感谢 Barnabé Monnot、Caspar Schwarz-Schilling 和 Charles St. Louis 对本文的反馈。
区块链用户必须支付 Gas 费才能进行交易。Gas 费的波动会导致糟糕的用户体验。以太坊用户需要预留资金以应对 Gas 费飙升的情况，企业在决定部署地点时也会考虑 Gas 费的波动性。这些问题非常现实，并且多年来反复出现：Offchain Labs 和Arbitrum的创始人 Ed Felten 在 2022 年的一次演讲中提到了 Gas 费波动性是 L2 服务面临的一个问题，Barnabé Monnot 也在同一时期描述了这个问题。Circle 计划推出的区块链Arc认为，ETH价格的波动会加剧区块链的价格波动。最后，Vitalik 最近的一条推文启发了这篇文章的创作：
未来区块空间市场显然是人们所期望的。许多机构都曾尝试构建相关产品来实现这一目标。我曾与大约十几位尝试推出此类产品的个人和公司进行过交流。然而，时至今日，我们仍然没有这样的产品。在我2022年关于构建区块空间衍生品的文章（此处和此处）中，我指出了创建此类产品难以实现的两个主要原因：
- 大部分天然气交易费收入，即基础费用，会被销毁。未来任何一方都不会再收到基础费用，因此，任何一方都无法自然持有天然气期货的多头头寸。所以，只有投机者才能做空天然气期货。由于基础费用会被销毁，天然气期货只是将风险从一方转移到另一方，而无法降低整体风险。
- 基础费用是可以操纵的。EIP-1559 规定了一条规则，根据当前槽位的 gas 用量来确定下一个槽位的基础费用价格。持有 gas 期货的人可以利用这条规则操纵基础费用，从中获利。
本文探讨了 EIP-1559 如何成为这些问题的根源，并提出了一种可能的解决方案。简而言之，EIP-1559 和 Gas 期货是两种互斥的工具，它们试图解决同一个问题：提高交易费用的可预测性。EIP-1559 针对的是当前交易槽位，而 Gas 期货则可以针对任何交易槽位。为了支持 Gas 期货，以太坊需要移除 EIP-1559 并建立协议内 Gas 期货市场。本文的主要贡献在于对这样一个协议内 Gas 期货市场进行了初步设计。
EIP-1559 与天然气期货不兼容
Gas期货需要买卖双方。如前所述，这类产品存在明显的买方需求。二级服务器（L2）可能想要购买Blob期货，用户、去中心化应用（DApp）和钱包可能想要购买常规Gas期货。问题在于，由于Gas费用并非由个人收取，而是被销毁，因此目前没有这类金融产品的卖方。投机者需要介入提供这些产品，但尽管多次尝试，这种情况至今仍未发生。
或许你甚至可以证明 EIP-1559 与 gas 期货不兼容。我们尝试用反证法以一种非常非正式的方式进行证明。EIP-1559 满足三个性质：用户支付的费用不多不少，提案者接受任何支付基本费用的交易，以及用户和提案者不能串通牟利。对于熟悉 Tim Roughgarden 关于 EIP-1559 的论文的人来说，这些性质分别对应于 DSIC、MMIC 和 OCA 证明性。
为了证明矛盾，假设存在基础费用期货。期货持有者之前已支付一定价格，现在将免费获得一定数量的区块空间。衍生品的卖方之前已收到买方的付款，今天必须支付区块空间费用。
考虑这样一种特殊情况：提议者持有基础费用期货。您可以将其理解为基础费用不会被销毁，而是支付给提议者。通常情况下，提议者不会接受支付金额低于基础费用的交易。但是，如果提议者同时也是基础费用衍生品的持有者，即使边际用户的最高支付意愿低于基础费用，提议者也可以将基础费用衍生品出售给该用户。
通过将天然气期货出售给边际用户，提案方至少可以获得边际用户的支付意愿，即使该支付意愿低于基准费用，也高于零。这构成提案方和用户之间的一种有利可图的串谋，目的是促成一笔低于基准费用的交易，从而破坏 Roughgarden 的 OCA 验证机制，进而导致基准费用的产生。
即使基础费用期货并非由提案人持有，而是由其他实体持有，该持有者也可以将其出售给希望将交易纳入其中的用户，并收取一定费用。即使价格低于基础费用，交易也会发生。因此，一个功能完善的基础费用衍生品市场将违背EIP-1559的规定，但目前EIP-1559却阻止了基础费用衍生品市场的功能性发展。
我认为，要建立一个功能完善的基础费用衍生品市场，EIP-1559 必须进行实质性修改。以太坊可以恢复到 EIP-1559 实施之前的第一价格拍卖机制。这样，提议者就能确定自己将获得 gas 费用收益，并可以出售 gas 期货。但这存在两个问题：首先，这取决于提议者是否选择成为 gas 期货的卖方。确保市场拥有大量提议者参与是一个棘手的启动难题。其次，由于在此之前无法确定谁会成为提议者，因此期货只能提前大约 13 分钟出售。这样的市场无法为开发者提供确定性，让他们能够更清楚地决定应用程序的部署位置。要建立一个真正有效的 gas 期货市场，以太坊需要将其集成到协议本身中。
