区块链将如何改变结算系统？| To FinTech and Beyond

2019年5月，《金融研究评论》（the Review of Financial Studies）出版了题为“To FinTech and Beyond”的特刊，其中包含10篇区块链、技术与大数据应用于金融的文章。中国人民大学金融科技研究所（微信ID：ruc_fintech）本次推送编译了其中的“Blockchain-Based Settlement for Asset Trading”，这是一篇关注资产交易中基于区块链结算的文章。一方面，区块链通过工作量证明机制将资产转移与付款联系起来，确保交付与付款，可加快速度并降低成本；另一方面，参与者可以分叉链以消除交易损失。作者确定了阻止分叉所需的条件，包括最小交易量、足够强的速度偏好以及受限制的风险头寸。最后，作者认为区块链将为结算系统带来成本节省，尽管计算能力的过度投资可能导致采矿的无谓成本增加。

来源丨the Review of Financial Studies

作者丨Jonathan Chiu, Thorsten V. Koeppl

翻译丨罗妤

证券可以在区块链中结算么，如果可以，和现有的结算系统比较，它又有什么好处？区块链的主要好处是让结算更快、更灵活，而结算失败也只需要排除参与者们取消交易出现损失分叉的地方。根据工作量证明（PoW）机制，区块链需要通过控制区块大小和时间，限制结算速度，以产生交易费用，进而为昂贵的采矿提供资金。尽管采矿产生的是无谓损失，但我们在对美国企业债务市场的估计中仍然发现，区块链产生的净收益在1-4bps之间。

现有结算系统

证券市场的主要风险是结算风险，即证券的卖方在收到付款时未能交付证券，或者证券的买方在收到证券时未能交付付款。为了应对这种风险，现代金融市场依赖于证券结算系统，这种系统确保了一种DvP（即Delivery versus Payment，交割和支付）机制，在这种机制中，现金结算与交易中的证券部分有着内在的联系。 

这些系统通常是围绕一个称为“中央证券存管处”（CSD）的专门第三方组织的，该第三方在付款后转让证券的合法所有权。尽管如此，许多其他中介机构，如经纪人、托管人和支付代理人，仍参与交易的清算，使结算过程相当耗时和高成本。因此，在许多分散的证券市场中，结算周期往往相当长，并且固定在特定的时间间隔，例如T+2、T+3，甚至更长，以协调中间人之间的行动。

许多从业人员认为，区块链或分布式账本技术（DLT）有可能从根本上改变证券结算。关键的创新点在于：一个共享的证券所有权数据库，可以在不依赖多个专业中介机构或第三方基础设施的情况下进行更新。结算风险可通过采用智能合约来控制，智能合约能在没有中央机构的情况下自动提供DvP。

区块链技术应用

区块链技术的主要优势在于，它可以通过打破分散的后贸易基础设施和实施更灵活的结算周期来加快结算。金融市场参与者通常将更快的结算时间列为现代金融市场的主要关注点。因为较短的结算时间有助于减少技术性违约，在这种情况下，即使有了DvP机制，交易方也可以从交易的短期结算失败中获益，即使交易方可以结算交易，区块链可以为市场参与者提供选择交易结算速度的机会，因为结算时间长度对于交易非常重要。根据FINRA（2017，P6），“……采用分布式账本技术不一定能实现实时结算，但它有可能使结算时间更符合双方的实际市场需求，而不是基于运营限制”因此，使用区块链来结算证券可以允许灵活的结算时间，并且在这样做时，创造超过传统结算系统所能提供的价值。

在哪种情况下，在区块链上结算证券是可行的？与使用目前正在进行的结算系统相比，更快和更灵活的结算有什么好处？为了回答这些问题，我们构建了一个模拟证券结算的区块链模型，该模型具有三个显著特征。首先，我们假设区块链处理证券和款项的所有权转移。这使得DvP机制成为可能，因此，区块链有可能直接排除结算风险。其次，我们假设区块链是无许可的。没有指定的第三方负责更新存储在区块链上的信息。第三，区块链的设计控制结算速度。阻塞时间决定了一批证券交易的频繁程度，而区块大小控制了每批交易的最大规模。参与者将通过过帐交易费用将其交易合并到一个区块中来选择他们希望以多快的速度结算。

