的节选（从36分30秒开始）：

NIC：我们发现2017年比特币的交易费用和交易量出现波动，我预计以太坊的交易费用和交易量也会出现波动。因此，随着区块利用率的提高，交易费用也会增加。达到一定的门槛后，用户将无法承受，然后在一段时间内停止交易，因为交易成本太高。结果，交易量和交易费用再次降低，交易费用变得更便宜，人们重新开始交易，等等。

我认为市场上的抛售也可能是由这引起的。由于交易费用上涨，散户投资者被迫退出竞争。然而，对于聪明的交易员来说，消息灵通的散户投资者是他们最喜欢的交易对手。我认为这将导致流动性下降。

马特：没有散户投资者，这场比赛就不会有乐趣。

虽然目前很难确定以太坊的价格动态，我也不认为以太坊价格的波动是造成震荡的唯一原因，但以太的美元价格在9月1日见顶后开始下跌，交易手续费在本月余下的时间里一直居高不下。

怎么了？有几件事。首先，我认为以太坊的交易费用和成交量首次进入主振荡期，交易费用在成交量达到峰值后三周达到峰值，然后两者同时开始下降。更有趣的是，随着交易成本的增加，以太坊交易的平均交易量和几种稳定币的交易量都在飙升。这是有原因的。用户更关心的是交易费用占交易量的比例。随着交易费用的增加，他们停止了小交易，大交易开始占据主导地位。

这种相关性非常密切，这表明用户对交易费用非常敏感。

-来源：Coin Metrics-

这种对交易费用的敏感性不仅反映在以太交易中。随着以太交易费的增加，美元兑美元等稳定币的交易量也有所增加。

-来源：Coin Metrics-

这说明交易者有一个交易费用的门槛，即交易费用在交易量中所能接受的最高比例。随着交易成本的增加，交易者通常不愿意进行小额交易，除非有必要。

上述情况也可以通过引入第三个变量来解释，比如流动性挖矿的增长，这不仅会导致区块链的拥堵，还会吸引大交易员。在研究了以太坊交易的组成之后，我对这一点的理解更加清晰。我的直觉告诉我，小交易者对高昂的交易费用感到气馁，但直到我编制了这张图表，我才明白：

乍一看，这可能并不明显，但这张图表确实反映出，随着交易费用的增加，交易量减少。更有趣的是ETHeric和USDT交易的动态变化，我根据500美元的边界将其分为两部分。我们可以看到，随着交易费用的增加，500美元以上以太交易的比例稳步上升。我们现在将取消合同调用，只关注上述两种类的以太交易：

-红线是转账少于500美元的交易百分比；蓝线是以太坊的平均手续费-

这是确凿的证据。在非合约电话交易中，6月份500美元以下的以太交易占比高达85%，但在交易费用飙升后，这一比例突然下降至40%。最后，有证据表明我的直觉是正确的：高交易费用阻止了小交易。

可以预见，同样的现象也可以在最大的ERC20代币USDT中发现。很明显，随着8月中旬平均交易费用的上升，小额美元的交易量开始减少。美元兑美元的大宗交易量保持坚挺，但总体呈下降趋势，交易热情在交易费用高峰期逐渐降温。

高昂的交易费用会影响流动性吗？

然后我们证实了比特币和以太坊的交易费用与块区间利用率之间存在明显的负反馈环。我们已经知道比特币的周期大约是两个月，那么以太坊会怎么样呢？另外，交易者心中显然有交易手续费的门槛，而小交易者会避开交易高峰。这导致以太坊和其他代币在交易费用高峰时的平均交易量显著增加。

但除了这些还有别的吗？还是仅仅是2017年比特币周期性振荡的重现？我敢打赌里面还有别的东西。

需要注意的是，2017年比特币交易在中心化交易所进行，区块链仅用于跨汇结算和用户存取款。整个市场实际上已经脱离了链条。用户可以将法国货币存入外汇账户，然后持有或出售比特币，而无需实际使用区块链。因此，当交易费用危机发生时，虽然比特币的经济受到一定程度的影响，但很多用户在交易平台上有资金，或者想用美元转账，所以可以继续交易。

