Miners in a blockchain system are suffering from the ever-increasing storage costs, which in general have not been properly compensated by the users' transaction fees. In the long run, this may lead to less participation of miners in the system and jeopardize the blockchain security. In this work, we mitigate such a blockchain storage sustainability issue by proposing a social welfare maximization mechanism, which encourages each user to pay sufficient transaction fees for the storage costs and consider the waiting time costs imposing on others. We model the interactions between the protocol designer, users, and miners as a three-stage Stackelberg game. In Stage I, the protocol designer optimizes the consensus parameters associated with the transaction fee per byte values and waiting time costs to maximize the social welfare. In Stage II, the users decide the transaction generation rates to maximize their payoffs. In Stage III, the miners select the transactions and record them into the blockchain to maximize their payoffs. Through characterizing the Nash equilibrium of the three-stage game, we find that the protocol designer can not only achieve maximum social welfare in Stage II and III of the model, but also incentivize each user pays sufficient transaction fees for storage costs. We also find that for users who generate transactions at lower rates, they may pay higher waiting time price per transaction for the waiting time costs they impose on other users. Ethereum-based numerical results showed that our proposed mechanism dominates the existing protocol in both social welfare and fees, achieves a higher fairness index than the existing protocol, and performs well even under heterogeneous-storage-cost miners.


翻译:封锁系统中的矿工正在遭受不断上涨的储存成本,而一般而言,这种成本没有得到用户交易费的适当补偿。从长远看,这可能导致矿工较少参与系统,并危及链锁安全。在这项工作中,我们通过提出社会福利最大化机制来缓解这种链链锁储存可持续性问题,该机制鼓励每个用户为储存成本支付足够的交易费,并考虑给他人带来的等待时间成本。我们把协议设计者、用户和矿工之间的互动作为三阶段斯塔克尔伯格游戏的模式。在第一阶段,协议设计者优化了与交易费相关的协商一致参数,每个交易费按本币价值计算,并等待时间成本最大化。在第二阶段,由用户决定交易生成率,以最大限度地实现报酬最大化。在第三阶段,矿工选择交易并将交易记录到封锁链中,以最大限度地实现报酬最大化。通过将纳什平衡作为三阶段游戏的特征,我们发现协议设计者不仅可以在模式的第二和第三阶段实现最大程度的社会福利,而且还要激励每个用户支付足够的交易费,在交易费中支付更高的交易费。我们也可以在交易成本中找到其他用户在交易中支付更高的交易成本。

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