POS+密码学：区块链金融体系的新型市场设计？

作者/Christian Catalini、Ravi Jagadeesan和 Scott Duke Kominers

来源/ ssrn

原文标题：《Market Design for a Blockchain-Based Financial System》

我们提出了 基于区块链的金融系统的长期均衡理论。 我们的理论阐明了市场设计的关键特征，从长远来看，POW和POS是长期可行的。在POW下，算力浪费是用于保障系统的安全， 用户的效用均衡是由分叉的威胁决定的。 而在POS下， 用户的效用均衡状态高于分叉威胁 ，因为托管方可以使用关系合约进行激励，以便达到更高的服务质量。 POS下的关系合约仅依赖于本地机构——但是将它们与密码学结合起来可以创建一个正式的全球合约。

传统的金融体系通过正式的和相关的契约来维持信任，该信任由法院等执法机构支持。由此产生的规模经济推动了一种自然的集中趋势。在集中提高效率的同时，也导致更高的交易费用、进入壁垒和潜在的次优水平创新。除此之外，通过将金融基础设施及其治理的控制权分配给被信任的中介机构还会降低金融体系对破产的弹性和第三方的干涉。

在过去的十年中，通过密码学，区块链技术已经成为一种协调经济的方式，不需要给受信任的中间体分配太多的控制— 通过使用密码学创建一个可以充当真正公共实用程序的事务层。

然而，尽管密码学和技术限制了区块链系统理论上的最大性能，但实际实现的效率、安全性和分散化的水平，关键取决于生态系统的市场设计。

（注：从市场设计的角度来对区块链面临的问题提供新的解决思路。而改论文的研究模型是基于POW和POS。）

由比特币开创的区块链市场设计主要依赖于POW，从而可以保护网络免受试图重写交易共享分类账的企图。在POW中，参与者对事务流和历史的影响与他们的计算能力相关联，从而确保操作和保护系统的代理(称为矿工)不能通过“sybil攻击”获得不成比例的影响。

矿工们为想要挖矿必须投资购买矿机，而这些投资增加了安全性，因为矿池要建立足够的计算能力来颠覆网络是很困难的。但是，挖矿所需要的算力是很浪费的。为了消除对它的需求，POS市场应运而生。在这种设计中，参与者的影响力与他们在系统中所持的代币或其他股份相关联，即他们有能力提供POS证明。

尽管区块链技术的迅速发展和对该主题的经济分析越来越多，但迄今为止，关于区块链市场设计在规模上可能最为成功的研究还很有限。作为这一方向的进一步研究，我们发展了一个基于区块链的金融系统的长期均衡理论。我们的理论阐明了市场设计的关键特征， 即从长远来看，POW和POS方法是分开的。

在我们的模型中， 有处理和验证事务的节点，以及持有用户资产的托管方。 节点和保管人之间的关系契约(以及节点的浪费计算)可以保护系统，从而降低灾难性故障的风险。然而，节点市场的集中增加了失败的风险(例如，通过降低对节点的目标攻击成本)。除了保护系统之外，节点还决定事务执行的速度(通过例如“块大小”)和服务用户体验的总体质量。 如果交易的吞吐量或服务质量过低，或者节点市场过于集中，那么托管方可以尝试将系统分叉。 如果分叉尝试成功，则现有节点在特定计算基础设施上的投资将被清除，节点市场将暂时分散。

在POW下，节点对事务的影响是该节点相对计算能力的函数。此外，节点和托管方之间的关系契约是不可执行的，因为不可能有选择地从系统中排除行为不端的(或拜占庭式的)节点。因此，对节点操作的唯一约束是通过管理员和/或用户围绕分叉进行协调的能力。

在长期均衡中， 分叉的威胁确保了用户的基本效用水平。 特别是系统在平衡状态下可能承受的灾难性故障风险存在一个 上限 。这一界限意味着，节点市场的基准分散水平将保持下去。也就是说，由于节点可以通过降低服务质量来节省成本，分叉的威胁将在均衡中绑定，从而使用户的效用正好等于基线水平。此外，如果在一个分叉上进行协调在规模上是困难的，那么基线水平的效用将是低水平的，从而使POW下的用户效用处于低均衡状态。

在 POS中，节点对事务的影响是节点直接或通过委托控制的相对利害关系的函数。 由于托管人可以自由地更改将其所持股份委托给哪个节点，因此托管人与节点之间的关系契约可以在均衡中发挥作用。在关系契约完美的极端情况下，浪费的计算没有边际效益。与此相反，在关系契约较弱的情况下，一定程度的计算浪费可以提高系统的安全性。

因此，相对于POW而言，POS中效率的提高在多大程度上可能取决于整体环境的质量，也因管辖范围的不同而有所不同。而 关系契约只需要约束托管方委托给其POS的节点的行为。 所以， 支持授权的强有力的地方机构足以维持一个有POS的全球系统。 因此，密码学通过利用本地机构为正式的全球合同提供平台，对它们进行了补充。

除了提供相对于POW的潜在效率收益之外，POS还会促进奖励和市场结构的改进。具体地说， 委托方选择委托的能力允许用户约束节点行为的可观察维度 ，而不需要在分叉上进行协调，而 关系契约则允许用户约束不可观察维度。 特别是在POS下的均衡中，分叉的威胁可能不是节点行为的绑定约束，这意味着用户可以获得基线水平以上的效用。

因此，用户在均衡状态下的效用由技术和保护网络的成本决定，而不是用分叉威胁。在保管者/用户之间可能难以协调的情况下，这个特点在规模上特别重要。同样，POS下的均衡是由效率和安全之间的权衡决定的，而不是由POW中的基线分散水平决定的。

关系契约的使用还可以促进围绕治理决策的更快协调。然而，与此同时，在POS下使用关系契约可能使系统更容易受到第三方的干扰。事实上，节点在构建POW中是可替换的，而节点的身份和网外声誉在POS中可以起到维持均衡的作用。因此，在使用关系契约来提高效率和激励措施与系统易受干扰的程度之间存在设计上的权衡。

此外，关系合约的存在使保管人在生态系统中发挥更突出的作用。如果对保管人的信任成为一个重要问题，那么托管市场可能会变得集中。这种集中本身可能是不可取的，它可能会成为导致第三方干扰的另一个载体。

总的来说，我们的分析表明，POW设计和POS设计可能都是合适的。 当处于弱关系契约或对外部干扰严重担忧的情况下，POW的证明可能更可取。 相反，当一些区域有足够可靠的地方机构使授权可行时，POS可以导致效率的提高和治理的改进。 如果成功，POS将使用密码学来利用这些当地机构，为正式的全球合同创造一个平台——为当地机构较弱的地区提供溢出效益。