感謝 Barnabé Monnot、Caspar Schwarz-Schilling 和 Charles St. Louis 對本文的反饋。
區塊鏈用戶必須支付 Gas 費才能進行交易。Gas 費的波動會導致糟糕的用戶體驗。以太坊用戶需要預留資金以應對 Gas 費飆升的情況，企業在決定部署地點時也會考慮 Gas 費的波動性。這些問題非常現實，並且多年來反覆出現：Offchain Labs 和Arbitrum的創始人 Ed Felten 在 2022 年的一次演講中提到了 Gas 費波動性是 L2 服務面臨的一個問題，Barnabé Monnot 也在同一時期描述了這個問題。Circle 計劃推出的區塊鏈Arc認為，ETH價格的波動會加劇區塊鏈的價格波動。最後，Vitalik 最近的一條推文啟發了這篇文章的創作：
未來區塊空間市場顯然是人們所期望的。許多機構都曾嘗試構建相關產品來實現這一目標。我曾與大約十幾位嘗試推出此類產品的個人和公司進行過交流。然而，時至今日，我們仍然沒有這樣的產品。在我2022年關於構建區塊空間衍生品的文章（此處和此處）中，我指出了創建此類產品難以實現的兩個主要原因：
- 大部分天然氣交易費收入，即基礎費用，會被銷燬。未來任何一方都不會再收到基礎費用，因此，任何一方都無法自然持有天然氣期貨的多頭頭寸。所以，只有投機者才能做空天然氣期貨。由於基礎費用會被銷燬，天然氣期貨只是將風險從一方轉移到另一方，而無法降低整體風險。
- 基礎費用是可以操縱的。EIP-1559 規定了一條規則，根據當前槽位的 gas 用量來確定下一個槽位的基礎費用價格。持有 gas 期貨的人可以利用這條規則操縱基礎費用，從中獲利。
本文探討了 EIP-1559 如何成為這些問題的根源，並提出了一種可能的解決方案。簡而言之，EIP-1559 和 Gas 期貨是兩種互斥的工具，它們試圖解決同一個問題：提高交易費用的可預測性。EIP-1559 針對的是當前交易槽位，而 Gas 期貨則可以針對任何交易槽位。為了支持 Gas 期貨，以太坊需要移除 EIP-1559 並建立協議內 Gas 期貨市場。本文的主要貢獻在於對這樣一個協議內 Gas 期貨市場進行了初步設計。
EIP-1559 與天然氣期貨不兼容
Gas期貨需要買賣雙方。如前所述，這類產品存在明顯的買方需求。二級服務器（L2）可能想要購買Blob期貨，用戶、去中心化應用（DApp）和錢包可能想要購買常規Gas期貨。問題在於，由於Gas費用並非由個人收取，而是被銷燬，因此目前沒有這類金融產品的賣方。投機者需要介入提供這些產品，但儘管多次嘗試，這種情況至今仍未發生。
或許你甚至可以證明 EIP-1559 與 gas 期貨不兼容。我們嘗試用反證法以一種非常非正式的方式進行證明。EIP-1559 滿足三個性質：用戶支付的費用不多不少，提案者接受任何支付基本費用的交易，以及用戶和提案者不能串通牟利。對於熟悉 Tim Roughgarden 關於 EIP-1559 的論文的人來說，這些性質分別對應於 DSIC、MMIC 和 OCA 證明性。
為了證明矛盾，假設存在基礎費用期貨。期貨持有者之前已支付一定價格，現在將免費獲得一定數量的區塊空間。衍生品的賣方之前已收到買方的付款，今天必須支付區塊空間費用。
考慮這樣一種特殊情況：提議者持有基礎費用期貨。您可以將其理解為基礎費用不會被銷燬，而是支付給提議者。通常情況下，提議者不會接受支付金額低於基礎費用的交易。但是，如果提議者同時也是基礎費用衍生品的持有者，即使邊際用戶的最高支付意願低於基礎費用，提議者也可以將基礎費用衍生品出售給該用戶。
通過將天然氣期貨出售給邊際用戶，提案方至少可以獲得邊際用戶的支付意願，即使該支付意願低於基準費用，也高於零。這構成提案方和用戶之間的一種有利可圖的串謀，目的是促成一筆低於基準費用的交易，從而破壞 Roughgarden 的 OCA 驗證機制，進而導致基準費用的產生。
即使基礎費用期貨並非由提案人持有，而是由其他實體持有，該持有者也可以將其出售給希望將交易納入其中的用戶，並收取一定費用。即使價格低於基礎費用，交易也會發生。因此，一個功能完善的基礎費用衍生品市場將違背EIP-1559的規定，但目前EIP-1559卻阻止了基礎費用衍生品市場的功能性發展。
我認為，要建立一個功能完善的基礎費用衍生品市場，EIP-1559 必須進行實質性修改。以太坊可以恢復到 EIP-1559 實施之前的第一價格拍賣機制。這樣，提議者就能確定自己將獲得 gas 費用收益，並可以出售 gas 期貨。但這存在兩個問題：首先，這取決於提議者是否選擇成為 gas 期貨的賣方。確保市場擁有大量提議者參與是一個棘手的啟動難題。其次，由於在此之前無法確定誰會成為提議者，因此期貨只能提前大約 13 分鐘出售。這樣的市場無法為開發者提供確定性，讓他們能夠更清楚地決定應用程序的部署位置。要建立一個真正有效的 gas 期貨市場，以太坊需要將其集成到協議本身中。
