Scaling On-Chain Asset Exchanges via Arrow-Debreu Exchange Markets

Geoffrey Ramseyer, Stanford University

 

 

      区块链提供了资产的理想交换方式：人们能够平等地访问金融系统，减少交易资产或转移资金的成本和延迟。与传统的中心化货币系统不同，在区块链上实现多资产交换有着一定的困难，例如区块链节点必须具有确定性和可复制性等等。

 

      本篇报告提出了一种新的方法来解决匹配交易资产请求的问题。作者提出可以将区块链上的资产交易视为阿罗-德布鲁交换市场，每个资产都用一个不存在的货币来衡量。这种方法的核心难点是计算阿罗-德布鲁均衡价格。对于交易只支持卖出订单的情况，报告展示了现有的凸优化技术在理论和实际上都能很好地计算出均衡价格。报告还展示了如何使用近似的价格来实现具有许多理想性质的市场清算。最后，报告证明了同时支持卖出和买入订单的市场均衡计算在复杂度上是 PPAD 难的。

 

Allocation of Mining Resources in the Blockchain Economy

Shyam Sridhar, Singapore University of Technology and Design

 

 

      在区块链生态系统中，矿工对区块链应用提供有价值的资源（例如 PoW 中的算力或 PoS 中的股权）并获得和他所提供资源成比例的货币奖励。矿工们会在多个共存的区块链中分配他们的资源。理解他们分配资源的动机是至关重要的，因为对于矿工而言，有效的资源分配可以保证他们的盈利，而对于整个生态而言，区块链应用的稳定取决于矿工们所提供资源的数量和一致性。

 

      这篇工作的目标是研究矿工分配资源的动机。作者首先研究在一个单独的区块链上挖矿的情况。在这种情况下，挖矿竞赛存在一个唯一的纯纳什均衡分配。作者们检测了在不同的行为假设下该分配结果的合理性，并找到了纳什均衡不稳定的理论依据，然后从多智能体环境的复杂性和演化博弈论两个角度分析了这些不稳定的原因。之后，作者研究了在多个区块链上的挖矿竞赛模型，假设单个矿工无法影响任何一个区块链上的资源总量，推导出该模型在数学上和 Fisher 市场等价（矿工为卖家，挖矿奖励为商品）。基于该等价关系，我们可以得到一个比例响应更新协议将该模型收敛到市场均衡。最后，基于以上的结果，讲者展示了矿工决策中风险分散的重要性。

 

A Novel Two-Stage Game Model for the Pricing Management of Edge Computing Resource in Blockchain System

Yukun Cheng, Suzhou University of Science and Technology

 

 

      比特币系统中矿池（pool）的管理者常常会根据对未来比特币价格的预期，进行以下两种决策：一是雇佣更多矿工；二是买更多边缘计算资源。而对于边缘计算资源的提供者来说，如何对他们的服务进行定价是一个值得研究的问题。程教授及其合作者对于该定价问题模型提出了一个两阶段博弈模型：

 

阶段1：边缘计算资源的提供者提出报价；

阶段2：矿池之间服从一个演化博弈模型，最终收敛到演化稳定解。

 

      通过对该阶段1的建模与分析，可以分析出资源提供者在阶段1的最优定价策略关于阶段2的稳定解的公式解。阶段2博弈的分析使用反向推理（backward induction），可以解出基于定价的均衡点的显式解。将其带回到阶段1的分析，即可求出阶段1的最优定价。由于数学公式较为复杂，感兴趣读者可参考原论文。

 

A Game Theoretic Model for Strategic Coopetition in Business Networks

Segev Wasserkrug, IBM Research

 

 

      联盟链和私有链的发展正在推动零售、金融、医疗、运输等行业新型商业网络的构建，当企业认为参与商业网络能获得更多价值时，商业网络就会形成。在这样一个网络环境中，参与者之间既存在合作又存在竞争：合作是为了增加网络价值，而竞争体现在网络价值的分配上。作者称之为战略合作竞争（Strategic Coopetition）。

 

      在该工作中，作者对战略合作竞争博弈给出了一个形式化的模型，并基于此定义了每一个参与者的效用和整个网络系统的总价值（Total Network Value）。通过分析作者证明，网络总价值和每个参与者的价值之间有着紧密的联系：1）网络总价值恰好是所有参与者的个人价值之和；2）网络总价值的增加可以使得每一个参与者的价值都增加。

 

      在报告中，讲者借助一个航运的实例说明了上述结论，阐述了商业网络环境中合作和竞争之间的相互作用。一个有意思的现象是（如上图所示），虽然船商并没有提供运输服务，它仍会收到一定的费用。事实上，这一行为可以有效遏制行业垄断、进而航运价格飞涨现象的出现。报告的最后，讲者还列出了未来的工作方向，如寻找输出稳定网络流（good flow and value flow）的分布式算法等。

 