因此，本文中的区块链是一个记录系统，可以跟踪证券所有权变动以及与证券交易相关的付款。对于需要结算的证券交易，需要在区块链上记录交易信息（即所有权转移和支付）。为此，参与交易的投资者将这些信息传达给负责更新区块链的对应网络。

记录的更新基于工作量证明（PoW）协议。一组名为“miners”的交易验证器负责解决一个计算密集型问题。最先解决问题的人获得奖励，并被允许更新区块链。这种竞争有助于保护区块链的完整性。证券交易发生并传送到网络后，投资者仍然可以通过在链上创建一个叉来撤销它，叉是记录的另一个历史。如果试图分叉的投资者实际上赢得了竞争，他可以让整个网络相信交易尚未进行。为了避免这种结算失败，区块链系统需要提供大量奖励，以使采矿竞争变得足够困难。

在这里，关键问题是采矿是一种公共产品。一旦有足够数量的采矿活动，就可以独立于交易总数防止结算失败，使结算成为一种免费资源。因此，基于区块链的结算系统需要使快速结算成为一种稀缺资源，以便投资者以交易费用抵押，从而为采矿业带来回报。

优化系统设计

区块链可以通过限制更新速度来产生费用。这可以通过区块链的设计来实现，方法是限制区块大小（每个新记录可以包含多少交易）和区块时间（新记录合并的频率）。当投资者希望提前结算时，减慢区块时间并使区块变小会在区块链上造成阻塞。然后，投资者就愿意支付更大的交易费用，以便更快地进入区块从而更快地结算交易。从本质上讲，拥堵使得快速解决变得稀缺，将公共物品变成了俱乐部物品。

然而，拥堵给投资者带来了两种成本。首先，投资者必须以足够高的交易费用作为抵押，以抑制分岔的动机。第二，由于结算点成为一种稀缺资源，结算时间差出现。因此，系统需要平衡交易费用和结算速度，同时确保区块链是防篡改的。当结算成本太高或结算太慢时，投资者不会选择进行交易。因此，无信任区块链的可行性取决于系统是否能够排除结算失败的成本效益。

对于小交易量大的资产市场而言，无信任的区块链往往更为可行。这一见解再次与在区块链上结算交易的公共品性质有关。撤销交易的收益与单个交易规模有关，而撤销交易的成本则取决于采矿报酬，采矿报酬与总交易量有关。更大的交易往往有更大的动机导致结算失败；更大的交易量提高了区块链产生采矿回报的潜力。此外，由于交易要面对交易后的价格变动，分叉链的动机也会增加。因此，价格风险较低的资产更有利于基于区块链的结算。最后，区块链对于时间关键型交易更为可行，因为投资者愿意为及时结算支付更高的费用，这可使区块链能够提高更多的开采回报。

优化设计时，选择区块时间和区块大小，以最大限度地实现预期的净交易盈余。我们首先得出一个约束条件，它总结了任何投资者不分叉并导致结算失败的动机。随着结算拥挤程度的降低，这种约束变得更加严格。因此，不能设置任意大的区块来加速结算。有趣的是，也不能设置任意低的区块时间，较短的区块时间意味着在一段时间间隔内需要支撑结算的区块总数增加。总奖励必须分成多个区块，减少每个区块的奖励，从而减少采矿竞争。这在更快的区块时间和更小的区块大小之间引入了一种权衡。总的来说，我们认为在一个交易周期内，当仍然产生足够的费用来排除结算失败时，选择区块时间和区块大小共同最小化所有交易的结算时间是最优的。

模型校准和量化分析

然后，我们将我们的模型校准到美国公司债市场，以提供基于区块链结算的收益估计。假设有意分叉会产生很小的固定成本，我们发现在一个无许可的区块链上，交易可以很划算地结算。对于5分钟的区块时间，最佳区块大小将最佳地导致每秒2.6个交易的吞吐量。这意味着平均结算时间为148分钟，每笔交易的费用约为0.34比特/秒。

