HashKey 曹一新：イーサリアムの手数料帰属モデルと上昇ロジックの深層解析

この記事はHashKey Capitalに掲載され、著者：曹一新。

DeFiエコシステムが他のブロックチェーンに分流する理由の一つは、イーサリアムネットワークの手数料がますます高くなっていることです。本記事では、既存の費用モデルを深く分析し、手数料の増加の原因モデルを提示し、そのモデルに基づいて最近の手数料上昇の論理を考察します。最後に、その論理に基づいていくつかの結論と予測を示します。

イーサリアムの費用モデル

2021年の第21期レポート「DeFiエコシステムの異なるパブリックチェーン上での発展状況」におけるブロックチェーン使用コストの分析を簡単に振り返ると、イーサリアムおよび取引所チェーンの各取引手数料は以下の費用モデルによって計算されます：

ここで、GasUsedは各取引で実際に消費されるGasの量であり、取引の複雑さにのみ依存します。GasPriceは取引送信者が各単位Gasに対して支払う意欲のあるコストであり、「ガソリン代」とも呼ばれます。このコストはそのブロックチェーンの機能トークンを基準に測定されるため、米ドル建ての手数料を得るためには、機能トークンの市場価格UtilityTokenPriceを掛ける必要があります。

表1に示すように、3つのチェーンの平均「ガソリン代」と機能トークンの米ドル価格の違いにより、同等のブロックチェーンリソースを消費する1回のブロックチェーン取引に必要な手数料は千差万別であり、イーサリアムネットワークの手数料の急増もDeFiエコシステムの分流の直接的な原因の一つです。

表1. 3つのチェーンの過去30日間の単純取引平均手数料比較（2月14日から3月15日）

手数料原因モデル

上記の費用モデルは、オークション入札モデルに対応しています：インセンティブメカニズムの下で、マイナーは一般的にGasPriceが高い取引を優先的にブロックにパッケージ化します。ユーザーは入札（GasPriceを設定）を通じてブロックにパッケージ化される権利を競います。この費用モデルの下で、3つのチェーン上の単純取引手数料は3つの数量級の差を生じており、この差はブロック記帳サービスの取得およびネットワークエコシステムへの参加の順位希少価値と機能トークンの価値付加に起因します（図1参照）。

図1. 取引手数料増加原因分析

公式（1）を分解してみましょう：

手数料の変動に影響を与える最初の要因は、ブロック次元の順位希少価値によって引き起こされます。TPSが変わらない場合、取引量の急増はブロックの混雑を引き起こし、ブロック次元の「順位希少」特性が入札価格を押し上げます（①）。この部分のコストは、ブロック記帳サービスを取得するためのコストを表し、一般的に取引者によって市場入札価格が設定され、取引時間の緊急性に関連しています。例えば、極端な市場状況で一連の緊急清算業務やCryptoKittyなどの人気アプリが市場の買い占めを引き起こすと、GasPriceが瞬時に急増しますが、これは本質的に市場の不均一性（heterogeneity）に起因します。もちろん、ブロックチェーン上のアプリケーションエコシステムの拡張に伴い、取引の混雑も引き起こされ、ブロック次元の順位希少価値が高まります。

複数のブロックチェーン間での横断的比較を行うと、取引手数料の差はGasPriceBaseの差（②）にも起因し、この部分の差はブロックチェーンネットワーク次元の順位希少価値に起因します。これは、そのブロックチェーンネットワークエコシステムへの参加コストを表し、このコストは一般的にエコシステムの構築者によって基準値が設定され、その後エコシステムの発展に応じて動的に調整されます（市場に依存）。表1の平均GasPriceデータから、イーサリアムのGasPriceBaseが最も高く、BSCが次に高く、Hecoが最も低いことがわかります。この部分の価値は主にユーザー規模に関連しており、ユーザー規模の増加はアプリケーションエコシステムの拡張に依存します。ユーザー規模がブロックチェーンネットワークのキャパシティを超えると、市場はGasPriceBaseを押し上げ、間接的にネットワークの参加コストを引き上げてユーザー規模を制御します。これも現在のイーサリアムネットワークの手数料上昇の一因であり、後述で詳しく説明します。

同時に、主にネットワークの発展によって価値を捕捉する機能トークンの市場価格（③）もアプリケーションエコシステムの拡張に伴い上昇します。さらに、機能トークンのインフレ率が減少するか、さらにはデフレのメカニズム設計もその市場価格に上昇の勢いを与えます。機能トークンの価格上昇は取引手数料の上昇を促進します。

