Zusammenfassung
Wie gut kann eine Kryptowährung als Zahlungsmittel dienen? Wir untersuchen das optimale Design von Kryptowährungen und bewerten quantitativ, wie gut solche Währungen den bilateralen Handel unterstützen können. Die Herausforderung für Kryptowährungen besteht darin, Doppelausgaben zu überwinden, indem sie sich auf den Wettbewerb zur Aktualisierung der Blockchain (kostenintensives Mining) verlassen und die Abwicklung verzögern.
Wir schätzen, dass das aktuelle Bitcoin-System einen großen Wohlfahrtsverlust von 1,4 % des Konsums verursacht. Dieser Wohlfahrtsverlust kann durch ein optimales Design, das Mining reduziert und sich ausschließlich auf Geldmengenwachstum statt Transaktionsgebühren zur Finanzierung von Mining-Belohnungen stützt, erheblich auf 0,08 % gesenkt werden. Wir weisen auch darauf hin, dass Kryptowährungen potenziell Einzelhandelszahlungssysteme herausfordern können, sofern Skalierungsbeschränkungen addressed werden können.
Zentrale Erkenntnis: Obwohl Bitcoin in seiner derzeitigen Form immense Wohlfahrtskosten verursacht, könnte eine optimal gestaltete Kryptowährung Zahlungen durchaus gut unterstützen. Kryptowährungen funktionieren am besten, wenn das Transaktionsvolumen im Verhältnis zur einzelnen Transaktionsgröße groß ist, was sie eher für Einzelhandelszahlungen als für Großbetragsabwicklungen geeignet macht.
Wichtige Erkenntnisse
Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse
Doppelausgabenproblem
Kryptowährungen sehen sich mit einem grundlegenden Doppelausgabenproblem konfrontiert, bei dem digitale Token kopiert und wiederverwendet werden können. Dies wird durch Mining-Wettbewerb und Bestätigungsverzögerungen gelöst, was einen Zielkonflikt zwischen Abwicklungsgeschwindigkeit und Endgültigkeit schafft.
Immediate vs Final Settlement
Für jede auf einem Proof-of-Work-Protokoll basierende Kryptowährung kann die Abwicklung nicht gleichzeitig sofort und endgültig sein. Es besteht ein inhärenter Zielkonflikt zwischen Transaktionsgeschwindigkeit und Sicherheit gegen Double-Spending-Angriffe.
Optimale Kryptowährungsgestaltung
Die optimale Vergütungsstruktur setzt Transaktionsgebühren auf null und stützt sich ausschließlich auf Seigniorage (Geldmengenwachstum). Dies minimiert Verzerrungen und verbessert die Gesamteffizienz des Kryptowährungssystems.
Retail- versus Großzahlungen
Kryptowährungen eignen sich aufgrund des Zusammenhangs zwischen Transaktionsgröße und Doppelausgabeanreizen wesentlich besser für kleinvolumige Retail-Transaktionen mit hohem Transaktionsaufkommen als für Großzahlungen.
Mining-Kosten
Das aktuelle Bitcoin-Mining verursacht erhebliche Kosten (im Modell 360 Mio. USD jährlich), ein optimiertes Design könnte diese bei gleicher Sicherheit auf 6,9 Mio. USD reduzieren.
Skalierbarkeitsherausforderung
Die Effizienz von Kryptowährungen steigt mit zunehmender Skalierung, wodurch Skalierbarkeit als zentrale technologische Herausforderung für die breite Einführung im Fokus steht.
Übersicht der Arbeit
Dokumenteninhalt
1. Einleitung
Seit der Entstehung von Bitcoin im Jahr 2009 haben Kryptowährungen eine intensive Debatte über ihre wirtschaftliche Relevanz ausgelöst. Kritiker haben sie als Betrug oder Blasen bezeichnet, während Befürworter auf ihr Potenzial verweisen, Zahlungen ohne designierte Drittparteien zu unterstützen, die Währungen gewinnorientiert kontrollieren.
