支付系統：分布式賬本環境中的流動性節約機制_區塊鏈

本文專注于分布式賬本技術及Stella項目的運行效果。分布式賬本技術（DLT）是一套記錄數據的工具，如資產持有量或金融交易，允許計算機網絡在沒有單一中央管理系統的情況下進行驗證和存儲更新。在2016年12月，日本銀行（BOJ）和歐洲中央銀行（ECB）宣布啟動了一個名為 "Stella "的聯合研究項目用以評估DLT的適用性及解決方案在金融市場基礎設施領域的適用性。本報告是雙方合作的第一個成果，Stella項目對正在進行的關于DLT在金融市場基礎設施中的可用性的廣泛討論做出了貢獻，這項聯合研究旨在促進更安全、更快速和更經濟的金融交易。該項目在所述的有限范圍內具有探索性質，目前只注重于實際測試，而成本效率、市場整合和監督等領域留待未來研究。中國人民大學金融科技研究所對論文的核心內容進行了編譯。

作者 | European Central Bank & Bank of Japan

聯合分析的主要結果

美聯儲將推出實時支付系統 解決機構間金融交易清算延遲問題:金色財經報道，美聯儲將于7月推出實時支付系統FedNowService，旨在解決現有的機構間金融交易清算的延遲問題。該系統將于4月初開始對第一批參與者進行認證。（CoinDesk）[2023/3/16 13:07:15]

本報告詳細介紹了聯合分析的主要結果，歸納如下：

1. 基于DLT的解決方案可以滿足實時全額支付系統（RTGS）的性能需求：

分析發現，在歐元區和日本地區，DLT應用可與流向RTGS系統的請求量相媲美。考慮到這兩個集中式支付系統的平均流量（每秒約10至70吞吐量（RPS））以及交易的處理時間平均不到一秒。然而當RPS增加到250時，分析證實了流量和性能之間的權衡是不可忽視的。更廣泛地說，測試證明了在DLT環境中實施標準LSM的處理邏輯（排隊和雙邊沖銷）和在DLT環境中的可行性。

2. DLT的性能受到網絡規模和節點之間距離的影響：

The Graph為其數據提供商推出微支付系統Scalar:金色財經報道，The Graph推出微支付系統Scalar，旨在為該平臺的節點運營商和數據提供商提供新的獲利方式。[2021/4/22 20:45:23]

該分析證實了眾所周知的網絡規模和性能之間的權衡。增加節點的數量導致了支付執行時間的增加。此外，節點之間的距離對性能的影響取決于網絡配置：只要達到共識所需的最小節點數（法定人數）足夠接近，那么在網絡的其他部分的分散對延遲的影響是有限的。盡管如此，網絡外圍的節點仍可能會產生與法定人數不一致的情況。如果法定人數足夠分散，對延遲的影響就會更大。

3. DLT解決方案有可能加強復原力和可靠性:

該分析雖然并不詳盡，但表明DLT網絡有經受住問題考驗的能力，如驗證節點故障及不正確的數據格式。關于節點故障，據觀察，只要共識算法所需的節點數量是可操作的，系統的可用性就不會受到影響。測試還證實，無論停機時間長短，驗證節點都能恢復。

動態 | 沃爾瑪加拿大分公司推出基于區塊鏈的貨運和支付系統:零售巨頭沃爾瑪加拿大區計劃采用區塊鏈解決方案追蹤物流、驗證交易并支持其每年 400 多家零售店的自動化支付，該解決方案被稱作是區塊鏈的貨運和支付網絡，由沃爾瑪和區塊鏈初創公司 DLT Labs 聯合建立，可通過 Web 和移動應用訪問，可實時同步所有供應鏈和物流數據，并將其匯總到加拿大沃爾瑪及其運營商之間的共享賬本中，旨在改善運營并降低成本和加快供應鏈中的付款，預計將于 2020 年 2 月 1 日在沃爾瑪加拿大地區的所有第三方運營商上線。在加拿大，每天有超過 4,500 名員工和司機將數千種物品從沃爾瑪配送中心運到各賣場，每年運送商品高達 8.53 億箱，使用區塊鏈自動進行數據收集和管理可以節省大量成本。[2019/11/15]

然而，也應該考慮到所選擇的DLT設置包括一個單一認證機構。這是一個單點故障可能會破壞分布式驗證的優勢。此外，使用不正確的數據格式的測試表明，該系統能夠檢測到不正確的數據格式而不影響整體性能。