上記の3つの要因が共同で取引手数料の変動に影響を与えます。理想的なDeFiインフラストラクチャは安定した変動、予測可能な定常コストを持つべきであると考えるなら、上記の費用モデルは現段階ではこの要件を満たしていません。この費用モデルは、使用者が支払う必要のある定常コストと特定のブロックチェーンネットワークに参加することで得られる価値付加コストを混在させています。ブロックチェーンネットワークの発展初期において、もし期待される場合、その機能トークンの価値付加には持続的な上昇期待が存在し、取引手数料がますます増加します。価値付加要因の変動を除外すると、公式（2）のGasPriceBaseとUtilityTokenPriceは定数と見なされ、手数料は一定の基準に基づいて変動し、△GasPriceは定常コストの変動の大きさを表すことができます。

価値付加コスト

前述のように、ブロック次元の順位希少価値の時間系列の変動は、GasPriceがGasPriceBaseの基礎の上での変動として表現され、ブロックチェーンネットワーク次元の順位希少価値（参加コスト）の横断的比較がGasPriceBaseの大きさを決定します。この基準の相対的な増加部分は、ブロックチェーンネットワークの一部の価値付加コストを反映し、取引手数料を引き上げる第二の要因です（図1参照）。ネットワークの順位希少価値の計測は主にユーザー規模とTPSに依存します。不幸なことに、この価値はユーザー規模に比例し、この部分の価値付加コストは反規模効果を示します。つまり、ユーザー規模が大きくなるほど、順位希少による付加コストが高くなります。その根本的な理由は、GasPriceを引き上げて順位希少価値を競う費用モデルが本質的にブロックチェーンを排他的なサービス商品として販売しているためであり、公共インフラストラクチャではないからです。ブロックチェーンの非中央集権的な特性は、このようなオークション競争メカニズムに依存して、参加者が公的チェーンの運営に有利な行動を取るように促します。

もう一つの価値付加コストは、特定のブロックチェーンエコシステムに参加することで得られる有利な条件、または逆に言えば直面する潜在的なリスクに対応します。例えば、高い流動性と安全性は価値付加コストを押し上げます。この部分のコストはブロックチェーンネットワークエコシステムの発展に応じて変動し、機能トークン自体の発行と流通メカニズムにも関連し、最終的には機能トークンの価格に反映されます。

イーサリアム取引手数料上昇の論理

イーサリアムネットワークの手数料は、過去5年以上の間に何度も大幅な変動を示し、5つの数量級を超え、単純な取引（21KGas消費）の手数料が10ドルを突破しました（図2参照）。

以下では、前述の手数料増加原因モデルに基づいて手数料上昇の論理を示します。図4からは、4つの区間を明確に識別できます：

1. 2016年3月中旬以前、GasPriceBaseは約50GWei；
2. 2016年3月中旬から2017年10月中旬、GasPriceBaseは約22GWei；
3. 2017年10月中旬から2020年4月末、GasPriceはより頻繁に日常的な変動を示し、GasPriceBaseは11GWei前後；
4. 2020年5月初めから2021年3月中旬、GasPriceは明らかな一方向の上昇傾向を示します。

図2. イーサリアム手数料モデル依存因子の時間系列及び単純取引手数料とイーサリアム価格の関係

これは、2020年5月初めからGasPriceBaseが時間とともに増加する関係があることを意味します。これは図4の最下部の手数料とイーサリアム価格の対数回帰からも示されています。公式（1）で表される費用モデルにおいて、GasPriceが一定の近くで変動する場合、変動ノイズを無視すると、手数料はイーサリアム価格と一次関係を持つことになります。最初の3つの段階はこれを裏付けています：手数料とイーサリアム価格は対数座標で線形分布を示し、傾きは1±0.1であり、手数料の変動は基本的にイーサリアム価格によって決定され、公式（1）のGasPriceは各段階で一定（GasPriceBase）の近くで変動しています。しかし、4つ目の段階では、手数料とイーサリアム価格の対数座標での線形関係の傾きは約1.9であり、公式（4）のGasPriceBaseはもはや定数と見なすことができません。

次に、いくつかの興味深い推論を行うことができます。もし私たちが大胆にイーサリアム価格が主にネットワーク規模nの平方で表されると仮定すると、2020年5月以前、イーサリアムネットワークの単位Gasに対して支払われる手数料は次のように近似されます：

そして2020年5月以降、前述の手数料原因モデルにおいてネットワーク規模の拡張がキャパシティの限界を超えたことによるGasPriceBaseの上昇の影響が現れ始めます：

上記の非常に粗い推定と推論に基づいて、kは約1.8と推定できます。また、図3に示されるネットワーク使用率のグラフは、2020年5月初めからイーサリアムブロックチェーンが10ヶ月以上にわたってフル稼働状態に入ったことを示しており、前述の推論における第四段階のネットワーク規模がネットワークのキャパシティを超えたという仮定を裏付けています。

図3. イーサリアムネットワーク使用率の時間系列

手数料変動を減少させる方法

理論的には、定常コストの計算モデルから価値付加コストを分離することで取引手数料の大幅な変動を避けることができますが、現実には多くの考慮事項があります。その理由はおそらく2つあります：