Epistemological Mechanism Design

Shunya Noda, University of British Columbia

 

      这项研究从认知论的角度展示了一种机制设计的新方法。文章介绍了一种基于认知论的空间模型（epistemological type space），其中的智能体或是自私的或是诚实的。研究表明在高阶信赖问题上，如果有智能体能轻微增加诚实度，那么就会促使所有自私的智能体都做出更加真诚的行为。考虑这样一种情况，即中枢规划者试图通过相互监视来获取正确的信息。我们假设激励设备的可用性受到严格限制：既没有公共监视也没有分配规则。因此，中枢规划者仅使用货币支付规则。如果“所有智能体都是自私的”是公共知识，那么就不可能获得正确的信息。但是，研究展示了一个松弛后的结果：如果“所有智能体都是自私的”并不是公共知识，那么中枢规划者就可以通过唯一的贝叶斯纳什均衡，从所有智能体上提取正确的信息。同时，即使表现为诚实的智能体主要是出于金钱利益才做出这样的行为，能得到正确信息的结论仍然成立。

 

Distributed-Ledger Consensus Protocol for Digital Social Contracts

Ouri Poupko, Weizmann Institute of Science

 

 

      蒲鲁东无政府主义的社会契约论是与卢梭基于国家政权社会契约论的一个相对理念。在本文中作者思考了区块链技术与蒲鲁东无政府主义社会契约概念的关系，并提出了一个用区块链技术实现的数字化社会契约的分布式协议。

 

      在具体的实现上，作者首先设想了一种由注册真实身份的人构成的区块链系统模型，其中每个人将被分配唯一的一对密钥，并使用移动设备实现交易的发送以及分布式账本管理。在此模型基础上，作者设计了一个拥有部分排序性、异步性、公平性的点对点交互个人区块链协议（即每个人保存各自的区块链账本，彼此可能有不同之处）。其相比与传统的 PoW 共识不需要损耗额外算力更加环保，同时相比于 PoS 协议更加公平。作者在报告过程中详细阐释了每个个人账本更新的过程，以及结点如何验证交易发送顺序，协议如何达成局部共识的流程。

 

Ethereum's Transaction Fee Market Reform of EIP 1559

Stefanos Leonardos, Singapore University of Technology and Design

 

 

      作为最知名的支持智能合约的区块链应用平台，近年来以太坊见证了交易数的稳定增长。以太坊上交易处理资源的稀缺，使得矿工和用户之间形成了交易费市场，在该市场中交易的选取过程类似于简单的第一价格拍卖：用户以交易费的形式进行出价，指明他们愿意为交易处理所支付的费用，然后矿工基于此打包一定量的交易继而挖矿。在该机制下，用户在发布交易前，需要猜测其合适的交易费报价，这使得交易费用极其不稳定（方差较大），而用户猜测也带来了不必要的交易处理延迟。

 

      在该工作中，作者们探究了旨在解决这些问题的 Ethereum 改进提案1559 (EIP 1559)。该提案的设计核心是浮动基价（basefee），它规定了区块内交易在被处理时用户所需支付的最低费用（reserve price）。所谓浮动，指的是该基价会根据市场情况在区块之间进行动态调整，旨在匹配供求关系。值得一提的是，这笔费用（基价）将被烧掉，而不是给到矿工。当然，用户还可设定他们愿意支付给矿工的最高小费（premium），这些费用最终将转移到将交易成功打包进区块的矿工手中。

 

      该工作聚焦于基价的动态变化和稳健性，从理论分析和实验两方面表明基价很快会收敛到一个稳定的水平。作者在不同的市场需求分布和用户行为假设下做了一系列实验，发现 EIP 1559一般会使交易费市场更加高效、产生更高的社会福利。报告的最后，讲者还提出了一些开放问题，感兴趣的小伙伴可以观看报告视频一探究竟！

 

ASHWAChain: A Fast, Scalable and Strategy-proof Committee-based Blockchain Protocol

Sanidhay Arora, International Institute of Information Technology

 

 

      大多数加密货币的实际表现都乏善可陈，主要是因为它们确定一个块所需的时间太长并且缺乏可扩展性。此外，现有的大多数区块链共识协议假定矿工是诚实的。这样的结果是协议易受攻击，如自私挖矿等。报告展示了可拓展性强、抵抗策略攻击的区块链公式协议，ASHWAChain。ASHWAChain 基于 POS 共识协议，协议中部署了委员会，同时通过 PBFT 算法达成共识。报告通过对 ASHWAChain 的精密分析，展示了 ASHWAChain 当前最先进的效率。最终，报告还分析了 ASHWAChain 抵抗自私挖矿的情景。

 

Block Rewards, Not transaction Fees Keep Miners Faithful In Blockchain Protocols

Anurag Jain, International Institute of Information Technology

 

 

