摘要
加密貨幣作為支付工具嘅效能有幾高？我哋研究加密貨幣嘅最優設計，並定量評估此類貨幣支持雙邊貿易嘅能力。加密貨幣面臨嘅挑戰在於依靠區塊鏈更新競爭（高成本挖礦）同延遲結算來解決雙重支付問題。
我哋估算現行Bitcoin方案會造成1.4%消費額嘅巨大福利損失。通過採用減少挖礦作業、完全依賴貨幣增長而非交易手續費來資助挖礦獎勵嘅最優設計，此項福利損失可大幅降至0.08%。我哋亦指出若可解決擴容限制，加密貨幣有望挑戰零售支付系統。
關鍵洞察： 雖然現行模式的Bitcoin存在巨大的福利成本，但經優化設計的加密貨幣有望較好地支撐支付系統。當交易總量遠超單筆交易規模時，加密貨幣能發揮最大效用，因此更適用於零售支付而非大額結算。
主要發現
主要觀點摘要
雙重支付問題
加密貨幣面臨根本性的雙重支付問題，即數位代幣可能被複製和重用。這問題透過挖礦競爭和確認延遲來解決，形成結算速度與最終性之間的取捨。
即時結算 vs 最終結算
對於任何基於工作量證明協議嘅加密貨幣，結算無法同時做到即時同最終確定。交易速度同防範雙重支付攻擊嘅安全性之間存在固有嘅取捨。
最優加密貨幣設計
最優獎勵結構將交易費用設定為零，並完全依賴於鑄幣稅（貨幣增長）。此舉能最大限度地減少扭曲，並提升加密貨幣系統的整體效率。
零售與大額支付
由於交易規模與雙重支付誘因之間的關係，加密貨幣更適用於低價值、高交易量的零售交易，而非大額支付。
Mining Costs
目前比特幣挖礦產生巨額成本（模型顯示每年耗資3.6億美元），但透過優化設計可在維持安全性的同時將成本降至690萬美元。
可擴展性挑戰
加密貨幣的效率隨規模擴大而提升，使可擴展性成為實現廣泛應用必須克服的核心技術挑戰。
Paper Overview
1. 引言
自2009年比特币面世以来，加密货币在经济层面的重要性一直引发激烈争论。批评者谴责它们是诈骗或泡沫，而支持者则指出其具备实现无需指定第三方控管货币以牟利的支付潜力。
本文构建了采用区块链作为支付记录机制的加密货币一般均衡模型。我们将双重支付问题形式化，并说明如何通过资源密集型的挖矿竞争和确认延迟来解决该问题。
我哋嘅分析顯示，雖然比特幣喺現有形態下存在顯著福利成本，但一個經優化設計嘅加密貨幣能夠有效支援支付。我哋通過量化評估，比較加密貨幣同傳統支付系統喺促進交易方面嘅效能。
本文通過首度將加密貨幣系統嘅獨特技術特徵——區塊鏈、挖礦同雙重支付誘因——正式建構於量化經濟框架內，為目前尚屬稀疏嘅加密貨幣經濟文獻作出貢獻。
2. Cryptocurrencies：簡介
加密貨幣（例如Bitcoin）透過依賴去中心化的驗證者網絡來維護和更新賬本副本，從而消除對可信第三方嘅需求。信任基礎建基於blockchain技術，確保交易記錄能夠實現分散式驗證、更新同儲存。
Blockchain透過稱為「挖礦」嘅競爭過程進行更新，礦工會競相解決運算成本高昂嘅工作量證明問題。勝出者會以新區塊更新鏈條，並獲得透過新幣發行同交易費用所資助嘅獎勵。
根本挑戰在於雙重支付問題：完成交易後，用戶可能試圖說服驗證者接受未完成付款的替代歷史記錄。確認延遲機制能有效抑制此行為——賣家會等待多次確認後才發貨，從而增加雙重支付攻擊的難度。
3. 雙重支付問題
我們建立了一個模型來研究支付週期內的挖礦與雙重支付決策。該模型表明，若要撤銷具有N個子週期確認延遲的交易，不誠實買家需連續贏得N+1次挖礦競賽。
由此得出我哋嘅核心結論： 對於任何基於工作量證明協議嘅加密貨幣，結算無法同時實現即時性與最終性。 交易速度與防雙重支付嘅安全性之間存在固有嘅取捨關係。
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. 一般均衡框架
我們基於 Lagos and Wright (2005) 的貨幣一般均衡框架，將加密貨幣結構納入其中。這一步驟至關重要，因為加密貨幣是封閉循環系統——其價值取決於經濟體系中的流通狀況，這決定了挖礦獎勵，繼而影響挖礦投入與雙重支付誘因。
呢個框架讓我哋可以探討最優加密貨幣設計。我哋發現最理想嘅獎勵結構係將交易費用設為零，並完全依賴貨幣發行收益（通脹稅）。咁樣可以將扭曲減到最低，提升效率。
我哋證明當用戶群足夠龐大時，會存在防雙重支付嘅加密貨幣均衡，顯示加密貨幣會隨規模擴大而變得更有效率。
5. Bitcoin 嘅數值分析
我哋採用2015年Bitcoin交易數據對模型進行校準。分析顯示現行Bitcoin設計效率極低，相比高效現金系統會造成1.4%嘅福利損失。
效率低下嘅主因係龐大挖礦成本，估計每年達3.6億美元。這意味著除非現金系統通脹率高達230%，否則使用Bitcoin對民眾而言更為不利。
然而經優化設計嘅比特幣可透過降低貨幣增長率與取消交易手續費，將福利成本壓縮至0.08%。相當於通脹率會降至27.51%。
我們同時評估加密貨幣在零售支付（採用美國扣賬卡數據）與大額結算（採用Fedwire數據）方面嘅效率。相比大額結算系統（0.0060%），加密貨幣在零售支付領域嘅福利損失（0.00052%）明顯細得多。
6. 結論
基於工作量證明共識機制的區塊鏈分散式記帳技術是個引人入勝的概念。這項技術的經濟邏輯受雙重支付嘅個人誘因同控制這些誘因嘅成本所驅動。
隨著加密貨幣規模擴大，其運作效率會相應提升。這解釋了為何雙重支付證明均衡只存在於足夠龐大的用戶群體中，亦說明了當交易總量遠超單筆交易規模時，加密貨幣才能發揮最佳效能。
Bitcoin不僅挖礦成本高昂，其長期設計亦缺乏效率。透過優化貨幣生成速率及降低交易手續費，可大幅提升系統效率。
一旦解決擴容限制，加密貨幣系統將有潛力挑戰零售支付體系。關於區塊鏈技術的經濟潛能與效率設計，仍有許多值得深入探討的空間。
附錄
本文包含詳盡的附錄，內含證明、推導及補充分析包括：
- Micro-foundation for the proof-of-work problem
- 引理與命題的完整證明
- 權益證明作為替代共識機制的分析
- 區塊鏈的形式化描述
註： 以上為論文重點內容摘要。完整文件包含大量數學推導、形式化證明及詳細經濟分析。建議下載完整PDF文件以獲取全面理解。