相比之下，在2020年，以太坊的大部分交易，包括那些流动的挖矿代币，都是在这条链条上进行的。虽然中心化交易所对价格形成仍然至关重要，但在去中心化交易所，如联合国国际掉期交易所，交易量有时超过最大的中心化交易所。自动做市商模式的交易不需要用户进行KYC审核，不需要将代币委托给第三方，也不需要经过繁琐的引导过程，使用户更加方便。没有订单簿概念的自动做市商模也非常容易使用。此外，某些资产和敞口类只能在链上进行交易，例如小规模DeFi代币或参与流动性挖矿。因此，链上流动性行业蓬勃发展。因为这些去中心化的交易所交易的要么是以太坊，要么是基于以太坊的代币，每次交易都需要支付交易费。与中心化交易不同，去中心化交易所上的每一笔交易都必须在链上结算。因此，连锁交易费用一直困扰着所有的交易者。

因此，与2017年比特币的周期性振荡不同，我们重新绘制了修订版，以说明以太坊在2020年的新趋势。

第二个周期从何而来？为什么我们要把链上流动性更大的协议分开？

首先，我们需要了解的是，正如玛雅·泽哈维所说，高昂的交易费用是对用户征收的累计退税。交易的规模与交易规模无关。无论转让价值是100美元还是500美元以太坊，交易费用几乎相同（因为交易费用是根据交易的天然气使用量计算的，与交易的美元价值无关）。这类似于具有回归性质的营业税。食品等消费在工薪阶层的收入中所占比重大于富人，因此对后者来说，固定的5%的销售税实际上占了他们收入的很大一部分。

例如，让我们玩一个Depp游戏。开奖佣金是固定费用（以美元计），不按彩票池底金额的百分比计算。（这里的佣金是赌场收取的营业费）。玩家可以支付固定费用玩一手牌，或者选择不付费就弃牌。桌上有各种各样的玩家：几个职业玩家，一些半职业玩家，还有一群狂热的赌徒，他们不太擅长玩游戏。开盘佣金可以随意设定。要想赢钱，你不仅要在比赛中赢对手，还要考虑开盘佣金的成本。也就是说，赢是不够的：你必须支付交易成本，但仍然有盈余。

如果开盘佣金低，大家都会喜欢的。然而，一旦赌场变得贪婪，想要增加佣金，筹码低的玩家更容易选择弃牌。如果玩家必须支付超过筹码价值十分之一的钱才能开始比赛，他们就不玩了（除非他们得到了两个A）。总的趋势是，随着佣金绝对值的增加，退出游戏的玩家越来越多，赌资最少的玩家最先退出。

当其他不专业的玩家开始退出时，其他玩家的利润也会大大减少。毕竟，半职业球员靠赢得这些小球员为生。每个德普球员都知道，没有人愿意在周二早上与半职业球员和每天刻苦训练的球员同桌，但这与周五晚上与一群业余业余赌徒同桌并不相同。你可以看着他们失去所有筹码爬出酒吧。

让我们回到以太坊。交易费是纸牌游戏中的佣金。高昂的交易费用令散户投资者望而却步，他们在Uniswap等去中心化交易所投入了大量时间。但当交易成本上升到平均每笔14美元（如果你在Uniswap上购买Dai和ETHer之类的DFI交易，则要高得多），小散户投资者参与交易或流动性挖矿就变得无利可图。小散户投资者不得不退出市场。因为散户投资者不是很了解情况，他们是专业交易员最喜欢的交易对手（韭菜）。如果散户不入市，整个市场的利润就会少得多，从而导致整体流动性下降，交易机会减少。

换言之，上述理论很难用经验来证明。如果我们根据不同的门槛和对交易费用的反应来分析DeFi领域的活跃钱包，或者将价格差异与以太坊的交易费用进行比较，可能有助于证实上述猜想。但是，我们可以分析几个数据点。首先，下图摘自friedrik HAGA的Dune analytics，将去中心化交易所的交易量与以太坊的平均交易费用进行了比较。

我们可以看到，在过去的几个月里，交易量和交易费用都呈现出同样的趋势。从零售业的角度来看，尤其是从高使用率的角度来看，这与交易费用降低是一致的。问题是它们之间的因果关系很难推断。从这张图可以很容易地推断，去中心化交易所的交易量增加是交易费用增加的原因（反之亦然），而不是高交易费用会减少交易量。更有趣的是，下图显示了每天参与各种DeFi协议的新地址数量，与以太坊的平均交易成本相比（摘自Richard Chen的沙丘分析报告）。

除了寿司交换和统一代币发行前后的两次大幅上涨外，当以太坊的交易费用在8月中旬上升到一个新的水平时，似乎DeFi对新用户的吸引力不再像以前那样。

我们得出的结论只是一些推论。显然，当交易费用达到峰值时，小用户会推迟交易，但对链上流动性的影响难以衡量。

以太坊交易费用展望

目前，我们还没有看到以太坊上完全的周期振荡，因此很难估计周期长度。不过，本着具体预测的精神，我还是想给出自己的预测：以太坊年，去中心化交易所的交易费用、交易量、流动性和交易量之间仍将存在正相关波动。如下图所示：