      众所周知，区块链虚拟货币通过给予挖到块的矿工挖矿奖励以及交易费用来激励矿工进行工作，并借助博弈论来保证当诚实节点占多数的情况下该激励可以促使系统正常工作。然而，究竟挖矿奖励和交易费用哪一个才是区块链矿工激励的最主要原因，两种激励中间到底是什么关系，这些问题在之前并没有被重视和深入研究。

 

      本文作者首次研究了这个问题并给出了非常重要的结论。首先由于矿工本身是区块链加密货币的所有者，因此作者假设矿工不会以损害安全性和货币价值的情况下对区块链进行攻击。在这种假设下，作者证明了具有挖矿奖励的区块链矿工之间存在所有矿工遵循协议的纳什均衡（例如比特币就拥有这一均衡）。然而，作者通过扩展区块链协议发现，当交易费奖励占奖励主体时，矿工之间不再满足这样的均衡条件，并证明了在这个条件下协议的安全性将收到影响。

 

RPPLNS: Pay-per-last-N-shares with a Randomised Twist

Philip Lazos, Sapienza University of Rome

 

 

      该报告介绍了一种名为 RPPLNS 的矿池激励机制，并给出了其性质的一些理论证明。作者首先介绍了什么是矿池，矿池简单来说就是一些矿工把自己的算力给放在一起统一管理，矿池每挖到一个区块之后得到的奖励会按照一定的机制分配给矿池中参与挖矿的矿工们，而每个矿工通过上报自己所挖到的 share 来证明自己确实进行了工作。这里采用了一个经济学中被广泛接受的假说，矿工都是风险厌恶的（risk averse）。矿工加入矿池的主要动机是：如果矿工各自为战，那么对每个矿工来说收益的方差会很大，有可能很长一段时间都挖不到区块。加入矿池就相当于买了保险，能降低收益的方差。这里作者认为理想的矿池激励机制应当满足如下四个条件：

• 公平性（fairness）：加入矿池后期望收益不变。
• 保险性（variance reduction）：加入矿池后收益的方差降低。
• 鲁棒性（hop-proof）：矿工没有中途更换矿池的动机。
• 诚实性（incentive compatibility）：矿工会全力挖矿，并且会即使上报所挖到的 share。

 

      作者接下来分析了几种简单且常见的机制。   

 

      第一种机制是矿池分给每个矿工相当于其挖到的 share 占矿池总 share 的比例的收益。这种机制是公平且保险的，但却并不是诚实和鲁棒的。

 

      第二种机制是矿池为矿工挖的每个 share 支付一笔固定的钱。种机制是公平、保险和诚实的，但是却并不是鲁棒的。同时这种机制对矿池来说也无法达到收支平衡。

 

      接下来作者介绍了目前很通用的 PPLNS 机制（Pay Per Last N Shares），在这个机制下，对于每个区块，矿池维护在这个区块中最后 N 个被矿工提交的 share。并对于每个在其中的 share 支付给对应矿工一笔钱。这个机制被证明是公平，鲁棒且降低方差的，但是对其诚实性的证明只停留在一些特殊情况下，对于其诚实性在一般情况下的证明还没有给出。

 

      最后作者介绍了自己提出的机制 RPPLNS (Randomized Pay Per Last N Shares)，这个机制是一种随机版本的 PPLNS。矿池维护一个大小为 N 的 share 的集合，每当一个 share 被矿工提交，就从集合中随机删去一个集合，并把新的 share 加入其中，当一个区块结束的时候为集合中的每个 share 支付一笔钱。

 

      作者证明了这个机制是公平，鲁棒且能减少方差的，并做了实验说明这个机制在各种可能的情况下都是诚实的。

 

Low-cost attacks on Ethereum 2.0 by sub-1/3 stakeholders

Michael Neuder, Harvard University

 

 

      众所周知，以太坊在最近发布了以太坊2.0——一个基于 POS 的共识协议。此篇报告的主题是关于两个对以太坊2.0共识协议的攻击，其中第一种叫 Malicious reorgs，第二种称为 Dalaying finality。讲者证明了只要坏人能控制超过30%的 token，这些攻击就是可行且廉价的。以太坊声称只要坏人掌握不超过1/3的 token，共识就是安全的，而这项工作的意义在于展示了坏人可能不需要1/3的 token 就能危胁到区块链的安全性。

 

      第一个攻击 Regorgs 的主要思想是攻击以太坊2.0协议中对于当前区块的选择。以太坊2.0采取的是基于投票的方式来选择当前区块，而攻击者可以通过自私挖矿的方式，生成一些私有链，让公链上的一部分投票无效。通过这样的攻击，有可能实现双花攻击（double-spend）等危害到区块链安全性的操作。

 

      第二个攻击方法 Delaying Finality。该攻击利用到了以太坊2.0协议中有关对 checkpoint 结点的选择方法。通过这种攻击方式，可以让整个区块链在一段时间内暂时无法服务，并且降低整个网络的可预测性。