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区块链交易传统资产的实例研究

区块链交易传统资产的实例研究—Part 1

自2008年推出以来,区块链技术已经超越了其在加密货币中的应用,现在正准备改变众多商业应用,包括价值链和供应链,商业模式和市场结构。这项工作遵循设计科学研究,以指导基于区块链的概念验证,原型的实施,该原型能够实现汽车等现实资产的自动交易,并提供市场参与者,官方和其他第三方有效,透明和不可变的车辆历史记录。

本研究对现有研究的贡献有三个:首先,它引入了一种内置的机制(built-in mechanism),来降低基于区块链系统中交易的不可逆性而导致的交易风险。其次,它用一个包含安全注册和交易过程的无篡改和自治交易数据库系统取代了基于信任,集中和官僚的注册。第三,它提出了一种新方法,通过提供每种有价资产历史的可靠,透明和完整的记录来减轻柠檬市场的逆向选择效应。

总的来说,本文的研究结果说明了基于区块链的系统的潜力,同时也突出了商业应用的技术缺陷和挑战,例如可扩展性或隐私问题。

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1.Introduction简介

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区块链经常被称为二十一世纪的技术创新,可以说它具有可能重塑和破坏过多的经济活动。自2008年推出以来(Nakamoto 2008),在没有任何中央权力的情况下管理和维护的分布式数据库的概念,最近已经超越其作为加密货币验证机制的用途,并且正在向广泛的商业应用领域发展。今天,“信任机器“(Economist 2015) – 基本上结合了分布式数字分类账,去中心化共识机制和加密安全措施 – 正准备通过实现新形式的价值链和供应链,连锁店,商业模式和市场结构来彻底改变中介机构的作用。因此,无信任,透明和安全的交易系统(Beck et al. 2016),去中心化的资产管理方法,自主注册系统(Fairfield2015)和不可更改的事件日志的愿景宣布了组织结构和业务流程的颠覆性变化( Glaser and Bezzenberger2015)。

在本文中,我们利用丹麦汽车登记处(Danish Motor Register ,DMR)的案例来提供记录,管理和跟踪汽车等实物资产所有权状态的一种新方法。并开发,实施和评估基于区块链的交易系统,其旨在取代中央机构成为可信赖的第三方。我们选择丹麦作为技术先进国家和政府服务数字化的领跑者,来说明基于区块链的系统在公共登记和交易系统方面的好处。我们与丹麦税务机关(SKAT)合作,探索基于区块链的汽车登记的潜力,并说明它如何能够取代传统的基于信任的,集中的和官僚的系统。

在此范围内,我们的研究贡献有三个方面:首先,我们引入了一种内置机制来降低与区块链交易不可逆性相关的交易风险(Bo ¨hme et al. 2015)。其次,我们通过使用基于区块链的替代方案(包括安全注册和交易流程)来取代传统注册,来解决提供和维护完整且始终一致的公共车辆历史记录(public record of vehicle history)的挑战。在此过程中,我们将说明如何使用自主且可能具有成本效益(PS:cost-efficient,成本效益,可以理解为划算)的事务日志替换可能昂贵,基于信任,不完整且不一致的官僚登记(bureaucraticregistry)。第三,我们建议通过提供每种有价资产历史的可靠,透明和完整的记录来减轻二手商品或柠檬市场的逆向选择效应(Akerlof 1970)。此外,我们的通用软件设计引入了一个通用的事务框架,其中DMR用例(use case)从高级框架继承其核心功能。这样,我们将实际考虑因素考虑在内,因为通用系统设计允许扩展到其他资产并确保适用性超出汽车的使用情况。

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2. 基于区块链的商业系统

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本节简要介绍了基于区块链的商业系统,概述了DMR用例,并确定了信息系统和经济学领域跨学科交叉点的研究差距。

