加密货币是一种存储在开放式去中心化电子支付系统中的数字货币。继中本聪（2008）之后，加密货币引起了业界、学术界和广大公众的关注，其中比特币最为突出。如今已有数百种加密货币，其中许多运行在规模庞大且可靠的去中心化计算机网络上。一种名为区块链的创新计算机科学设计推动了这一浪潮。区块链支持建立去中心化电子支付系统：尽管系统中的任何服务器都不单独可信，但整体而言，系统可以获得信任。这种新颖的区块链设计依赖于密码学与基于博弈论的激励机制。经济学家，尤其是专注于市场设计的经济学家，应当会对这些激励机制感兴趣。
区块链设计使比特币及其他加密货币能够以类似PayPal、Venmo、FedWire、Swift和Visa等传统电子支付系统的方式运行。每个系统都由一个组织所有并运营，该组织制定系统规则，并随情况变化而调整规则。管理组织确保系统值得信任，并负责维护所需的系统基础设施。它还决定参与者如何以及支付多少费用来使用系统。这些电子支付系统属于自然垄断，因为它们享有规模经济和网络效应。因此，它们往往受到监管（或直接由政府机构所有），以减轻其垄断地位造成的福利损失。
比特币区块链设计的创新之处，在于它能够在没有管理组织的情况下运行电子支付系统。相反，系统规则由协议设定，所有参与者都须遵守。系统中没有负责维护基础设施的中央实体。比特币的基础设施由称为“矿工”的计算机服务器构成；矿工可随时加入或退出系统，并根据感知到的盈利机会作出响应。任何连接互联网且具备足够内存和处理能力的计算机都可以充当矿工。参与的矿工需要付出计算工作，并因向系统提供服务而获得奖励。矿工遵循协议规则符合自身利益；当他们相信其他人也会遵循协议时，自己遵循协议同样能使预期利润最大化。因此，协议难以更改，因为任何更改都需要集体同意采用新协议。
双边平台
与其他支付系统不同，比特币是一个规则预先设定的双边平台。其两大主要参与方是持有余额并进行电子交易的用户，以及维护系统基础设施的矿工。
系统的简化说明如下。持币者广播消息，宣布自己希望进行的支付。每笔交易都是经过密码学验证的消息。矿工审查新收到的交易是否合法（核验其是否符合语法规则、所有权要求、是否存在双重支付等），并将其编排成交易区块。每位矿工都维护一份记录所有过往交易的账本（即区块链），交易按区块排列。比特币系统平均每十分钟随机选出一名矿工，将一个交易区块添加到账本中，并处理该区块内的所有交易。要参与遴选，矿工必须付出计算工作，这称为“工作量证明”。被选中的概率与矿工付出的计算工作量成正比。被选中的矿工将区块添加到账本后，就称为挖出了该区块。众多小型矿工之间的均衡确保所有矿工达成共识，且只处理合法交易。比特币协议将区块大小限制为1MB，从而限制了每个区块内的交易数量。因此，系统的吞吐量有上限，且不取决于矿工数量。
为了提供适当的激励，系统会在矿工被选中挖出区块时给予奖励，以补偿其付出的工作。奖励包括新铸造的币，以及区块中所处理交易支付的交易费。协议规定每个区块奖励多少新铸造的币，这一数量大约每四年减半。相比之下，交易费并非由协议固定；用户自行选择支付多少交易费。
因此，区块链设计带来了一项经济学创新：没有任何参与者有权设定或修改费用、行为规则，也无法以其他方式控制系统。用户和矿工都是价格接受者。用户因此受到垄断定价的保护：即使系统成为垄断者，也没有垄断者向用户收取垄断性费用。然而，为了正常运行，系统必须从用户处获得足够收入，以资助所需的基础设施。
在近期一篇论文中，我们将上述描述转化为一个经济模型，以便分析系统的长期行为；在该模型中，矿工的报酬完全来自交易费（Huberman等，2017）。分析旨在回答两组看似迥异的问题：
·从长远来看，谁会向矿工付费？他们为什么愿意付费？
·如果系统变得流行，它将如何管理有限的吞吐量？也就是说，服务优先级将如何分配？
由于不存在控制比特币的组织，这两个问题都并非易答。该模型对两个问题给出了同一个答案：有限吞吐量导致系统拥堵，用户因此支付交易费以获得处理优先权。这些费用正是矿工的资金来源。这个答案又引出了有关社会效率、稳定性、稳健性和参数选择的问题。
模型特点
用户和矿工的均衡行为造就了交易费、收入和基础设施规模的独特特征。
