Resumo
Quão bem pode uma criptomoeda funcionar como meio de pagamento? Estudamos o design ideal de criptomoedas e avaliamos quantitativamente quão bem essas moedas podem suportar o comércio bilateral. O desafio para as criptomoedas é superar o gasto duplo, dependendo da competição para atualizar a blockchain (mineração dispendiosa) e atrasando a liquidação.
Estimamos que o esquema atual do Bitcoin gera uma grande perda de bem-estar de 1,4% do consumo. Essa perda de bem-estar pode ser reduzida substancialmente para 0,08% ao adotar um design ideal que reduz a mineração e depende exclusivamente do crescimento monetário, em vez de taxas de transação, para financiar as recompensas de mineração. Também destacamos que as criptomoedas podem potencialmente desafiar os sistemas de pagamento a retalho, desde que as limitações de escalabilidade possam ser resolvidas.
Ideia Fundamental: Embora o Bitcoin em sua forma atual tenha custos de bem-estar imensos, uma criptomoeda com design otimizado pode potencialmente dar um bom suporte a pagamentos. As criptomoedas funcionam melhor quando o volume de transações é grande em relação ao tamanho individual das transações, tornando-as mais adequadas para pagamentos a retalho do que para liquidações de alto valor.
Principais Conclusões
Resumo das Principais Perceções
Problema do Duplo Gasto
As criptomoedas enfrentam um problema fundamental de duplo gasto, em que tokens digitais podem ser copiados e reutilizados. Isso é resolvido por meio da competição de mineração e atrasos de confirmação, criando um trade-off entre velocidade de liquidação e finalidade.
Liquidação Imediata vs. Liquidação Final
Para qualquer criptomoeda baseada em um protocolo Proof-of-Work, a liquidação não pode ser imediata e final simultaneamente. Existe um trade-off inerente entre a velocidade da transação e a segurança contra ataques de gasto duplo.
Design Ótimo de Criptomoeda
A estrutura de recompensa ideal define as taxas de transação como zero e depende exclusivamente de senhoriagem (crescimento monetário). Isso minimiza distorções e melhora a eficiência geral do sistema de criptomoeda.
Pagamentos de Varejo versus Pagamentos de Alto Valor
As criptomoedas são muito mais adequadas para transações de varejo de baixo valor e alto volume do que para pagamentos de grande valor devido à relação entre o tamanho da transação e os incentivos de gasto duplo.
Custos de Mineração
A mineração atual do Bitcoin gera custos substanciais (US$ 360 milhões anualmente no modelo), mas um projeto ideal poderia reduzir isso para US$ 6,9 milhões mantendo a segurança.
Desafio de Escalabilidade
A eficiência das criptomoedas aumenta com a escala, colocando a escalabilidade na vanguarda como o principal desafio tecnológico a ser superado para a adoção generalizada.
Visão Geral do Artigo
Conteúdo do Documento
1. Introdução
Desde a criação do Bitcoin em 2009, as criptomoedas têm gerado intenso debate sobre sua relevância econômica. Críticos as denunciam como fraude ou bolhas, enquanto defensores apontam seu potencial para viabilizar pagamentos sem intermediários designados que controlam a moeda para lucro.
Este artigo desenvolve um modelo de equilíbrio geral de uma criptomoeda que utiliza blockchain como mecanismo de registro de pagamentos. Formalizamos o problema do double-spending e demonstramos como ele é resolvido através de competição de mineração intensiva em recursos e atrasos na confirmação.
Nossa análise revela que, embora o Bitcoin em sua forma atual tenha custos de bem-estar significativos, uma criptomoeda projetada de forma ideal pode suportar pagamentos com eficiência. Avaliamos quantitativamente o quão bem as criptomoedas podem facilitar transações em comparação com os sistemas de pagamento tradicionais.
O artigo contribui para a escassa literatura econômica sobre criptomoedas ao ser o primeiro a modelar formalmente as características tecnológicas distintivas dos sistemas de criptomoeda - blockchain, mineração e incentivos de gasto duplo - dentro de uma estrutura econômica quantitativa.
2. Criptomoedas: Uma Breve Introdução
Criptomoedas como o Bitcoin eliminam a necessidade de um terceiro confiável ao depender de uma rede descentralizada de validadores para manter e atualizar cópias do registro. A confiança é baseada em uma blockchain que garante verificação, atualização e armazenamento distribuídos dos históricos de transação.
A blockchain é atualizada através de um processo competitivo chamado mineração, onde mineradores competem para resolver problemas computacionalmente custosos de proof-of-work. O vencedor atualiza a cadeia com um novo bloco e recebe recompensas financiadas pela criação de novas moedas e taxas de transação.
