Résumé
Dans quelle mesure une cryptomonnaie peut-elle servir de moyen de paiement ? Nous étudions la conception optimale des cryptomonnaies et évaluons quantitativement leur capacité à soutenir le commerce bilatéral. Le défi pour les cryptomonnaies est de prévenir la double dépense en s'appuyant sur la concurrence pour mettre à jour la blockchain (minage coûteux) et en retardant le règlement.
Nous estimons que le système Bitcoin actuel génère une importante perte de bien-être équivalente à 1,4 % de la consommation. Cette perte peut être réduite substantiellement à 0,08 % grâce à une conception optimale qui diminue le minage et repose exclusivement sur la croissance monétaire plutôt que sur les frais de transaction pour financer les récompenses de minage. Nous soulignons également que les cryptomonnaies pourraient potentiellement concurrencer les systèmes de paiement de détail, à condition que les limitations de mise à l'échelle soient résolues.
Idée Clé : Si le Bitcoin dans sa forme actuelle génère des coûts de bien-être considérables, une cryptomonnaie optimisée pourrait potentiellement prendre en charge les paiements de manière assez efficace. Les cryptomonnaies fonctionnent mieux lorsque le volume des transactions est élevé par rapport à la taille des transactions individuelles, ce qui les rend plus adaptées aux paiements de détail qu'aux règlements de grande valeur.
Principales Conclusions
Résumé des idées clés
Problème de Double Dépense
Les cryptomonnaies sont confrontées à un problème fondamental de double dépense où les jetons numériques peuvent être copiés et réutilisés. Ce problème est résolu via la compétition minière et les délais de confirmation, créant un compromis entre la vitesse de règlement et l'irréversibilité.
Règlement Immédiat vs Règlement Définitif
Pour toute cryptomonnaie basée sur un protocole de Preuve de Travail, le règlement ne peut être à la fois immédiat et définitif. Il existe un compromis inhérent entre la vitesse de transaction et la sécurité contre les attaques de double dépense.
Conception Optimale de Cryptomonnaie
La structure de rémunération optimale fixe les frais de transaction à zéro et repose exclusivement sur le seigneuriage (croissance monétaire). Cela minimise les distorsions et améliore l'efficacité globale du système de cryptomonnaie.
Paiements de détail contre paiements de grande valeur
Les cryptomonnaies sont bien mieux adaptées aux transactions de détail à faible valeur et volume élevé qu'aux paiements de grande valeur, en raison de la relation entre la taille des transactions et les incitations à la double dépense.
Coûts de Minage
Le minage actuel de Bitcoin génère des coûts substantiels (360 millions de dollars annuels dans le modèle), mais une conception optimale pourrait les réduire à 6,9 millions de dollars tout en maintenant la sécurité.
Défi d'évolutivité
L'efficacité des cryptocurrencies augmente avec l'échelle, plaçant l'évolutivité au premier plan en tant que principal défi technologique à surmonter pour une adoption généralisée.
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1. Introduction
Depuis la création du Bitcoin en 2009, les cryptomonnaies ont suscité un débat intense sur leur pertinence économique. Les critiques les ont dénoncées comme des fraudes ou des bulles, tandis que les partisans soulignent leur potentiel à supporter des paiements sans tiers désignés contrôlant la monnaie à des fins lucratives.
Cet article développe un modèle d'équilibre général d'une cryptomonnaie utilisant une blockchain comme dispositif de tenue de registres pour les paiements. Nous formalisons le problème de la double dépense et montrons comment il est résolu via une compétition minière intensive en ressources et des délais de confirmation.
Notre analyse révèle que bien que le Bitcoin dans sa forme actuelle entraîne des coûts de bien-être significatifs, une cryptomonnaie optimisée peut prendre en charge les paiements de manière efficace. Nous évaluons quantitativement dans quelle mesure les cryptomonnaies peuvent faciliter les transactions par rapport aux systèmes de paiement traditionnels.
L'article contribue à la maigre littérature économique sur les cryptomonnaies en étant le premier à modéliser formellement les caractéristiques technologiques distinctives des systèmes de cryptomonnaie - blockchain, minage et incitations à la double dépense - dans un cadre économique quantitatif.
Cryptocurrencies: A Brief Introduction
Les cryptomonnaies telles que Bitcoin éliminent le besoin d'un tiers de confiance en s'appuyant sur un réseau décentralisé de validateurs pour maintenir et mettre à jour les copies du registre. La confiance repose sur une blockchain qui assure la vérification, la mise à jour et le stockage distribués des historiques de transactions.
La blockchain est mise à jour via un processus compétitif appelé minage, où les mineurs rivalisent pour résoudre des problèmes de preuve de travail informatiquement coûteux. Le gagnant met à jour la chaîne avec un nouveau bloc et reçoit des récompenses financées par la création de nouvelles pièces et les frais de transaction.