Dieses Papier entwickelt ein Allgemeines-Gleichgewicht-Modell einer Kryptowährung, die eine Blockchain als Aufzeichnungsinstrument für Zahlungen nutzt. Wir formalisieren das Double-Spending-Problem und zeigen, wie es durch ressourcenintensiven Mining-Wettbewerb und Bestätigungsverzögerungen gelöst wird.
Unsere Analyse zeigt, dass Bitcoin in seiner derzeitigen Form zwar erhebliche Wohlfahrtskosten verursacht, eine optimal gestaltete Kryptowährung jedoch effizient Zahlungen unterstützen kann. Wir bewerten quantitativ, wie gut Kryptowährungen Transaktionen im Vergleich zu traditionellen Zahlungssystemen abwickeln können.
Der Beitrag erweitert die spärliche ökonomische Literatur zu Kryptowährungen, indem erstmals die besonderen technologischen Merkmale von Kryptowährungssystemen - Blockchain, Mining und Double-Spending-Anreize - in einem quantitativen wirtschaftlichen Rahmen formal modelliert werden.
2. Kryptowährungen: Eine kurze Einführung
Kryptowährungen wie Bitcoin machen vertrauenswürdige Drittparteien überflüssig, indem sie sich auf ein dezentrales Netzwerk von Validatoren stützen, das Kopien des Hauptbuchs pflegt und aktualisiert. Das Vertrauen basiert auf einer Blockchain, die dezentrale Verifizierung, Aktualisierung und Speicherung von Transaktionshistorie gewährleistet.
Die Blockchain wird durch einen Wettbewerbsprozess namens Mining aktualisiert, bei dem Miner um die Lösung rechenintensiver Proof-of-Work-Probleme konkurrieren. Der Gewinner aktualisiert die Kette mit einem neuen Block und erhält Belohnungen, die durch die Schöpfung neuer Coins und Transaktionsgebühren finanziert werden.
Die grundlegende Herausforderung ist das Double-Spending-Problem: Nach Durchführung einer Transaktion könnte ein Nutzer versuchen, Validatoren davon zu überzeugen, einen alternativen Verlauf zu akzeptieren, in dem die Zahlung nicht erfolgte. Dies wird durch Bestätigungsverzögerungen erschwert – Verkäufer warten auf mehrere Bestätigungen, bevor sie Waren ausliefern, was erfolgreiche Double-Spending-Angriffe schwieriger macht.
3. Das Double-Spending-Problem
Wir entwickeln ein Modell, um Mining- und Double-Spending-Entscheidungen innerhalb eines Zahlungszyklus zu untersuchen. Das Modell zeigt, dass ein unehrlicher Käufer den Mining-Prozess N+1 Mal in Folge gewinnen muss, um eine Transaktion mit einer Bestätigungsverzögerung von N Teilperioden rückgängig zu machen.
Dies führt zu unserem grundlegenden Ergebnis: Für jede auf einem Proof-of-Work-Protokoll basierende Kryptowährung kann die Abwicklung weder sofort noch endgültig sein. Es besteht ein grundsätzlicher Zielkonflikt zwischen Transaktionsgeschwindigkeit und Sicherheit gegen Double-Spending.
The model derives a no-double-spending constraint: d < R(N+1)N, where d is the transaction size, R is the mining reward, and N is the confirmation lag. This constraint shows the relationship between transaction size, confirmation lag, and the mining rewards needed to deter double-spending.
4. Allgemeiner Gleichgewichtsrahmen
Wir integrieren die Kryptowährungsstruktur in einen monetären General-Equilibrium-Rahmen nach Lagos und Wright (2005). Dieser Schritt ist entscheidend, da Kryptowährungen ein geschlossenes System bilden - ihr Wert hängt von der Zirkulation in der Wirtschaft ab, die die Mining-Belohnungen bestimmt, was wiederum die Mining-Aktivität und Doppelausgaben-Anreize beeinflusst.
