加密货币经济学

1. 引言

自2009年比特币诞生以来，加密货币的经济相关性引发了激烈争论。批评者指责其为欺诈或泡沫，而支持者则指出其具备在无需指定第三方机构控制货币以牟利的情况下支持支付的潜力。

本文构建了一种采用区块链作为支付记账技术的加密货币一般均衡模型。我们通过形式化双花问题，揭示了如何通过资源密集型的挖矿竞争和确认延迟来解决该问题。

我们的分析表明，尽管现有形式的比特币存在显著的福利成本，但经过优化设计的加密货币能够高效支撑支付系统。我们通过量化评估，比较了加密货币与传统支付系统在促进交易方面的效能差异。

本文通过首次在量化经济框架内正式建模加密货币系统的独特技术特征——区块链、挖矿与双重支付激励，为当前稀缺的加密货币经济学文献作出了贡献。

2. 加密货币：简要介绍

以比特币为代表的加密货币通过依赖去中心化的验证器网络来维护和更新账本副本，从而消除了对可信第三方的需求。其信任基础建立在区块链技术上，该技术确保了交易历史的分布式验证、更新与存储。

区块链通过名为"挖矿"的竞争流程进行更新，矿工通过竞争解决计算成本高昂的工作量证明问题。获胜者将新区块更新至链上，并获得通过新币发行和交易费用提供的奖励。

根本性挑战在于双花问题：用户完成交易后可能试图说服验证者接受一个未发生支付的替代历史记录。确认延迟机制对此形成制约——卖家需要等待多次确认后才发货，这使得成功的双花攻击更难实现。

3. 双重支付问题

我们建立了一个模型来研究支付周期内的挖矿与双花决策。该模型表明，要撤销具有N个子周期确认延迟的交易，不诚实的买方需要连续赢得N+1次挖矿竞赛。

由此得出我们的基本结论： 对于任何基于工作量证明协议的加密货币，结算既不能即时又不可撤销。 在交易速度与双花防护安全性之间存在着内在的权衡关系。

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. 一般均衡框架

我们将加密货币结构纳入基于Lagos和Wright（2005）的货币一般均衡框架。这一步至关重要，因为加密货币是闭环系统——其价值取决于经济体系中的流通状况，流通状况决定挖矿奖励，而挖矿奖励又影响挖矿投入与双花动机。

该框架使我们能够探索最优加密货币设计。我们发现最优奖励结构应将交易费用设为零，并完全依赖铸币税（货币增长）。这能最小化扭曲并提升效率。

我们证明当用户池足够大时，存在防双花加密货币均衡，这表明加密货币会随着规模扩大而变得更高效。

5. 比特币数值分析

我们使用2015年的比特币交易数据对模型进行校准。分析表明，当前比特币的设计效率极低，相较于高效现金系统会产生1.4%的福利损失。

效率低下的主要根源是高昂的挖矿成本，估计每年达3.6亿美元。这意味着在人们宁愿接受230%通胀率的现金系统之前，使用比特币反而会使福利状况恶化。

然而通过优化设计的比特币体系可通过降低货币增量和取消交易手续费，将福利成本降至0.08%。等效通胀率将相应下降至27.51%。

我们还评估了加密货币在零售支付（采用美国借记卡数据）和大额结算（采用Fedwire数据）场景下的效率。相较于大额支付系统0.0060%的福利损失，加密货币在零售支付领域的福利损失要小得多（0.00052%）。

6. 结论

基于工作量证明共识机制的区块链分布式记账是一个引人入胜的概念。该技术的经济性由个体双重支付动机与控制这些动机的成本所驱动。

随着加密货币规模的扩大，其运行效率会相应提升。这解释了为何仅当用户池足够庞大时才会存在双重支付证明均衡，也说明了当交易总量相对于单笔交易规模较大时加密货币能发挥最佳效能。

比特币不仅挖矿成本高昂，其长期运行机制也存在效率缺陷。通过优化货币生成速率并降低交易手续费，可显著提升系统效率。

一旦突破可扩展性限制，加密货币系统有望对零售支付体系构成挑战。关于区块链技术的经济潜力与效率优化设计，仍有诸多待探索之处。

附录

该论文包含大量附录，涵盖证明过程、公式推导及其他分析，具体包括：

• Micro-foundation for the proof-of-work problem
• 引理与命题的完整证明
• 权益证明作为替代共识机制的分析
• 区块链的形式化描述