Le défi fondamental est le problème de la double dépense : après avoir effectué une transaction, un utilisateur peut tenter de convaincre les validateurs d'accepter une version alternative de l'historique où le paiement n'a pas été effectué. Ceci est découragé par les délais de confirmation - les vendeurs attendent plusieurs confirmations avant de livrer les marchandises, rendant les attaques réussies de double dépense plus difficiles.
The Double Spending Problem
Nous développons un modèle pour étudier les décisions de minage et de double dépense au sein d'un cycle de paiement. Le modèle montre que pour annuler une transaction avec un délai de confirmation de N sous-périodes, un acheteur malhonnête doit remporter le jeu de minage N+1 fois consécutivement.
Ceci conduit à notre résultat fondamental : Pour toute cryptomonnaie basée sur un protocole de Preuve de Travail, le règlement ne peut être à la fois immédiat et définitif. Il existe un compromis intrinsèque entre la vitesse de transaction et la sécurité contre la double dépense.
The model derives a no-double-spending constraint: d < R(N+1)N, where d is the transaction size, R is the mining reward, and N is the confirmation lag. This constraint shows the relationship between transaction size, confirmation lag, and the mining rewards needed to deter double-spending.
4. Cadre d'Équilibre Général
Nous intégrons la structure de cryptomonnaie dans un cadre d'équilibre général monétaire basé sur Lagos et Wright (2005). Cette étape est essentielle car la cryptomonnaie est un système en boucle fermée - sa valeur dépend de sa circulation dans l'économie, ce qui détermine les récompenses minières, qui à leur tour influencent l'effort minier et les incitations à la double dépense.
Le cadre nous permet d'explorer la conception optimale des cryptomonnaies. Nous constatons que la structure de récompense optimale fixe les frais de transaction à zéro et repose uniquement sur le seignorage (croissance monétaire). Cela minimise les distorsions et améliore l'efficacité.
Nous prouvons qu'un équilibre de cryptomonnaie à l'épreuve de la double dépense existe lorsque le bassin d'utilisateurs est suffisamment important, ce qui souligne que les cryptomonnaies deviennent plus efficaces avec l'ampleur.
5. A Numerical Analysis of Bitcoin
Nous calibrons notre modèle à l'aide de données de trading du Bitcoin de 2015. L'analyse révèle que la conception actuelle du Bitcoin est très inefficace, générant une perte de bien-être de 1,4 % par rapport à un système de paiement efficace.
La principale source d'inefficacité réside dans les coûts miniers élevés, estimés à 360 millions de dollars par an. Cela équivaut au fait que les gens accepteraient un système monétaire avec 230 % d'inflation avant de préférer utiliser le Bitcoin.
Cependant, un Bitcoin optimalement conçu réduirait le coût social à 0,08 % en diminuant la croissance monétaire et en éliminant les frais de transaction. Le taux d'inflation équivalent chuterait à 27,51 %.
Nous évaluons également l'efficacité des cryptomonnaies pour les paiements de détail (en utilisant les données des cartes de débit américaines) et les règlements de gros montants (avec les données Fedwire). Les cryptomonnaies présentent des pertes sociales bien plus faibles pour les paiements de détail (0,00052 %) que pour les systèmes de grande valeur (0,0060 %).
6. Conclusion
La tenue de registres distribuée avec la blockchain basée sur le consensus par Preuve de Travail est un concept fascinant. L'économie de cette technologie est pilotée par les incitations individuelles à la double dépense et les coûts associés au contrôle de ces incitations.
Plus l'échelle d'une cryptomonnaie augmente, plus elle devient efficace. Ceci explique pourquoi l'équilibre de preuve contre la double dépense n'existe qu'avec un pool d'utilisateurs suffisamment important, et pourquoi les cryptomonnaies fonctionnent mieux lorsque le volume des transactions est élevé par rapport à la taille des transactions individuelles.
Bitcoin est non seulement coûteux en termes de coûts de minage, mais aussi inefficace dans sa conception à long terme. L'efficacité peut être considérablement améliorée en optimisant le taux de création de coins et en minimisant les frais de transaction.
Les systèmes de cryptomonnaie pourraient potentiellement concurrencer les systèmes de paiement de détail une fois les limitations de scalabilité résolues. Il reste beaucoup à apprendre sur le potentiel économique et la conception efficace de la technologie blockchain.
Appendice
L'article comprend d'importantes annexes contenant des preuves, des dérivations et des analyses supplémentaires, notamment :
- Micro-foundation for the proof-of-work problem
- Preuves complètes des lemmes et propositions
- Analyse de Proof-of-Stake comme mécanisme de consensus alternatif
- Description formelle de la blockchain
Note : Ce qui précède est un résumé des contenus clés de l'article. Le document complet contient des dérivations mathématiques approfondies, des preuves formelles et une analyse économique détaillée. Nous recommandons de télécharger le PDF intégral pour une compréhension exhaustive.