1. 現在、機能トークンはネットワークの発展状況に依存して価値を捕捉する必要があり、ユーザーが取引に支払うコストは、そのブロックチェーンの使用の緊急性を間接的に反映し、ブロックチェーンネットワークがユーザーに提供する価値を測定します。したがって、費用モデルと機能トークンを関連付けることは、機能トークンの市場価格を実現する最も直接的で人為的介入を避ける方法です。現在、価値付加コストを単独で測定するための確立されたモデルを持つことは非常に困難です。
2. 機能トークンをネットワークの価値付加の部分から分離すると、規制面での問題が発生し、証券型トークンと見なされるリスクがあります。

上記の理由1によって引き起こされる潜在的な結果の一つは、公式（4）のGasPriceBaseと機能トークン価格がネットワークの価値付加コストを表しており、完全に直交分解されていないため、表現手法が純粋に市場調整メカニズムによって実現されているため、市場の慣性作用の下でネットワーク次元の順位希少価値の重複計測または過剰計測が発生する可能性があることです。

EIP-1559

手数料の大幅な変動問題に対処するため、最近イーサリアムコミュニティは、2021年7月に予定されているロンドンアップグレードでEIP-1559を採用することを検討しています。EIP-1559は、GasPriceBaseに関する動的調整メカニズム（ブロック使用率が上昇するとGasPriceBaseが上昇し、その逆も然り）をシステム的に規定することで手数料の変動を安定させ、手数料の変動を主にブロック使用率の変動で表現することを目的としています。

しかし、実際には、現在ユーザー規模がブロックチェーンネットワークのキャパシティを超えている（供給不足）状況では、ブロック使用率が上昇するにつれて上昇するGasPriceBaseが必ずしも取引者の取引需要を減少させるわけではなく、むしろ拡張されたブロックに対してより高い手数料で埋められることになります（GasLimitが1250万から2500万に引き上げられる）、これによりイーサリアムネットワークの参加コストがさらに引き上げられます。

同時に、EIP-1559が導入する焼却メカニズム（すべてのGasPriceBaseが焼却され、マイナーはユーザーがカスタマイズしたチップのみを受け取る）は、イーサリアムのインフレ率を低下させ、取引手数料における価値付加コストの比重をさらに強化します。

まとめと考察

上記の分析から、以下の結論を得ることができます：

1. イーサリアムの手数料は、ブロック記帳サービスコスト、ネットワーク参加コスト、機能トークンの価値付加コストに分解でき、ブロック次元の順位希少価値、ネットワーク次元の順位希少価値、エコシステム価値付加に起因します。その中で、ネットワーク参加コストはユーザー規模がキャパシティの限界に達する前は段階的な定数として表れ、ユーザー規模がキャパシティを超えると、ユーザー規模の拡張に伴って上昇します。

2. 2020年5月以降、イーサリアムネットワークはフル稼働状態に入り、ネットワーク参加コストは一方向の上昇傾向を示しており、イーサリアムネットワークが提供するブロック記帳サービスは実際には供給不足であり、現在の手数料は主流ユーザーが受け入れられる範囲内にあります。

3. 価値付加要因を分離できない場合、手数料の大幅な上昇問題を解決するには、ネットワークのTPSを向上させることに戻る必要があります。TPSを向上させてより大きなユーザー規模を支え、ネットワーク参加コストを減少させる必要があります。

4. BSCとHecoチェーンは代替品として、短期的には混雑や手数料の高騰が見られないものの、主にユーザー規模が小さいためです。ユーザー規模が拡大すれば、イーサリアムが直面している問題に直面することになりますので、これらの代替チェーンへの移行は長期的な解決策ではありません。

DeFiアプリケーションの刺激により、イーサリアムネットワークは長年の検証を経た非中央集権的特性と安全性によって築かれた価値の障壁を示しています。しかし、理想的なDeFiエコシステムのインフラストラクチャとして、その使用コストは規模の経済を持つべきであり、現在のイーサリアムパブリックチェーンは、まるで1980年代や1990年代の大きな携帯電話のように、一般ユーザーにとっては贅沢品の存在です。イーサリアム2.0計画はPoSコンセンサスを導入してTPSを向上させ、ネットワークのキャパシティをさらに拡大できる可能性がありますが、依然として上限があります。もう一つの考え方は、DeFiなどの業務を二層ネットワークに移行し、イーサリアムパブリックチェーンを大口専用決済チェーンとして使用し、主にDapp事業者や高所得者を対象にして、単一取引の取引額を増やして手数料率を下げ、Dapp事業者がこの部分のコストを二層ネットワークのユーザーに分配することです。そして、究極の解決策は、新エネルギーや新技術に依存して、計算能力、ストレージ、帯域幅などのリソースを革命的にアップグレードする必要があるかもしれません。