去中心化金融：基于区块链和智能合约的金融市场

圣路易斯联邦储备银行审查第二季度2021153Fabian Schär 是巴塞尔大学分布式账本技术和金融科技的教授，也是巴塞尔大学商业与经济学院创新金融中心的董事总经理。作者感谢两位匿名审稿人的宝贵意见，特别是 Florian Bitterli、Raphael Knechtli 和 Tobias Wagner 在数据收集和可视化方面的支持以及 Emma Littlejohn 和 Amadeo Brands 的校对。© 2021，圣路易斯联邦储备银行。本文中表达的观点是作者的观点，并不一定反映美联储系统、理事会或地区联邦储备银行的观点。如果包含版权声明、作者姓名和完整引用，文章可能会被全文转载、复制、出版、分发、展示和传播。摘要、概要和其他衍生作品只能在圣路易斯联邦储备银行事先书面许可的情况下进行。术语去中心化金融 (DeFi) 是指建立在以太坊区块链之上的替代金融基础设施。 DeFi 使用智能合约创建协议，以更开放、可互操作和透明的方式复制现有金融服务。本文重点介绍了 DeFi 生态系统的机遇和潜在风险。我提出了一个多层框架来分析隐式架构和各种 DeFi 构建块，包括代币标准、去中心化交易所、去中心化债务市场、区块链衍生品和链上资产管理协议。我的结论是，DeFi 仍然是一个具有一定风险的利基市场，但它在效率、透明度、可访问性和可组合性方面也具有有趣的特性。因此，DeFi 可能有助于建立更强大和透明的金融基础设施。 (JEL G15、G23、E59)圣路易斯联邦储备银行评论，2021 年第二季度，103(2)，第 153-74 页。 https://doi.org/10.20955/r.103.153-741 介绍去中心化金融 (DeFi) 是一种基于区块链的金融基础设施，最近获得了很多关注。该术语通常是指建立在公共智能合约平台（例如以太坊区块链）上的开放、无需许可且高度可互操作的协议栈（参见 Buterin，2013）。它以更加开放和透明的方式复制现有的金融服务。尤其是，DeFi 不依赖中介机构和中心化机构。相反，它基于开放协议和去中心化应用程序（DApps）。协议由代码强制执行，交易以安全和可验证的方式执行，合法的状态变化持续存在于公共区块链上。因此，这种架构可以创建一个不可变且高度可互操作的金融系统，具有前所未有的透明度、平等的访问权，并且几乎不需要托管人、中央清算所或托管服务，因为这些角色中的大多数都可以由“智能合约”承担。去中心化金融：基于区块链和智能合约的金融市场法比安·沙尔 圣路易斯联邦储备银行审查1542021 年第二季度沙尔DeFi 已经提供了各种各样的应用程序。例如，可以在去中心化交易所购买与美元 (USD) 挂钩的资产（所谓的稳定币），将这些资产转移到同样去中心化的借贷平台以赚取利息，然后将生息工具添加到去中心化的流动性池中或链上投资基金。所有 DeFi 协议和应用程序的支柱都是智能合约。智能合约通常是指存储在区块链上并由大量验证器并行执行的小型应用程序。在公共区块链的背景下，网络的设计使每个参与者都可以参与并验证任何操作的正确执行。因此，与传统的中心化计算相比，智能合约的效率有些低下。然而，它们的优势在于高度的安全性：智能合约将始终按规定执行，并允许任何人独立验证由此产生的状态变化。当安全实施时，智能合约高度透明，并将操纵和任意干预的风险降至最低。要了解智能合约的新颖性，我们首先必须查看常规的基于服务器的 Web 应用程序。当用户与此类应用程序交互时，他们无法观察应用程序的内部逻辑。此外，用户无法控制执行环境。可以操纵其中一个（或两个）。因此，用户必须信任应用服务提供商。智能合约可以缓解这两个问题并确保应用程序按预期运行。合约代码存储在底层区块链上，因此可以公开审查。合约的行为是确定性的，函数调用（以交易的形式）由数千个网络参与者并行处理，确保执行的合法性。当执行导致状态变化时，例如账户余额的变化，这些变化受区块链网络的共识规则约束，并会反映在区块链的状态树中并受其保护。