O desafio fundamental é o problema do gasto duplo: após realizar uma transação, um utilizador pode tentar convencer os validadores a aceitar um histórico alternativo onde o pagamento não foi efetuado. Isto é desencorajado pelos atrasos de confirmação - os vendedores aguardam por múltiplas confirmações antes de entregar os bens, tornando os ataques de gasto duplo bem-sucedidos mais difíceis.
3. O Problema do Duplo Gasto
Desenvolvemos um modelo para estudar as decisões de mineração e de gasto duplo dentro de um ciclo de pagamento. O modelo demonstra que, para anular uma transação com um atraso de confirmação de N subperíodos, um comprador desonesto precisa de vencer o jogo de mineração N+1 vezes consecutivas.
Isto conduz ao nosso resultado fundamental: Para qualquer criptomoeda baseada em um protocolo Proof-of-Work, a liquidação não pode ser simultaneamente imediata e definitiva. Existe um trade-off inerente entre a velocidade da transação e a segurança contra gasto duplo.
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. Estrutura de Equilíbrio Geral
Incorporamos a estrutura de criptomoeda em um quadro de equilíbrio geral monetário baseado em Lagos e Wright (2005). Esta etapa é essencial porque a criptomoeda é um sistema de circuito fechado - seu valor depende da circulação na economia, que determina as recompensas da mineração, que por sua vez afetam o esforço de mineração e os incentivos ao gasto duplo.
O quadro nos permite explorar o projeto ideal de criptomoeda. Descobrimos que a estrutura de recompensa ideal define as taxas de transação como zero e depende exclusivamente da senhoriagem (crescimento monetário). Isso minimiza distorções e melhora a eficiência.
Provamos que existe um equilíbrio de criptomoeda à prova de gasto duplo quando o pool de usuários é suficientemente grande, destacando que as criptomoedas se tornam mais eficientes com a escala.
5. Uma Análise Numérica do Bitcoin
Calibramos nosso modelo usando dados de negociação do Bitcoin de 2015. A análise revela que o design atual do Bitcoin é muito ineficiente, gerando uma perda de bem-estar de 1,4% em relação a um sistema monetário eficiente.
A principal fonte de ineficiência são os elevados custos de mineração, estimados em 360 milhões de dólares por ano. Isso significa que as pessoas estariam dispostas a aceitar um sistema monetário com 230% de inflação antes de estarem em melhor situação usando o Bitcoin.
No entanto, um Bitcoin com design ideal reduziria o custo de bem-estar para 0,08%, diminuindo o crescimento monetário e eliminando as taxas de transação. A taxa de inflação equivalente cairia para 27,51%.
Também avaliamos a eficiência das criptomoedas para pagamentos a retalho (usando dados de cartões de débito dos EUA) e para liquidações de alto valor (usando dados do Fedwire). As criptomoedas apresentam perdas de bem-estar muito menores em pagamentos a retalho (0,00052%) em comparação com sistemas de alto valor (0,0060%).
6. Conclusão
A manutenção distribuída de registros com blockchain baseada no consenso através de Proof-of-Work é um conceito intrigante. A economia desta tecnologia é impulsionada pelos incentivos individuais para double-spend e pelos custos de controlar esses incentivos.
À medida que a escala de uma cryptocurrency aumenta, ela torna-se mais eficiente. Isso explica por que o equilíbrio de prova contra double-spending existe apenas com um pool de usuários suficientemente grande, e por que as cryptocurrencies funcionam melhor quando o volume de transações é grande em relação ao tamanho individual das transações.
O Bitcoin não é apenas caro em termos de custos de mineração, mas também ineficiente em seu design de longo prazo. A eficiência pode ser significativamente melhorada otimizando a taxa de criação de moedas e minimizando as taxas de transação.
Os sistemas de criptomoeda podem potencialmente desafiar os sistemas de pagamento a varejo uma vez que as limitações de escalabilidade forem resolvidas. Ainda há muito a aprender sobre o potencial econômico e o design eficiente da tecnologia blockchain.
Apêndice
O artigo inclui extensos apêndices com demonstrações, derivações e análises adicionais incluindo:
- Micro-foundation for the proof-of-work problem
- Demonstrações completas de lemas e proposições
- Análise do Proof-of-Stake como mecanismo de consenso alternativo
- Descrição formal da blockchain
Nota: O exposto constitui um resumo do conteúdo principal do artigo. O documento completo contém extensas derivações matemáticas, provas formais e análises económicas detalhadas. Recomendamos o download do PDF integral para uma compreensão abrangente.