分散金融：基于区块链和智能合约的金融市场

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，并提出了一个多层框架来分析隐式架构和各种 DeFi 构建模块，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。本文的结论是，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。
去中心化金融 (DeFi) 是一种基于区块链的金融基础设施，它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。它以更加开放和透明的方式复制现有的金融服务，尤其是不依赖中介机构和中心化机构，而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。
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，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，也无法控制执行环境，而这两者都是可以被操纵的。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。它们还可以存储加密资产，从而承担托管人的角色，以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。这就使各种新颖的应用程序和蓬勃发展的生态系统得以产生。
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。必须了解的是，这些不是交易量或市值数字，而是指锁定在智能合约中、有多种用途的储备。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）价值和美元价值。

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，并引起了政策制定者、研究人员和金融机构的兴趣。本文作为对该主题的调查和介绍，识别了机遇和风险，应被视为进一步研究的基础。
DeFi 积木
DeFi 使用多层架构，每一层级都有不同的目的。这些层级相互构建，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。这些层级是阶级式的，它们只与自己以下的层级一样安全。例如，如果结算层中的区块链遭到破坏，则所有后续层级都将不安全。同样，如果我们使用一个许可的分类账作为基础，任何对后续层所做的去中心化的努力都将无效。
本节提出了一个概念框架，用于分析这些层级并更详细地研究代币和协议层。该框架区分了五个层，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）由区块链及其原生协议资产（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，并确保任何状态的更改都遵守其规则集。区块链可以被视为去信任执行的基础，并作为结算和争议解决层。
2. 资产层（第 2 层）包括在结算层之上发行的所有资产。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。智能合约交互通常被基于 Web 浏览器的前端所提取，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。它们通常提供工具来比较和评估服务，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。
了解了概念模型，让我们仔细看看代币化和协议层。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。
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。将新资产添加到区块链的过程称为代币化，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之间转移。它们可用于许多去中心化的应用程序，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代币。然而，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。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。几乎 90% 的上市代币都在以太坊区块链上发行。
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撑模型：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，通常在智能合约内。当没有抵押时，交易方风险最高。在这种情况下，承诺完全基于信任。
链上抵押品有几个优点。它高度透明，并且可以通过智能合约保护索赔，从而允许以半自动方式执行流程。链上抵押品的一个缺点是，这种抵押品通常保存在本地协议资产（或其衍生品）中，因此会经历价格波动。以 Dai 稳定币为例，它主要使用 ETH 作为其链上抵押品来创建一个与 1 美元挂钩的去中心化和去信任的 Dai 代币。由于以太坊上没有与美元挂钩的原生代币，Dai 代币必须由另一种资产支持。每当有人想要发行新的 Dai 代币时，他们首先需要在制造者协议提供的智能合约中锁定足够的 ETH 作为底层抵押品。由于美元对ETH 的汇率不是固定的，因此需要超额抵押。如果在任何时候基础 ETH 抵押品的价值低于未偿还 Dai 价值的 150% 的最低门槛，智能合约将拍卖抵押品以抵消 Dai 的债务。