如果你也相信去中心化交易所的交易量和链条上的流动性环境一般都会推高以太坊的价格，那么很容易对这种现象的潜在价格影响做出有效猜测。由于需要锁定以太网以实现完全或过度保证，这种保留需求会影响以太网的价格。从这个角度看，高交易费用会降低使用率，这很可能导致DeFi系统总锁量的减少，从而对以太坊价格带来压力。

然而，也有一些反周期的特征可以缓解震荡，保护以太坊免受交易成本的高波动性影响。

动态块空间

比特币自诞生以来，仅正式提高了一次街区通行能力上限。另一方面，以太坊可以在必要时生成更多的块空间，尽管振幅是有限的。理论上，弹性块空间有助于稳定交易成本，但会带来更多的验证需求，以太坊的验证要求已经非常高。随着以太坊区块利用率的提高，矿工提供给贸易商的算力也不断创新高。

然而，提高gas的上限会增加三级阻塞率，使网络更容易受到DOS攻击，增加整个节点的运行成本。因此，对于是否进一步提高燃气上限，以太坊社会各界众说纷纭。虽然从节点运营成本来看，以太坊用户比比特币用户更容易接受折衷方案，但两者普遍认为，仅仅增加块空间供应并不是解决可伸缩性问题的万能药。因此，尽管有一定弹性的街区空间供给可以应对日益增长的需求，但很少有人愿意支持完全可调的街区空间政策。

以太坊2.0和切片

当我第一次写以太坊交易费用的前景时，我认为以太坊交易费用可能会上涨很长一段时间，这将影响非金融应用程序的可用性。维塔利克给我的答复是：

他的意思是，他仍然相信以太坊能够实现其成为一个低成本区块链的愿景，各种金融或非金融应用都可以在其上运行。他的建议是短期使用rollup，长期使用以太坊2.0和碎片化。维塔利克说，他预计以太坊2.0的可扩展性将提高100倍以上，但他也认为，在“诱导需求”的影响下，交易成本最终可能上升至相同水平。一个例子是，修建更多的道路并不能缓解拥堵，因为更多的道路会提高汽车的成本效益，并使愿意购买更多汽车的人）。

我倾向于同意他的观点，即如果一种产品的生产率提高，人们就会发现（更便宜的）产品有更多的用途。因此，即使考虑到区块空间的扩张，我们也会看到更高的平均交易成本。无论如何，以太坊2.0仍然遥不可及，很难推断。至少，短期内我们不会看到任何成本调整。

汇总

在以太坊社区，目前的正统观点认为，汇总是缓解以太坊当前交易成本问题的主要途径。Rollup有两种主要类：ZK和optimal。它们可以通过将多种支付捆绑在一起，大大提高交易的经济密度。理论上，它们可以保证底层事务的安全性，大大提高吞吐量。简单地说，交易者依靠中继来聚集大量的交易并广播这些交易的摘要。

ZK rollup需要广播大量被截断的事务存根，并证明这些事务的有效性。最优上卷需要准可信的操作人员来聚集交易，交易者需要在很大程度上假设这些操作员不会作恶。从理论上讲，反激励机制是通过欺诈证明与对恶意行为的经济处罚相结合来实现的。目前，ZK-rollup只支持简单的传输，而在当前版本的以太坊上，一些或有望处理所有类的事务。有关or的完整描述，请参阅Daniel Goldman的综合报告。

Rollup可以将事务数据转移到链外，并在线证明其有效性。使用有效性证明的rollup方案（如ZK rollup）和使用错误证明的rollup方案（如optimal rollup）都将计算置于链之下并将事务数据发布到链中）。几年前，比特币采用了同样的数据简化思想，引入了lightning network（它可以将几十万个事务简化为多个链上的事务）和边链技术，同时还提倡提高效率的措施，如批处理和segwit类似于lightning的原理网络（国家频道的一种特例），但有许多不同之处。得益于rollup的普及和快速发展过程，vitalik强烈支持rollup作为实现以太坊可扩展性的最佳短期解决方案。虽然以太坊2.0可能还没有准备好，但rollup的愿景已经触手可及。