Der Rahmen ermöglicht uns die Erforschung optimaler Kryptowährungsgestaltung. Wir stellen fest, dass die optimale Belohnungsstruktur Transaktionsgebühren auf null setzt und sich ausschließlich auf Seigniorage (Geldmengenwachstum) stützt. Dies minimiert Verzerrungen und verbessert die Effizienz.
Wir beweisen, dass ein Doppelausgabe-sicheres Kryptowährungsgleichgewicht existiert, wenn die Nutzerbasis ausreichend groß ist, was zeigt, dass Kryptowährungen mit zunehmender Größe effizienter werden.
5. Eine numerische Analyse von Bitcoin
Wir kalibrieren unser Modell mit Bitcoin-Handelsdaten aus dem Jahr 2015. Die Analyse zeigt, dass das aktuelle Bitcoin-Design sehr ineffizient ist und im Vergleich zu einem effizienten Bargeldsystem einen Wohlfahrtsverlust von 1,4 % verursacht.
Die Hauptursache für die Ineffizienz sind die hohen Mining-Kosten, die auf 360 Millionen US-Dollar pro Jahr geschätzt werden. Dies bedeutet, dass die Menschen bereit wären, ein Bargeldsystem mit 230 % Inflation zu akzeptieren, bevor sie mit Bitcoin besser dastehen würden.
Ein optimal gestaltetes Bitcoin-System würde die Wohlfahrtskosten jedoch auf 0,08 % senken, indem das Geldmengenwachstum verringert und Transaktionsgebühren eliminiert werden. Die äquivalente Inflationsrate würde auf 27,51 % sinken.
Wir bewerten auch die Effizienz von Kryptowährungen für Einzelhandelszahlungen (unter Verwendung von US-Debitkartendaten) und Großbetragsabwicklungen (mit Fedwire-Daten). Kryptowährungen zeigen viel geringere Wohlfahrtsverluste bei Einzelhandelszahlungen (0,00052 %) im Vergleich zu Großbetragssystemen (0,0060 %).
6. Schlussfolgerung
Dezentrale Buchführung mit Blockchain auf Basis eines Proof-of-Work-Konsenses ist ein faszinierendes Konzept. Die Ökonomie dieser Technologie wird durch individuelle Anreize zum Doppelausgeben und die Kosten zur Kontrolle dieser Anreize bestimmt.
Mit zunehmender Größe einer Kryptowährung steigt ihre Effizienz. Dies erklärt, warum ein Doppelausgaben-Nachweisgleichgewicht nur bei ausreichend großem Nutzerpool existiert und warum Kryptowährungen besonders gut funktionieren, wenn das Transaktionsvolumen im Verhältnis zur einzelnen Transaktionsgröße groß ist.
Bitcoin ist nicht nur in Bezug auf die Mining-Kosten teuer, sondern auch in seinem langfristigen Design ineffizient. Die Effizienz kann erheblich verbessert werden, indem die Erzeugungsrate von Coins optimiert und die Transaktionsgebühren minimiert werden.
Kryptowährungssysteme könnten potenziell Einzelhandelszahlungssysteme herausfordern, sobald Skalierbarkeitsbeschränkungen behoben sind. Es bleibt noch viel über das wirtschaftliche Potenzial und das effiziente Design der Blockchain-Technologie zu erforschen.
Anhang
Die Arbeit umfasst umfangreiche Anhänge mit Beweisen, Ableitungen und zusätzlichen Analysen, einschließlich:
- Mikrofundierung für das Proof-of-Work-Problem
- Vollständige Beweise der Lemmata und Propositionen
- Analyse von Proof-of-Stake als alternativer Konsensmechanismus
- Formale Beschreibung der Blockchain
Hinweis: Dies ist eine Zusammenfassung der Kerninhalte der Arbeit. Das vollständige Dokument enthält umfangreiche mathematische Ableitungen, formale Beweise und detaillierte Wirtschaftsanalysen. Wir empfehlen, das vollständige PDF zum umfassenden Verständnis herunterzuladen.