聲音 | IMF數字貨幣主管：數字貨幣可催生新的全球支付系統:在本周舉行的世界銀行和國際貨幣基金組織(IMF)年會上， IMF向各國央行行長和財長傳遞了一個信息，即數字貨幣已經存在，而且需要參與到現有的金融體系內。IMF數字貨幣主管Tobias Adrian表示，在美國和世界其他國家內，出現混亂只是時間問題。數字貨幣新技術至少有可能迅速催生出一個新的全球支付系統。作為經濟學家，我們喜歡創新和競爭。（BitcoinExchangeGuide）[2019/10/17]

有關效率的研究結果

1. 網絡規模對效率的影響：

我們進行了測試以驗證增長的驗證節點對性能的影響，并分別在簡單智能合約（即在沒有LSM的情況下進行支付轉移）和LSM智能合約（即在有LSM的情況下進行支付轉移）的情況下，進行了測試。

基于簡單智能合約的結果如下：

聲音 | 前華爾街高管：美國支付系統不穩定，應歡迎加密貨幣創新:據華爾街日報消息，前華爾街高管、懷俄明州區塊鏈特別工作組聯合創始人Caitlin Long表示，美國的支付系統不穩定，效率低下，應該歡迎加密貨幣創新。她曾在推特上表示，加密貨幣不應該被拘束，如果美國反對加密貨幣，可能將被其他歡迎它的國家超過。[2019/7/12]

圖1

基于LSM智能合約的結果如下：

圖2

2. 節點之間的距離對效率的影響：

我們進行了測試，以評估驗證節點在以下情況下的性能（即導致它們之間的通信需要更長的時間），并探討了兩種情況，每種情況都基于四個節點。

圖3

圖4

在集中的情況下得到的結果（見圖3與圖4）表明由于節點之間的距離越近，性能受到的影響較小；在各節點間測得的延遲與沒有延遲的基線方案相當。然而，在這種情況下，與其他節點分開的節點則顯示出大的延遲（比基線方案高112%）或者在沒有參與的情況下出現趕不上其他節點的跡象，分散的情況下顯示出了更高的延遲。這是由于各組節點之間的距離較長，與基線方案相比延遲增加了67%。而從這兩個場景中得出的結果表明，平均而言，當需要進行交互的結點時共識的形成會更快當節點分開，需要遠處的節點參與以達成共識則需要更多的時間。

對安全問題的潛在影響

1. 驗證節點失敗：

由于內部故障或網絡斷開，一個或多個驗證節點無法參與共識的形成，因此需要制定程序讓重新連接的節點能夠趕上其他驗證節點的狀態。

我們進行了測試以評估假設一個驗證節點失敗的后果。具體來說，總共四個節點中的一個被關閉了一定的時間 ，然后重新啟動并測量該節點趕上其他節點所需的時間與其他節點的時間。

2. 證書授權失敗：

對參與者和交易進行注冊和認證是確保系統安全的關鍵。系統的安全。Fabric通過一個證書授權機構（CA）來確保這一點。盡管交易驗證在設計上是分布式的，但Fabric會給系統引入了一個單點故障。為了確定Fabric如何處理CA不可用的情況，我們停止了CA 然后再重新啟動，同時驗證節點繼續發送和處理交易的能力。

測試結果顯示，只要CA不可用，交易就會被拒絕，提醒發送方注意Fabric的不可用的情況。一旦CA再次可用，交易處理就開始啟動，沒有任何其他系統干預的預警發出。

3. 對不正確格式的請求的復原力：

確保DLT系統彈性的挑戰之一是確保在提交大量格式不正確的交易請求時，它能夠繼續運作。例如，存在系統中的參與者的無意行為，這些格式不正確的信息觸發了智能合約中嵌入的錯誤檢測機制。測試表明，無論格式不正確的信息比例如何，系統在處理具有正確格式的交易時都沒有困難。

總結與結論

歐洲央行和日本央行，作為重要市場基礎設施服務的運營商，決定進行深入的實驗，以確定其各自支付系統的特定現有功能是否可以在DLT環境中運行。

有關效率的研究結果表明，就目前測試的RTGS服務的具體方面而言，基于DLT的解決方案可以滿足當前大額支付系統的性能需求。鑒于DLT的性質，其中驗證交易和達成共識的過程比集中式系統更復雜，這是令人鼓舞的結論。該項目還證實了眾所周知的網絡規模和性能之間的權衡：增加驗證節點的數量會導致支付執行時間的增加。此外，驗證節點之間的距離對性能也有影響：處理交易所需的時間隨著驗證節點組之間的距離而增加。

測試結果還表明，在設計DLT安排時，需要考慮到一系列的節點配置和系統參數。正如本報告所討論的，節點的數量以及這些節點之間的距離對性能有著至關重要的影響。同樣地，系統參數，如在一個區塊中分組的交易數量和創建一個新區塊所需的最小間隔(超時)都可能影響整體的延遲。節點配置和參數也應考慮在內。這取決于應用程序的需求。

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