有趣的是，这些结果可以通过延长区块时间和同时增加区块大小来进一步改进，以满足不存在结算失败的条件。我们发现区块时间等于27分钟是最佳的，并且区块的大小非常大。这对于有一个T+ 2的结算时间的现有结算制度将是一个巨大的改善。通过我们的校准，我们发现，收益随着结算速度变快，大约在1-4比特/秒附近下降：投资者仍然希望获得一个无许可的区块链，即使需要补贴传统结算系统。

拓展讨论

据我们所知，我们的工作是第一次明确地为资产结算中区块链的独特技术特征建模，并从定性和定量两方面研究其可行性和优化设计。目前尚不确定这项技术是否以及以何种形式被用于证券结算系统的改革。例如，Pinna和Ruttenberg（2016）设想了不同的潜在未来情景。在一个极端，DLT可以完全通过许可更少的链来实现；在另一个极端，现有的核心玩家可以简单地采用分布式分类帐技术的数据库特征来提高内部效率，同时仍然依赖已知的中间人来更新数据库。根据市场结构、参与者特征、资产和监管框架等具体因素，可以得出不同的制度适用于不同环境的结论。

我们选择了基于PoW的无许可区块链，因为它是目前最容易理解的技术实现。尽管如此，我们扩展了我们的分析，在不同的假设下，权衡和我们的结论都没有根本改变。使用不依赖沉没资源的替代协议仍然会导致分叉的问题，同时会引发一系列其他潜在的可信记录保留问题。类似地，指定可信方（如经纪人）来维护和更新区块链至少在质量上仍然具有相同的权衡。

关于区块链的学术文献正在迅速增长，但规模相当小，主要集中在计算机科学上。该领域的研究集中在区块链中矿工的激励因素和技术方面，如可扩展性。本文的一个主要限制是，它没有对决定系统价值和用户篡改系统动机的潜在交易进行建模。为投资者建立交易（及其结算）的价值模型是必要的，以获得他们支付结算费用的意愿，以及他们有意分叉链导致结算失败的动机。利用特定资产市场的实际数据，可以估计投资者转向基于区块链结算的收益。

关于区块链的经济和金融文献也非常少。大多数贡献都是经验性的，主要集中在比特币等加密货币上。例如，Huberman、Leshno和Moallemi（2017）以及Easley、O'Hara和Basu（2017）研究了比特币网络中的采矿活动和交易费用。两个例外是Cong和He（2019），他们对区块链上分散共识的形成进行了建模，Biais等人（2019）提供了战略挖掘的博弈理论分析，以及它如何影响区块链信息的共识。

我们自己在加密货币方面的工作（Chiu Koeppl，2017）也与本文相关。它赞同这样一种观点，即任何区块链分析都需要考虑参与者改变分类账以使其更具优势的动机。事实上，区块链的许多基本特性（例如它的一致性协议、采矿和奖励方案）正是为了确保分类账的不变性而引入的。因此，两篇论文都提出了激励约束，但不同的约束是区块链优化设计必须考虑的，因此限制了使用该技术的好处。

本文与前作的主要区别在于后者研究了商品交易区块链。证券交易的区块链与商品交易的加密货币系统有着根本的不同，原因有很多。首先，在证券结算系统中，证券和现金都是记录在数字账本上的数字资产。因此，DvP可以通过智能合约自动保证。这对于商品交易来说是不可能的，因为交易商品的所有权通常不会记录在区块链上。为了确保DvP的存在，结算需要延迟，直到交易在区块链中得到足够的频繁确认。这在验证滞后和基于区块链的证券结算缺乏的更高的开采回报之间引入了一种权衡。第二，商品交易中的激励环境往往是不对称的。买家有动机通过“双倍消费”来作弊，而商家通常更值得信赖。相比之下，资产交易通常会受到双边激励问题的影响，因为买卖双方都可以通过结算失败获得违约的激励。第三，金融资产的价格波动往往大于商品的价格波动，在较短的时间内价格波动较大。因此，撤销金融交易的动机更高，因此，结算速度更为关键。所有这些因素在我们的模型中都扮演着重要的角色，因此我们的分析与之前的工作有着根本的不同。

以下为部分论文截图

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编辑/罗妤

责编/袁阳

【延伸阅读】

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