2.1文献回顾

区块链首先作为一种机制被引入,防止(被称为)比特币的点对点电子现金系统的双重花费(double-spending)。基于Nakamoto(2008)的基本思想,区块链协议通过将由按时间顺序排列的,和加密互连的交易块组成的分布式数据库与去中心化的共识机制和加密安全措施相结合,来提供了不可变的交易记录(Glaser 2017)。这些元素的相互作用阻碍了潜在冲突的代理人之间传播损坏的信息和缓和的摩擦(corrupted information and moderates frictions),而无需中央管理机构或权威机构(Fairfield 2015)。结合智能合约(Szabo 1994),即由区块链节点的对等网络承载的虚拟机上运行的程序(Buterin 2013; Wood 2017),该技术已经超越了其在加密货币中的起源,并且正走向各种商业应用(Nofer et al,2017)。

由于具有非中介化的潜力及其调解和解决多边冲突的能力,区块链的破坏性影响不仅限于金融服务行业(Wo ¨rner et al. 2016),而是鼓励讨论各个行业的用例。潜在的应用包括去中心化的市场和应用平台,公证服务(Wo ¨rner et al. 2016),数字身份证明和合法化(Wo ¨rner etal. 2016),数字版权管理系统(Fujimura et al. 2015),不可篡改的注册管理机构(Fairfield 2015; Glaser 2017; Xu et al. 2017),以及跟踪(数字)资产所有权的交易系统(Fairfield 2015; Beck et al. 2016)。

从技术角度来看,共识机制可以创建新的块,并允许代理在任何给定的时间点(Buterin2013)通过分散的时间戳自动地就交易的正确顺序和共享系统状态达成一致(Gipp et al.2015) 。但是,为了实施有效的调解机制,应用的共识方案需要根据手头的具体用例进行调整:

在公共场合和匿名场景中,新块的创建必须产生足够的努力成本,以防止传播损坏的信息。带来的结果是,欺骗成本的增加减少了整个系统中存在冲突的信息(Lamport et al.1982),减轻了Sybil攻击的风险(Dinger and Hartenstein 2006; Douceur 2002)。
在实践中,诸如工作量证明(Nakamoto2008; Anderson et al. 2016),股权证明(Andersonet al. 2016; Kiayias et al. 2016)或空间证据(Atenieseet al. 2014; Dziembowski et al. 2015)人为地创建添加新块的成本,从而阻止潜在的恶意节点篡改数据。不利方面,它们还会产生巨大的费用,例如电力形式(O’Dwyer and Malone 2014),从而阻碍了系统的效率。

另一方面,在具有已知参与者的专用网络中,不存在Sybil攻击的威胁,并且不需要昂贵的冲突解决方案。因此,基于身份的识别方案(Bellareet al. 2009),例如基于散列的用户认证(Li et al. 2015),提供了更有效的替代方案,其也允许不同级别的隐私。

总之,区块链技术提供了一种分布式软件架构(Xu et al.2016),它没有单点故障或集中治理的要求。因此,它实现了自主,透明,安全和无篡改的交易数据库(Glaser 2017),降低了编写合同的复杂性(Davidson等人,2016年),促进了具有成本效益的微交易(Beck et al. 2016),并允许出现新颖的组织形式和商业模式(Glaser和Bezzenberger 2015)。

在此范围内,Greiner and Hui(2015)引入了无信任系统的概念,并提出通过消除对信任的需求来解决对等系统中的信任问题。因此,代价高昂的信任建立机制,如可信中介,管理机构或人际信任,都被加密协议,分散式一致性算法和智能合约所取代(Greiner and Hui 2015; Glaser 2017).
Beck et al. (2016)将这一概念应用于基于区块链的商业系统的观点,并开发交易系统的概念验证原型,“通过基于自我执行规则完成交易,实现无信任运营”( Beck et al. (2016)。然而,无信任的概念仍然模棱两可,因为有人可能会说,信任不会被替换,而是从中央机构或市场当局转向算法(Lustig and Nardi 2015),最终控制代理人的互动(Maureret al.2013)。除了这种模糊性之外,理解分布式账本的技术协议和实施,分散的共识系统和分散的应用程序仍然很复杂Glaser and Bezzenberger 2015),研究人员和从业者仍然很难充分发挥其潜力。

