Abstract
Quanto può funzionare bene una criptovaluta come mezzo di pagamento? Studiamo la progettazione ottimale delle criptovalute e valutiamo quantitativamente quanto bene tali valute possano supportare il commercio bilaterale. La sfida per le criptovalute è superare la doppia spesa basandosi sulla competizione per aggiornare la blockchain (mining costoso) e ritardando il regolamento.
Stimiamo che l'attuale schema Bitcoin generi una grande perdita di benessere pari all'1,4% dei consumi. Questa perdita di benessere può essere ridotta sostanzialmente allo 0,08% adottando un progetto ottimale che riduce il mining e si affida esclusivamente alla crescita monetaria piuttosto che alle commissioni di transazione per finanziare le ricompense del mining. Sottolineiamo inoltre che le criptovalute potrebbero potenzialmente sfidare i sistemi di pagamento al dettaglio a condizione che le limitazioni di scalabilità possano essere affrontate.
Punto Chiave: Sebbene Bitcoin nella sua forma attuale comporti costi di benessere enormi, una criptovaluta progettata in modo ottimale potrebbe potenzialmente supportare i pagamenti in modo piuttosto efficace. Le criptovalute funzionano meglio quando il volume delle transazioni è elevato rispetto alla dimensione della singola transazione, rendendole più adatte ai pagamenti al dettaglio che ai regolamenti di alto valore.
Risultati Chiave
Riepilogo delle intuizioni chiave
Problema della Doppia Spesa
Le criptovalute affrontano un problema fondamentale della doppia spesa in cui i token digitali possono essere copiati e riutilizzati. Questo viene risolto tramite la competizione di mining e i ritardi di conferma, creando un compromesso tra velocità di regolamento e finalità.
Regolamento Immediato vs Finale
Per qualsiasi criptovaluta basata su un protocollo Proof-of-Work, il regolamento non può essere simultaneamente immediato e definitivo. Esiste un compromesso intrinseco tra velocità di transazione e sicurezza contro gli attacchi di double-spending.
Progettazione Ottimale della Criptovaluta
La struttura di ricompensa ottimale imposta le commissioni di transazione a zero e si affida esclusivamente al signoraggio (crescita monetaria). Ciò minimizza le distorsioni e migliora l'efficienza complessiva del sistema di criptovalute.
Pagamenti al Dettaglio vs Pagamenti di Grande Valore
Le criptovalute sono molto più adatte per transazioni al dettaglio di basso valore e alto volume che per pagamenti di grande valore, a causa della relazione tra dimensione della transazione e incentivi alla doppia spesa.
Costi di Mining
L'attuale mining di Bitcoin genera costi sostanziali (360 milioni di dollari annualmente nel modello), ma un design ottimale potrebbe ridurli a 6,9 milioni di dollari mantenendo la sicurezza.
Sfida della Scalabilità
L'efficienza delle criptovalute aumenta con la scala, ponendo la scalabilità in primo piano come la principale sfida tecnologica da superare per un'adozione diffusa.
Panoramica del Documento
Indice dei Contenuti
1. Introduzione
Dalla creazione di Bitcoin nel 2009, le criptovalute hanno acceso un intenso dibattito sulla loro rilevanza economica. I critici le hanno definite frodi o bolle, mentre i sostenitori ne evidenziano il potenziale di supportare pagamenti senza terze parti designate che controllano la valuta a scopo di lucro.
Questo articolo sviluppa un modello di equilibrio generale per una criptovaluta che utilizza una blockchain come sistema di registrazione dei pagamenti. Formalizziamo il problema della doppia spesa e mostriamo come viene risolto attraverso una competizione di mining ad alta intensità di risorse e ritardi di conferma.
La nostra analisi rivela che, sebbene Bitcoin nella sua forma attuale comporti costi di benessere significativi, una criptovaluta progettata in modo ottimale può supportare i pagamenti in modo efficiente. Valutiamo quantitativamente quanto bene le criptovalute possano facilitare le transazioni rispetto ai sistemi di pagamento tradizionali.
Il contributo di questo articolo alla limitata letteratura economica sulle criptovalute consiste nell'essere il primo a modellare formalmente le caratteristiche tecnologiche distintive dei sistemi di criptovaluta - blockchain, mining e incentivi al double-spending - all'interno di un quadro economico quantitativo.
2. Criptovalute: Una Breve Introduzione
Criptovalute come Bitcoin eliminano la necessità di un terzo fidato affidandosi a una rete decentralizzata di validatori per mantenere e aggiornare copie del registro. La fiducia si basa su una blockchain che garantisce verifica distribuita, aggiornamento e archiviazione delle cronologie transazionali.
La blockchain viene aggiornata attraverso un processo competitivo chiamato mining, dove i miner competono per risolvere problemi proof-of-work computazionalmente costosi. Il vincitore aggiorna la catena con un nuovo blocco e riceve ricompense finanziate dalla creazione di nuove monete e dalle commissioni di transazione.