智能合约可以访问丰富的指令集，因此非常灵活。此外，他们可以存储加密资产，从而承担托管人的角色，完全可定制的标准来确定这些资产的发布方式、时间和对象。这允许各种新颖的应用程序和蓬勃发展的生态系统。智能合约的最初概念是由 Szabo (1994) 提出的。 Szabo (1997) 使用自动售货机的例子进一步描述了这个想法，并认为许多协议可以“嵌入我们处理的硬件和软件中，从而使违约代价高昂......因为破坏者。” Buterin (2013) 提出了一个基于区块链的去中心化智能合约平台，以解决有关执行环境的任何信任问题并实现安全的全局状态。此外，该平台允许合约相互交互并建立在彼此之上（可组合性）。 Wood (2015) 进一步规范了这个概念，并以以太坊的名义实施。尽管有许多替代方案，但就市值、可用应用程序和开发活动而言，以太坊是最大的智能合约平台。DeFi 仍然是一个规模相对较小的利基市场——但是，这些数字正在迅速增长。锁定在 DeFi 相关智能合约中的资金价值最近突破了 100 亿美元。必须了解这些不是交易量或市值数字；价值是指锁定在智能合约中的储备，用于各种 沙尔圣路易斯联邦储备银行审查第二季度2021155DeFi 锁定总价值 (USD) DeFi 锁定总价值 (ETH)图1锁定在 DeFi 合约中的总价值（美元和 ETH）美元 ETH10,000.0米100.000 米1,000.0米10.000 米100.0 米 1.000 米10.0M1.0 米0.100 米0.010 米2018201920202021注意：M，百万。来源：DeFi Pulse。将在本文中解释的方法。图 1 显示了锁定在 DeFi 应用程序中的资产的以太币（ETH，以太坊的原生加密资产）和美元价值。这些资产的惊人增长以及一些真正创新的协议表明 DeFi 可能在更广泛的背景下变得相关，并激发了政策制定者、研究人员和金融机构的兴趣。本文针对这些组织中具有经济学或法律背景的个人，作为对该主题的调查和介绍。特别是，它识别了机会和风险，应被视为进一步研究的基础。2 DeFi 构建块DeFi 使用多层架构。每一层都有不同的目的。这些层相互构建，并创建一个开放且高度可组合的基础架构，允许每个人构建、重新散列或使用堆栈的其他部分。理解这些层是分层的也很重要：它们只与下面的层一样安全。例如，如果结算层中的区块链遭到破坏，则所有后续层都将不安全。同样，如果我们使用许可分类账作为基础，后续层的任何去中心化努力都将无效。本节提出了一个概念框架，用于分析这些层并更详细地研究令牌和协议层。1 它分为五层，如图 2 所示：结算层、资产层、协议层、应用层和聚合层。1.结算层（第 1 层）由区块链及其本机协议资产（例如，比特币区块链上的比特币 [BTC] 和以太坊区块链上的 ETH）组成。它允许网络安全地存储所有权信息，并确保任何 沙尔圣路易斯联邦储备银行审查1562021 年第二季度聚合层应用层聚合器 3聚合器 2聚合器 1资产 (ETH)沉降层本机协议资产层（以太坊）区块链...不可替代的代币：ERC-721同质代币：ERC-20图2DeFi 堆栈状态更改遵循其规则集。区块链可以被视为去信任执行的基础，并作为解决和争议解决层。2.资产层（第 2 层）由在结算层之上发行的所有资产组成。这包括本机协议资产以及在此区块链上发行的任何其他资产（通常称为代币）。3.协议层（第 3 层）为特定用例提供标准，例如去中心化交易所、债务市场、衍生品和链上资产管理。这些标准通常以一组智能合约的形式实现，任何用户（或 DeFi 应用程序）都可以访问。因此，这些协议具有高度的互操作性。4.应用层（第 4 层）创建连接到各个协议的面向用户的应用程序。智能合约交互通常由基于 Web 浏览器的前端抽象，使协议更易于使用。5.聚合层（Layer 5）是应用层的扩展。聚合器创建连接到多个应用程序和协议的以用户为中心的平台。