除了可用性问题之外,基于区块链的系统仍然面临着各种技术挑战。

首先,由于其作为基于交易的系统的性质,智能合约应用程序不能触发自身,而是需要某种形式的外部干预来执行(Glaser 2017)。其次,作为一种新兴技术,基于区块链的系统仍面临各种技术限制,例如容量,延迟和查询问题(Glaser 2017; Beck et al. 2016; Wo ¨rner et al. 2016)。第三,区块链协议的技术结构存在一些缺点,例如51%攻击的威胁(Nakamoto 2008; Bo ¨hme et al. 2015),与部署的共识机制相关的成本增加(Brenig et al. 2016; Beck et al. 2016; O’Dwyer and Malone 2014)隐私问题(Kosba et al. 2015; Bo ¨hme et al. 2015)和交易风险(Bo ¨hme et al. 2015)。

交易风险涉及通过区块链系统进行交易的不可逆转性。结合分散的时间戳和块的互连,交易的不可逆性确保了正确的交易顺序,并且对于保护用户免受双重花费尝试以及恶意代理传播损坏数据至关重要。由此产生的数据不变性使交易方能够信任所存储的交易历史的正确性。在错误交易或欺诈的情况下,比特币或以太坊等当前协议的不可逆转特征仍然是未解决的问题,并且对于有价值的现实世界资产(例如汽车和证券)的交易构成了禁止性障碍。在所有条件相同的情况下,这会导致用户更喜欢提供机制来撤消错误交易或通过强制回收交易资产的替代系统。

总的来说,我们采用Beck等人(2016)介绍的加密交易系统的概念。 将概念扩展到现实世界资产的链上传输,并制定以下第一个研究问题:

研究问题1:我们如何降低因区块链交易不可逆转而导致的交易风险,并仍提供有效的交易日志?

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自2008年推出以来,区块链技术已经超越了其在加密货币中的应用,现在正准备改变众多商业应用,包括价值链和供应链,商业模式和市场结构。这项工作遵循设计科学研究,以指导基于区块链的概念验证,原型的实施,该原型能够实现汽车等现实资产的自动交易,并提供市场参与者,官方和其他第三方有效,透明和不可变的车辆历史记录。

2.2案例 – 丹麦汽车的生命周期

在其产品生命周期过程中,车辆及其所有者参与各种行政和官僚程序。这些流程包括各种步骤,例如汽车在汽车登记处的登记,征税和税款的支付,维修,修改,检查以及与贷款,租赁或保险公司的互动。最重要和最复杂的步骤之一是交易后的所有权转移。

由于丹麦是一个小国,SKAT拥有并监督大部分行政和官僚程序,并提供相关的政府服务。更具体地说,DMR运行IT系统,处理车辆转让(transfers)中涉及的官僚程序,并在整个车辆的生命周期内提供可信赖的所有权记录和车辆特定信息。因此,DMR数据库可作为各种利益相关者(如所有者,经销商进口商和废料经销商)以及政府机构(如运输当局,警察部门),SKAT本身和其他第三方,如保险公司,银行或租赁公司。

以下步骤和”图1”详细说明了车辆生命周期,并突出了SKAT,DMR和其他利益相关者的参与:

•进口和初始登记,由于丹麦没有国内汽车制造商,所有车辆都是从外国生产商处获取得。进口车辆在抵达时,都要在DMR注册,进口商必须向SKAT支付征税和税款。

•分配登记后,车辆将转移到经销商处,经销商将其分配给新的所有者。随着所有权状态的变化,新的所有者以及保险信息需要报告给SKAT并存储在DMR中。只有满足所有要求,SKAT才会颁发车辆登记证书并授予道路批准。