还有几个链下抵押稳定币的例子。最受欢迎的是 USDT 和 USDC，它们都是美元支持的稳定币。它们都可以作为以太坊区块链上的 ERC-20 代币使用。DGX 是一种由黄金支持的基于 ERC-20 的稳定币，而 WBTC 是比特币的代币化版本，使比特币可以在以太坊区块链上使用。链下抵押代币可以降低汇率风险，因为抵押品可能等同于代币化的索赔（例如，美元索赔由真实美元支持）。然而，链下抵押代币会引入交易方风险和外部依赖。使用链下抵押品的代币需要定期审计和预防措施，以确保标的抵押品始终可用。这个过程成本高昂，而且在许多情况下，对代币持有者来说并不完全透明。
有几个组织正在研究无抵押稳定币，即不使用任何形式的抵押品来维持挂钩的稳定币。Ampleforth 或 YAM 之类的变基代币不符合稳定币的条件。它们仅提供稳定的记账单位，但仍以动态代币数量的形式使持有者面临波动性。
尽管稳定币在 DeFi 生态系统中发挥着至关重要的作用，但将代币化的主题限制在这些资产上是不公平的。有各种不同用途的代币，包括用于去中心化自治组织（DAO）的治理代币、允许持有者在智能合约中执行特定操作的代币、类似于股票或债券的代币，甚至是可以跟踪任何现实世界资产的价格的合成代币。
另一个不同的类别是所谓的不可替代的代币 (NFT)。NFT 是代表独特资产的代币，即收藏品。它们可以是物理对象（例如艺术品）的数字表示，使它们受到通常的交易方风险的影响，或者是具有独特特征的数字原生价值单位。在任何情况下，代币的不可替代性属性确保可以单独跟踪每个资产的所有权并精确识别资产。NFT 通常建立在 ERC-721 代币标准上。
去中心化交易协议
截至 2020 年 9 月，交易所上市的加密资产超过 7,092 种。虽然它们中的大多数在经济上无关紧要，并且市值和交易量可以忽略不计，但仍然需要市场使人们可以交易一些流行的加密资产。这将允许此类资产的所有者根据其偏好和风险状况重新平衡其风险敞口并调整投资组合分配。
在大多数情况下，加密资产交易是通过中心化交易所进行的。中心化交易所相对高效，但存在一个严重的问题：为了能够在中心化交易所进行交易，交易者必须首先将资产存入交易所。因此，他们失去了对其资产的直接访问权，而不得不信任交易所运营商。不诚实或不专业的交易所运营商可能会没收或丢失资产。此外，中心化交易所成为了一个可被攻击的单点，并面临恶意第三方的持续威胁。相对较低的监管审查加剧了这两个问题，并使许多这样的交易所必须在短时间内进行巨大的规模化努力。因此，一些中心化加密资产交易所失去客户的资金也就不足为奇了。
去中心化交换协议试图通过消除信任要求来缓解这些问题。用户不再需要将资金存入中心化交易所，在交易执行之前，他们一直对自己的资产拥有独家控制权。交易执行通过智能合约原子地发生，这意味着交易双方在一个不可分割的交易中执行，从而降低交易方信用风险。根据具体的实施情况，智能合约可能会承担额外的角色，从而有效地淘汰许多中介机构，例如托管服务和中央交易方清算所 (CCP)。
早期的去中心化交易所，如 EtherDelta，已被设置为围墙花园，各种执行之间没有交互。交易所没有共享的流动性，导致交易量相对较低，买卖价差较大。高昂的网络费用，以及在这些去中心化交易所之间繁琐缓慢的转移资金的过程，使得所谓的套利机会变得毫无用处。

最近出现了朝着开放交换协议发展的趋势。这些项目试图通过提供关于如何进行资产交易的标准并允许任何建立在协议之上的交易所使用共享流动性池和其他协议功能来简化去中心化交易所的架构。然而，最重要的是，其他 DeFi 协议可以使用这些市场并在需要时交换或清算代币。
以下部分比较了去中心化交换协议的各种类型：
去中心化订单簿交换
去中心化订单簿交换可以通过多种方式实施。它们都使用智能合约进行交易结算，但它们在订单簿的托管方式上存在显着差异。人们必须区分链上和链下订单簿。
链上订单簿具有完全去中心化的优势。每个订单都存储在智能合约中。因此，不需要额外的基础设施或第三方主机。这种方法的缺点是每个动作都需要一个区块链交易。因此，这是一个昂贵且缓慢的过程，即使是交易意图的声明也会导致网络费用。考虑到波动的市场将需要频繁取消订单，这一劣势变得更加昂贵。
为此，许多去中心化交易协议依赖于链下订单簿，仅使用区块链作为结算层。链下订单簿由中心化的第三方托管和更新，通常称为中继者。他们为接受者提供选择他们想要匹配的订单所需的信息。虽然这种方法确实为系统引入了一些中心化的部分和依赖性，但中继者的作用是有限的。中继者从不控制资金，既不匹配也不执行订单。他们只是提供带有报价的序列表，并且可能会对该服务收取费用。协议的开放性确保了中继者之间的竞争并减轻了潜在的依赖性。
使用这种方法的主要协议称为 0x，该协议使用三步流程进行交易：首先，制造商向中继者发送一个预先签署的订单，使该订单包含在订单簿中；其次，潜在接受者向中继者查询订单簿并选择其中一个订单；第三，接受者签署订单并提交给智能合约，触发加密资产的原子交换。
恒函数做市商
恒定函数做市商 (CFMM) 是一个智能合约流动性池，它持有（至少）两种加密资产作为储备，并允许任何人存入一种类型的代币，从而提取另一种类型的代币。为了确定汇率，基于智能合约的流动性池使用恒定产品模型的变体，其中相对价格是智能合约代币准备金率的函数。使用此模型的流动性池不会被耗尽，因为代币会随着储备的减少而变得更加昂贵。当两种代币中任何一种的代币供应量接近于零时，其相对价格就会无限上涨。
