Miners in a blockchain system are suffering from ever-increasing storage costs, which in general have not been properly compensated by the users' transaction fees. This reduces the incentives for the miners' participation and may jeopardize the blockchain security. We propose to mitigate this blockchain insufficient fee issue through a Fee and Waiting Tax (FWT) mechanism, which explicitly considers the two types of negative externalities in the system. Specifically, we model the interactions between the protocol designer, users, and miners as a three-stage Stackelberg game. By characterizing the equilibrium of the game, we find that miners neglecting the negative externality in transaction selection cause they are willing to accept insufficient-fee transactions. This leads to the insufficient storage fee issue in the existing protocol. Moreover, our proposed optimal FWT mechanism can motivate users to pay sufficient transaction fees to cover the storage costs and achieve the unconstrained social optimum. Numerical results show that the optimal FWT mechanism guarantees sufficient transaction fees and achieves an average social welfare improvement of 33.73\% or more over the existing protocol. Furthermore, the optimal FWT mechanism achieves the maximum fairness index and performs well even under heterogeneous-storage-cost miners.


翻译:封锁系统中的矿工面临不断增加的储存费用,一般而言,这些储存费用没有得到用户交易费的适当补偿,这减少了矿工参与的激励,并可能危及链锁安全;我们提议通过收费和等待税机制(FWT)来缓解这一链条不足的收费问题,该机制明确考虑到系统中的两类负面外差因素;具体地说,我们将协议设计者、用户和矿工之间的互动模式作为三阶段斯塔克尔贝格游戏的模式;通过描述游戏的平衡性,我们发现矿工忽视交易选择的负面外部性,导致他们愿意接受不充分的收费交易;这导致现有协议中的仓储费问题不足;此外,我们提出的最佳FWT机制可以激励用户支付足够的交易费,以支付仓储费用,实现不受限制的社会最佳管理;数字结果显示,最佳FWT机制保证足够的交易费,并在现有协议的基础上实现平均社会福利改善33.73 ⁇ 或更多。此外,最佳FWT机制达到了最高公平指数,甚至在混合型矿工成本下也很好地运作。

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