协议内天然气期货
本节为简化起见，假设协议内不存在交易费用机制，并简要概述 Gas 期货市场的运作方式。最后一节将讨论允许普通用户提交交易的交易费用机制与期货市场之间的交互。
协议内天然气期货市场分为三个阶段。
- 一级市场。槽位N N的 gas 单位期货必须首先从以太坊协议出售给用户，例如槽位Nk N − k 。
- 二级市场。在初级市场购买期货的参与者可能希望交易天然气期货，我们称之为二级市场。协议必须记录期货持有者的信息。
- 结算。燃气费的未来持有者必须获得区块空间的访问权限。
我们来大致描绘一下这三个阶段的样子。
一级市场。期货必须首先在Nk N − k槽位出售。出售可以通过执行层的系统合约进行。潜在买家发送格式为(bid_per_gas, units_of_gas)订单，其中bid_per_gas是用户愿意为每单位 gas 期货支付的ETH数量， units_of_gas是他们想要获得的 gas 数量。然后，系统合约运行拍卖，将 gas 分配给出价最高的买家。
二级市场。期货发行并拥有初始持有者后，即可开始自由交易。交易过程中可能需要跟踪两项信息：1）持有者的公钥；2）每单位 gas 的市场价格。持有者的公钥使系统合约能够提供包含权提案的包含列表。原则上，这仅在最后阶段需要，因此无需持续跟踪持有者的变更，而只需在区块N N之前更新持有者信息即可。每单位 gas 的市场价格可能需要在协议内部进行跟踪，以辅助“其他注意事项”部分所述的交易费用机制。
结算。Gas期货持有者必须获得与其期货所代表的Gas单位相对应的区块空间访问权限。以太坊可以通过赋予期货持有者与其持有的Gas单位相对应的区块空间访问权限，来实现实物结算的Gas期货。例如，可以赋予持有价值1000万Gas期货的持有者提出包含1000万Gas的包含列表的权利。这类似于IncluderSelect提案，该提案允许用户购买成为FOCIL包含者的权利。IncluderSelect的工作原理是允许任何人发送执行层交易，指定用户需要的Gas单位数量以及他们愿意为每个Gas单位支付的价格。系统合约将这些出价作为输入和输出，并据此决定用户获得包含列表大小的提案权。
其他考虑因素
本文旨在试探以太坊是否会考虑对其交易费用机制进行重大调整，从 EIP-1559 转向 gas 期货市场。本文并未涉及拍卖结算等重要细节，但重点关注一些值得关注的未来发展方向。
现货交易纳入。要在以太坊一级市场和二级市场购买期货，买家必须能够将交易上链。更普遍地说，如今许多用户并不关心对冲 Gas 费波动，他们可能希望像现在一样将交易发送到公共内存池进行纳入。为了让普通用户和期货买家都能与以太坊交互，可能需要出售少于The BlockGas 数量的 Gas 费期货。例如，如果 Gas 上限为 6000 万 Gas 单位，则 3000 万 Gas 单位可以在期货市场出售，其余 3000 万 Gas 单位可以通过普通用户需求来满足。确保两种纳入方式的价格保持一致是一个难题，需要精心设计交易费机制。
为什么选择期货？用户可能希望通过期货以外的其他工具来对冲 Gas 费用风险。但我认为，提供标准期货最适合以太坊，因为它与包含列表的交割机制相匹配。此外，在一级市场提供期货允许交易者在二级市场构建不同的产品。众所周知，金融领域存在一个著名的结论——看跌-看涨期权平价关系，即利用期货可以构建其他金融衍生品，例如看跌期权和看涨期权。
占位与分配效率。以太坊交易费机制的目标是确保最看重区块空间的用户能够获得区块空间。如果提前出售区块空间，它可能会分配给一年前最看重区块空间但如今不再看重的人。也就是说，区块空间的分配效率会下降。在最糟糕的情况下，有人可能根本不使用他们的区块空间（即有人占位），导致以太坊吞吐量下降。分配效率的下降是 Gas 费期货的固有特性。以太坊在分配效率上的损失，却在投资效率上得到了提升。如果人们能够确保未来可以获得区块空间，他们就更有可能投资于以太坊上的项目。
无条件包含列表。FOCIL 目前建议采用有条件包含列表。这意味着如果The Block已满，包含列表中的交易可能会被排除在外。如果为了对冲 gas 价格波动而提前大量出售包含列表，则应将包含列表改为无条件包含列表。无条件包含列表中的交易必须包含在The Block中，并且在The Block已满时优先于其他交易。