需要指出的是，基于智能合约的流动性池不依赖于外部价格信息（所谓的预言机）。每当资产的市场价格发生变化时，任何人都可以利用套利机会和智能合约交易代币，直到流动性池价格收敛到当前市场价格。恒定产品模型的隐性买卖差价（加上少量交易费用）可能会导致额外资金的积累。任何向池提供流动性的人都会收到池份额代币，使他们能够参与这种积累，并赎回这些代币以换取他们在潜在增长的流动性池中的份额。基于智能合约的流动性池协议的突出例子是 UniSwap、Balancer、Curve 和 Bancor。
基于智能合约的储备聚合
另一种方法是通过智能合约整合流动性储备，允许大型流动性提供者连接并宣传特定交易对的价格。想要用代币 x 交换代币 y 的用户可以向智能合约发送交易请求。智能合约将比较所有流动性提供者的价格，代表用户接受最佳报价，并执行交易。它充当用户和流动性提供者之间的网关，确保最佳执行和原子结算。
与基于智能合约的流动性池相比，基于智能合约的储备聚合，价格不是在智能合约内确定的。相反，价格由流动性提供者设定。如果流动性提供者的基础相对广泛，则这种方法很有效。但是，如果给定交易对的竞争有限或没有竞争，则该方法可能会导致串通风险甚至垄断价格设置。作为对策，储备聚合协议通常具有一些（中心化的）控制机制，例如最高价格或最少数量的流动性提供者。在某些情况下，流动性提供者可能只有在经过背景调查后才能参与，包括 KYC（了解您的客户）验证。
这个概念最著名的应用是 Kyber 网络，它作为各种 DeFi 应用程序的骨干协议。
点对点协议
经典交易所或流动性池模型的替代方案是点对点 (P2P) 协议，也称为场外交易 (OTC) 协议。他们主要依靠两步法，参与者可以在网络中查询想要交易特定加密资产对的交易方，然后双边协商汇率。一旦双方就价格达成一致，交易将通过智能合约在链上执行。与其他协议相比，报价只能被参与谈判的各方接受。特别是第三方不可能通过观察未确认交易池（mempool）来先于某人接受报价。
为了提高效率，该过程通常是自动化的。此外，可以使用链下索引器进行对等发现。这些索引器扮演一个目录的角色，人们可以在其中宣传他们进行特定交易的意图。请注意，这些索引器仅用于建立连接，价格仍然是通过点对点协商的。AirSwap 是最流行的去中心化点对点协议的应用。
去中心化借贷平台
贷款是 DeFi 生态系统的重要组成部分，有多种协议允许人们借出和借入加密资产。去中心化贷款平台的独特之处在于它们既不需要借款人也不需要贷款人表明自己的身份。每个人都可以访问该平台，并有可能借钱或提供流动性来赚取利息。因此，DeFi 贷款是完全无需许可的，不依赖于信任关系。
为保护出借人，防止借款人跑路，有两种截然不同的做法：一是在贷款必须原子偿还的情况下提供信贷，即借款人收到资金、使用和偿还它们，都在同一个区块链交易中。假设借款人在交易执行周期结束时没有归还资金（加上利息），交易将无效并且其任何结果（包括贷款本身）都将被还原。这些所谓的闪贷是一个令人兴奋但仍高度实验性的应用。虽然闪贷只能用于原子结算和完全在链上的应用程序，但它们是套利和投资组合重组的有效新工具。因此，它们有望成为 DeFi 贷款的重要组成部分。
其次，贷款可以完全用抵押品担保。抵押品被锁定在智能合约中，只有在偿还债务后才会被释出。抵押贷款平台存在三种变体：抵押债务头寸、集合抵押债务市场和 P2P 抵押债务市场。抵押债务头寸是使用新创建的代币的贷款，而债务市场使用现有的代币并需要借款方和贷款方之间的匹配。
抵押债务头寸
一些 DeFi 应用程序允许用户创建抵押债务头寸，从而发行由抵押品支持的新代币。为了能够创建这些代币，此人必须在智能合约中锁定加密资产。可以创建的代币数量取决于生成的代币的目标价格、用作抵押品的加密资产的价值以及目标抵押率。新创建的代币本质上是完全抵押的贷款，不需要交易方，并允许用户获得流动资产，同时通过抵押品保持市场敞口。贷款可用于消费，使此人能够克服暂时的流动性紧缩或获得额外的加密资产以进行杠杆敞口。
以 MakerDAO 为例，这是一种去中心化协议，用于发行与美元挂钩的 Dai 稳定币。首先，用户将 ETH 存入归类为抵押债务头寸 (CDP)（或金库）的智能合约中。随后，他们调用一个合约函数来创建和提取一定数量的 Dai，从而锁定抵押品。这个过程目前要求最低抵押率为 150%，这意味着对于合约中锁定的任何 100 美元的 ETH，用户最多可以创建 66.66 个 Dai。任何未偿还的 Dai 都需要缴纳稳定费，这在理论上应该与 Dai 债券市场的最高利率相对应。该费率由社区即 MKR 代币持有者设定，MKR 是 MakerDAO 项目的治理代币。要关闭抵押债务头寸，所有者必须将未偿还的 Dai 加上累积的利息发送到合约中。一旦债务偿还，智能合约将允许所有者收回他们的抵押品。如果借款人未能偿还债务，或者抵押品的价值低于 150% 的门槛，此时贷款的全部抵押品面临风险，智能合约将开始以潜在的折扣率清算抵押品。
利息支付和清算费用部分用于“销毁”MKR，从而减少MKR的总供应量。作为交换，MKR 持有者承担了极端负面 ETH 价格冲击的剩余风险，这可能导致抵押品不足以维持与美元挂钩的情况。在这种情况下，将创建新的 MKR 并以折扣价出售。因此，维护一个健康的系统符合MKR 持有者的最大利益。
尽管MakerDAO系统主要是去中心化的，但它依赖于价格预言机，这会引入一些依赖性。MakerDAO 最近转变成多抵押品系统，目标是通过允许使用各种加密资产作为抵押品来使协议更具可扩展性。

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