La sfida fondamentale è il problema della doppia spesa: dopo aver effettuato una transazione, un utente potrebbe tentare di convincere i validatori ad accettare una cronologia alternativa in cui il pagamento non è stato effettuato. Questo è scoraggiato dai ritardi di conferma - i venditori attendono multiple conferme prima di consegnare le merci, rendendo più difficili gli attacchi di doppia spesa riusciti.
3. Il Problema della Doppia Spesa
Sviluppiamo un modello per studiare le decisioni di mining e di doppia spesa all'interno di un ciclo di pagamento. Il modello mostra che per annullare una transazione con un ritardo di conferma di N sottoperiodi, un acquirente disonesto deve vincere il gioco di mining N+1 volte consecutivamente.
Questo conduce al nostro risultato fondamentale: Per qualsiasi criptovaluta basata su un protocollo Proof-of-Work, il regolamento non può essere sia immediato che definitivo. Esiste un compromesso intrinseco tra velocità di transazione e sicurezza contro il 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. Quadro di Equilibrio Generale
Integriamo la struttura delle criptovalute in un quadro di equilibrio generale monetario basato su Lagos and Wright (2005). Questo passaggio è essenziale poiché le criptovalute costituiscono un sistema a circuito chiuso - il loro valore dipende dalla circolazione nell'economia, che determina le ricompense di mining, le quali a loro volta influenzano lo sforzo computazionale e gli incentivi alla doppia spesa.
Il quadro ci permette di esplorare la progettazione ottimale delle cryptocurrency. Scopriamo che la struttura di ricompensa ottimale imposta le commissioni di transazione a zero e si affida esclusivamente al signoraggio (crescita monetaria). Ciò minimizza le distorsioni e migliora l'efficienza.
Dimostriamo che esiste un equilibrio di cryptocurrency a prova di doppia spesa quando il pool di utenti è sufficientemente ampio, evidenziando come le cryptocurrency diventino più efficienti con la scala.
5. Un'Analisi Numerica di Bitcoin
Calibriamo il nostro modello utilizzando i dati di trading di Bitcoin del 2015. L'analisi rivela che l'attuale concezione di Bitcoin è molto inefficiente, generando una perdita di benessere dell'1,4% rispetto a un sistema di contante efficiente.
La principale fonte di inefficienza sono gli elevati costi di mining, stimati in 360 milioni di dollari all'anno. Ciò equivale a dire che le persone sarebbero disposte ad accettare un sistema di contante con un'inflazione del 230% piuttosto che trarre vantaggio dall'uso di Bitcoin.
Tuttavia, un Bitcoin progettato in modo ottimale ridurrebbe il costo di benessere allo 0,08% diminuendo la crescita monetaria ed eliminando le commissioni di transazione. Il tasso di inflazione equivalente scenderebbe al 27,51%.
Valutiamo inoltre l'efficienza delle criptovalute per i pagamenti al dettaglio (utilizzando i dati delle carte di debito statunitensi) e per i regolamenti di grandi importi (utilizzando i dati Fedwire). Le criptovalute mostrano perdite di benessere molto inferiori per i pagamenti al dettaglio (0,00052%) rispetto ai sistemi per grandi valori (0,0060%).
6. Conclusione
La tenuta dei registri distribuita con blockchain basata sul consenso attraverso la Proof-of-Work è un concetto affascinante. L'economia di questa tecnologia è guidata dagli incentivi individuali alla doppia spesa e dai costi per controllare tali incentivi.
Man mano che la scala di una criptovaluta aumenta, essa diventa più efficiente. Questo spiega perché l'equilibrio di prova della doppia spesa esiste solo con un bacino di utenti sufficientemente ampio, e perché le criptovalute funzionano meglio quando il volume delle transazioni è grande rispetto alle dimensioni delle singole transazioni.
Bitcoin non è solo costoso in termini di costi di mining, ma anche inefficiente nel suo design a lungo termine. L'efficienza può essere notevolmente migliorata ottimizzando il tasso di creazione di monete e minimizzando le commissioni di transazione.
I sistemi di criptovaluta potrebbero potenzialmente sfidare i sistemi di pagamento al dettaglio una volta risolte le limitazioni di scalabilità. Resta ancora molto da apprendere sul potenziale economico e sul design efficiente della tecnologia blockchain.
Appendice
Il documento include ampie appendici con dimostrazioni, derivazioni e analisi aggiuntive tra cui:
- Micro-foundation for the proof-of-work problem
- Dimostrazioni complete di lemmi e proposizioni
- Analisi di Proof-of-Stake come meccanismo di consenso alternativo
- Descrizione formale della blockchain
Nota: Quanto sopra è un riassunto dei contenuti chiave del documento. Il testo completo contiene ampie derivazioni matematiche, dimostrazioni formali e analisi economiche dettagliate. Si consiglia di scaricare il PDF completo per una comprensione esaustiva.