協議內天然氣期貨
本節為簡化起見，假設協議內不存在交易費用機制，並簡要概述 Gas 期貨市場的運作方式。最後一節將討論允許普通用戶提交交易的交易費用機制與期貨市場之間的交互。
協議內天然氣期貨市場分為三個階段。
- 一級市場。槽位N N的 gas 單位期貨必須首先從以太坊協議出售給用戶，例如槽位Nk N − k 。
- 二級市場。在初級市場購買期貨的參與者可能希望交易天然氣期貨，我們稱之為二級市場。協議必須記錄期貨持有者的信息。
- 結算。燃氣費的未來持有者必須獲得區塊空間的訪問權限。
我們來大致描繪一下這三個階段的樣子。
一級市場。期貨必須首先在Nk N − k槽位出售。出售可以通過執行層的系統合約進行。潛在買家發送格式為(bid_per_gas, units_of_gas)訂單，其中bid_per_gas是用戶願意為每單位 gas 期貨支付的ETH數量， units_of_gas是他們想要獲得的 gas 數量。然後，系統合約運行拍賣，將 gas 分配給出價最高的買家。
二級市場。期貨發行並擁有初始持有者後，即可開始自由交易。交易過程中可能需要跟蹤兩項信息：1）持有者的公鑰；2）每單位 gas 的市場價格。持有者的公鑰使系統合約能夠提供包含權提案的包含列表。原則上，這僅在最後階段需要，因此無需持續跟蹤持有者的變更，而只需在區塊N N之前更新持有者信息即可。每單位 gas 的市場價格可能需要在協議內部進行跟蹤，以輔助“其他注意事項”部分所述的交易費用機制。
結算。Gas期貨持有者必須獲得與其期貨所代表的Gas單位相對應的區塊空間訪問權限。以太坊可以通過賦予期貨持有者與其持有的Gas單位相對應的區塊空間訪問權限，來實現實物結算的Gas期貨。例如，可以賦予持有價值1000萬Gas期貨的持有者提出包含1000萬Gas的包含列表的權利。這類似於IncluderSelect提案，該提案允許用戶購買成為FOCIL包含者的權利。IncluderSelect的工作原理是允許任何人發送執行層交易，指定用戶需要的Gas單位數量以及他們願意為每個Gas單位支付的價格。系統合約將這些出價作為輸入和輸出，並據此決定用戶獲得包含列表大小的提案權。
其他考慮因素
本文旨在試探以太坊是否會考慮對其交易費用機制進行重大調整，從 EIP-1559 轉向 gas 期貨市場。本文並未涉及拍賣結算等重要細節，但重點關注一些值得關注的未來發展方向。
現貨交易納入。要在以太坊一級市場和二級市場購買期貨，買家必須能夠將交易上鍊。更普遍地說，如今許多用戶並不關心對沖 Gas 費波動，他們可能希望像現在一樣將交易發送到公共內存池進行納入。為了讓普通用戶和期貨買家都能與以太坊交互，可能需要出售少於The BlockGas 數量的 Gas 費期貨。例如，如果 Gas 上限為 6000 萬 Gas 單位，則 3000 萬 Gas 單位可以在期貨市場出售，其餘 3000 萬 Gas 單位可以通過普通用戶需求來滿足。確保兩種納入方式的價格保持一致是一個難題，需要精心設計交易費機制。
為什麼選擇期貨？用戶可能希望通過期貨以外的其他工具來對沖 Gas 費用風險。但我認為，提供標準期貨最適合以太坊，因為它與包含列表的交割機制相匹配。此外，在一級市場提供期貨允許交易者在二級市場構建不同的產品。眾所周知，金融領域存在一個著名的結論——看跌-看漲期權平價關係，即利用期貨可以構建其他金融衍生品，例如看跌期權和看漲期權。
佔位與分配效率。以太坊交易費機制的目標是確保最看重區塊空間的用戶能夠獲得區塊空間。如果提前出售區塊空間，它可能會分配給一年前最看重區塊空間但如今不再看重的人。也就是說，區塊空間的分配效率會下降。在最糟糕的情況下，有人可能根本不使用他們的區塊空間（即有人佔位），導致以太坊吞吐量下降。分配效率的下降是 Gas 費期貨的固有特性。以太坊在分配效率上的損失，卻在投資效率上得到了提升。如果人們能夠確保未來可以獲得區塊空間，他們就更有可能投資於以太坊上的項目。
無條件包含列表。FOCIL 目前建議採用有條件包含列表。這意味著如果The Block已滿，包含列表中的交易可能會被排除在外。如果為了對沖 gas 價格波動而提前大量出售包含列表，則應將包含列表改為無條件包含列表。無條件包含列表中的交易必須包含在The Block中，並且在The Block已滿時優先於其他交易。