它们通常提供比较和评估服务的工具，允许用户通过同时连接到多个协议来执行其他复杂的任务，并以清晰简洁的方式组合相关信息。现在我们了解了概念模型，让我们仔细看看标记化和协议层。在简要介绍资产代币化之后，我们将研究去中心化交易协议、去中心化借贷平台、去中心化衍生品、协议层...资产管理衍生品借贷交换 沙尔圣路易斯联邦储备银行审查第二季度2021157表格1区块链平台的上市代币和总代币市值数字市值平台绝对相对的 ％绝对（美元）相对的 ％以太坊1,79386.7455,071,650,00085.55波场261.264,639,184,1207.21币安链834.022,297,032,0003.57全方位30.151,407,629,9502.19近地天体251.21160,789,2000.25瑞波币10.05156,223,8000.20恒星211.02155,640,2000.24EOS311.50117,560,2000.18量子链80.3971,898,5800.11RSK 智能比特币10.0570,715,6500.11其他753.63227,652,7690.35来源：截至 2020 年 9 月 3 日的 coinmarketcap.com 和 tether.to。数据准备采用 Roth、Schär 和 Schöpfer（2019 年）的风格。和链上资产管理。这使我们能够建立分析 DeFi 的潜力和风险所需的基础。22.1资产代币化公共区块链是允许参与者建立共享且不可变的所有权记录——分类账的数据库。通常，分类帐用于跟踪相应区块链的本机协议资产。然而，当公共区块链技术变得越来越流行时，在这些分类账上提供额外资产的想法也变得越来越流行。向区块链添加新资产的过程称为代币化，资产的区块链表示称为代币。代币化的总体思路是让资产更易于访问，交易更高效。特别是，代币化资产可以在几秒钟内轻松地从世界上的任何人转移过来。它们可用于许多去中心化应用程序并存储在智能合约中。因此，这些代币是 DeFi 生态系统的重要组成部分。从技术角度来看，可以通过多种方式创建公共区块链令牌（参见 Roth、Schär 和 Schöpfer，2019）。但是，这些选项中的大多数都可以忽略，因为绝大多数代币是通过称为 ERC-20 代币标准的智能合约模板在以太坊区块链上发行的（Vogelsteller 和 Buterin，2015 年）。这些代币是可互操作的，几乎可以用于所有 DeFi 应用程序。截至 2021 年 1 月，以太坊上部署了超过 350,000 个 ERC-20 代币合约。3 表 1 显示了在交易所上市的代币数量和以美元计的总代币市值 沙尔圣路易斯联邦储备银行审查1582021 年第二季度区块链。几乎 90% 的上市代币都在以太坊区块链上发行。市值的轻微偏差源于这样一个事实，即相对大部分的 USDT 稳定币已在 Omni 上发行。从经济角度来看，我对资产的性质更感兴趣，而不是用于实现资产数字表示的基础技术标准。在链上添加额外资产的主要动机是添加稳定币。虽然可以使用上述协议资产（BTC 或 ETH），但许多金融合约需要低波动性资产。代币化可以创建这些资产。然而，代币化资产的主要问题之一是发行人风险。本地数字代币，例如 BTC 和 ETH，在这方面没有问题。相比之下，当有人引入带有承诺的代币时，例如支付利息、分红或交付商品或服务，相应代币的价值将取决于该声明的可信度。如果发行人不愿意或无法交付，代币可能会变得一文不值或以大幅折扣交易。这个逻辑也适用于稳定币。一般来说，基于承诺的代币有三种支持模型：链下抵押、链上抵押和无抵押。链下抵押品是指基础资产通过托管服务存储，例如商业银行。链上抵押意味着资产被锁定在区块链上，通常在智能合约中。4 当没有抵押品时，交易对手风险最高。在这种情况下，承诺是完全基于信任的。 Berentsen 和 Schär (2019) 在稳定币的背景下分析了这三个类别。链上抵押品有几个优点。