矿工更愿意处理费用较高的交易，但无法影响用户选择支付的交易费。因此，在均衡状态下，被选中处理区块的矿工会选择处理费用最高的交易。用户支付的交易费总收入等于支付给矿工的总报酬。由于矿工可以自由加入或退出系统，每位矿工的预期利润为零，而收入规模决定矿工数量。因此，即使系统整体构成垄断者，它提供服务的价格也只是成本价。
用户通过支付交易费来争取服务优先权，仿佛矿工将处理优先权拿来拍卖。由于系统具有随机性，即使系统平均而言容量充足，部分交易仍会延迟。支付较高费用可以获得更高优先级，从而减少延迟。对这一拥堵排队博弈的分析表明，在均衡状态下，交易费等于交易给他人造成的额外延迟成本。因此，在没有拥堵和延迟时，用户无需支付交易费；交易费则随拥堵程度上升。此外，这种权衡相当明显：在缺乏显著拥堵的情况下，交易费收入将微乎其微。系统容量不受矿工数量影响，这意味着矿工数量不会影响拥堵程度。
尽管该模型关注长期情况，其见解也适用于当下新币铸造奖励占主导的环境。具体而言：（i）矿工的预期利润为零；（ii）拥堵程度越高，交易费越高；（iii）交易费越高，矿工执行的工作量证明就越难。关于（ii），图1展示了每日平均区块大小与相应平均交易费之间的理论关系和实际关系；区块大小接近1MB时，通常意味着拥堵。此外，实证数据清楚表明，显著拥堵与可观的收入产生相关。
比特币系统提供了一种替代方案，可以避免监管垄断或通过市场竞争控制价格。比特币可以构成垄断，意即所有潜在用户都在使用比特币系统。但即便如此，其服务也不会按垄断价格定价；价格是在均衡状态下决定的。然而，均衡价格会随拥堵程度变化，而且不太可能是最优价格。要产生收入，就需要显著拥堵和代价高昂的延迟。此外，运行比特币系统还会产生其他社会成本。比特币系统的社会总成本可能低于也可能高于垄断造成的无谓损失。
拥堵不足可能对系统造成灾难性后果。拥堵不足时，用户几乎不支付交易费，系统也就几乎没有收入来资助矿工。随着矿工退出，系统的可靠性下降，用户随之离开，拥堵进一步减轻。由于系统吞吐量不取决于矿工数量，矿工的加入和退出选择无助于平衡系统。若没有其他维持矿工的方式，系统就会崩溃。
在当前有关扩大比特币系统规模或提高其容量、以缓解用户所遭遇拥堵的讨论中，这一点至关重要。如果成功扩大系统容量，从而消除或大幅降低拥堵，也会消除交易费收入，危及系统的长期可持续性。
分析提出了对协议进行两项简单设计修改的建议。首先，系统可以通过控制容量来设定适当的收入目标。目前容量是固定的（每10分钟一个1MB区块），因此收入和用户成本会随需求水平变化。系统可以改为根据需求调整容量，以实现稳定的拥堵程度和收入水平。
其次，我们的分析表明，如果区块较小，要达到目标收入水平，就只需给用户造成较少的延迟成本。比特币系统当前设计及未来拟议方案中的参数选择，都要求相对较大的区块（包含许多交易）以相对较低的频率处理（区块间隔数分钟）。在这种参数配置下，必须出现显著延迟，才能产生目标水平的交易费收入。因此，在工程约束允许的前提下，将系统重新设计为尽可能小的区块，并通过频繁处理小区块来维持吞吐量，会更有益。这样，在给用户造成的延迟大幅减少的情况下，也能产生相同水平的收入。
最后，我们提出一个问题：如何描述分布式区块链系统中可行的创收机制集合，并找出最优机制。创收规则必须为矿工处理交易提供适当激励，而且交易费必须可由第三方验证。我们讨论了可由协议实施的一些可能机制。
结论
截至本文撰写时，每年新铸造并奖励给矿工的比特币为657,000 BTC。（每十分钟12.5 BTC。）按当前比特币价格约为5,000美元计算（2017年10月12日），其价值接近33亿美元。此外，矿工还获得交易费；随着网络拥堵加剧，交易费持续增加，目前约占矿工收入的20%。
比特币系统动用了大量资源。它以及作为其核心的区块链协议，启发了多种仿效方案和应用。区块链协议提出了一种新颖的经济设计，即使它无法运行，也值得经济学家关注和审视。它显而易见的功能和实用性，更应促使经济学家研究这一精妙结构及其未来乃至更遥远的后继形态。
参考文献
Huberman、G、J D Leshno和C C Moallemi（2017），《没有垄断者的垄断：比特币支付系统的经济学分析》，CEPR讨论论文第12322号。
Nakamoto、S（2008），《比特币：一种点对点电子现金系统》。