由于两个原因，汇总可能不是解决以太坊交易费用问题的灵丹妙药。首先，要诱使所有区块空间的消费者成为区块管理员并非易事，尤其是对于服务提供商而言，他们本可以在没有内部消化的情况下将成本转嫁给终端用户。我们从比特币中学到的教训是，如果中介机构能够将成本转嫁给最终用户，那么他们投资于可持续网络基础设施的动机非常有限。

此外，由于以太坊已经多次提高气体上限以拯救区块空间消费者（以增加验证工作量为代价），重度用户可能更倾向于游说进一步提高天然气上限，而不是花时间打包汇总交易。同样，以太坊2.0所能带来的大块头空间，可能会降低重度用户的上卷热情。然而，以太坊2.0的主要贡献可能是重度用户懒于提高块空间的利用效率。

其次，像以太坊这样的区块链在全球拥有庞大的用户群，而不仅仅是开发者或倡导者。以太坊是开放的，不排斥任何参与者，因此受到庞氏骗局或其他欺诈方式的欢迎。这些骗局的创造者（通常是区块空间的重度消费者）不会计划区块链的未来，也不会优化他们在链上的足迹。当然，看到forsage包装庞氏骗局交易与rollup驱动技术将是有趣的。

在技术层面上，上卷，尤其是or，与底层区块链交易在结算质量上没有区别。目前版本的以太坊可以实现几乎立即的最终性，没有任何退款或不结算的风险。这个特性使以太坊成为“原子”，也就是说，链事务要么完全发生，要么完全发生。这使得用户可以安全连接多个系统，而不必担心单笔支付结算失败造成的连锁效应。正是这一特性使得以太坊成为一种数字不记名资产。原子性还带来了以太坊的可组合性，它可以使智能合约安全地相互引用，并且可以在不评估每个模块的情况下构建更复杂的系统。

rollup等复杂系统的引入将给原子性和可组合性带来不确定性。由于一些或采用以防错挑战为核心的信任模式，最终实现的时间变得不乐观。物质实验室估计，最终结果的时间可能需要1-2周。（注：这是2019年11月的估计，现有的技术水平可能发生了变化。）为了解决这个问题，有一个解决方案[现金期]允许用户通过中间人尽早取出挑战期暂时冻结的代币。我的理解是，这实际上创建了一个等级体系，“免费”汇总需要更长的截止日期，而加速支付版本可以缩短这一时间。

老实说，否则就有可能延迟和解。这不是问题。延迟结算是现代所有高效支付系统的核心，但它不同于以太坊的底层交易（类似现金）的结算模式。如果你习惯于只使用银行电汇，那么改用自动清算所或信用支付会更有效率，但这也意味着你必须忍受不充分的结算担保。这就是为什么信用卡付款可以退款，因为信用卡付款不能立即结算。这对消费者有利，但对企业不利，尤其是当企业需要这些资金周转时。

除了最后一个问题，引入或也可能影响可组合性。我不是一个真正的汇总专家，但我看到文章的最大缺点之一就是可组合性（中文翻译）的问题。

基于以上原因，我不认为以太坊上的所有主要智能合约都会切换到汇总。对我来说，以太坊或其他代币转账的快速结算与代币转账的汇总版有显著区别，尤其是在结算方面。此外，如果可组合性或原子性受损，我们将要构建的系统将与现有系统大不相同。快速清算以太和代币传输一定有其独特之处，我相信，当大块空间的消费者开始转向汇总时，这一点将变得明显。因此，即使一些智能合约转移到rollup，我认为rollup短期内也不会有效降低交易成本。

结论

离心式调速器与链上交易成本的区别在于，调节成本是正常操作系统的副作用，而不是关键的设计考虑因素。在公链中，交易费用的存在是为了保证网络资源不被浪费，为验证者提供收入，其目的并不是为了抑制系统的使用。但事实上，交易费用确实有这样的作用，而且抑制作用越来越强。

因此，我们看到了资源消耗、交易量甚至产品流动性在链条上的周期性振荡，而不是缓慢放缓。这些动态趋势在比特币中已经存在，并在以太坊上显示出迹象。不过，由于以太坊主要是在链条上交易，对目前的以太坊的破坏性更大。所谓的“渐进式”是指潜在的“隐性”交易压力。

以太坊社区应该考虑到交易成本周期性振荡对以太坊网络的影响，并知道一些应用可能总是被高昂的交易成本挤出市场。最后，虽然rollup可以解决可伸缩性问题，但从交易成本的角度来看，它可能不是最好的解决方案，因为它会影响结算担保。

感谢Ryan gentry、Lucas Nuzzi和Antoine Le calvez对本文的帮助和反馈。