•维护在其生命周期中,车辆会经历各种维护程序,例如汽车检查,维修或重建。为确保道路安全并保持车辆信息的正确记录,DMR记录这些维护活动和任何其他修改。

•所有权转移,当当前所有者想要出售其车辆并且找到买方时,交互方需要通过同时交换车辆和协商的支付金额来结算其交易。为了最大限度地降低欺诈风险,DMR必须提供有关车辆历史及其特征的完整且有效的记录。

•取消注册和重新注册所有权转让后,车辆需要重新注册SKAT和DMR。只有当车辆被正确拆除并重新注册,才能支付税款和税款,并且所有权的转移都记录在DMR中,SKAT颁发新的登记证书,使新的所有权状态合法化并授予道路批准。

•最终报废,车辆磨损或损坏并报废。最后,所有者收到报废证书,DMR注销车辆。

区块链上交易传统资产的实例研究

在这些步骤中,SKAT涉及多个点,并在每个集成点面临各自的挑战,所有权的转移是最关键的一个。此外,第三方服务(如金融或保险服务)的集成以及更新和维护集中式DMR数据库需要进行重大的官僚和组织工作。
因此,集中式DMR数据库的规模不断扩大,导致复杂性增加,硬件,维护和转换成本增加,性能下降(Connolly and Begg 2015; Elmasri and Navathe 2015).

研究问题2:基于区块链的系统能够通过提供有效,一致和透明的交易公共记录来解决操作汽车注册系统(如DMR)的挑战吗?

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自2008年推出以来,区块链技术已经超越了其在加密货币中的应用,现在正准备改变众多商业应用,包括价值链和供应链,商业模式和市场结构。这项工作遵循设计科学研究,以指导基于区块链的概念验证,原型的实施,该原型能够实现汽车等现实资产的自动交易,并提供市场参与者,官方和其他第三方有效,透明和不可变的车辆历史记录。

2.3柠檬市场的逆向选择

逆向选择描述了一种情况,其中交互方将价值附加到交易对象的质量上,但同时拥有不同级别的信息。对于具有逆向选择效应的市场,最着名的例子之一是Akerlof的柠檬市场(Akerlof 1970),其中不同质量的二手车在买卖双方之间进行交易。

为了消除这种信息的不对称分布,潜在购买者使用启发式方法评估其预期购买的质量,并尝试根据先前的经验,市场交易类似商品或卖家提供的价格信号从统计学角度估算器推断汽车的特征(Wolinsky 1983)。然而,尽管他们付出了努力,启发式的准确性在双边或多边市场结构中(market setups)降低,并且买方对汽车真实价值的了解通常仍然是不透明的,并且无法解决质量的剩余不确定性(Genesove 1993)。

因此,均衡价格反映了市场上所有汽车的平均质量(Wilson 1980),好车和坏车以相同的价格出售,而只有卖家知道他们的真实特征。

在这种汇集均衡中,低质量汽车(即柠檬)的卖家获得的信息租金等于市场价格与汽车真实价值之间的差额,从而有动力进入市场。

另一方面,高品质汽车的拥有者将获得负租金,因为他们的车辆的真实价值大于均衡价格,因此从市场中退出。最终,格莱欣法则(Gresham‘s Law)生效,柠檬驱逐出高质量的汽车(Akerlof 1970)。在一个连续的世界中,不同的质量水平产生了级联效应,因为低质量的汽车不断推出略微更好的汽车,直到没有剩余需求或供应并且市场崩溃.

然而,现实并不那么极端,诸如Bond (1982), Hendel andLizzeri (1999), or Peterson andSchneider (2014)等研究表明,二手车的市场从未完全关闭,尽管存在信息不对称, 交易量仍然很大。

这些发现的一个解释是反制机构的发展(Akerlof 1970; Bond 1982;Genesove 1993),旨在确保最低质量水平。这些机构包括提供担保,许可和认证,或引入品牌名称。此外,在与重复交易的长期关系中,基于声誉的机制可以作为一种约束机制(Genesove 1993)。

另一种解释是,喜欢不同质量水平的驾驶员之间的有效分类的影响(Hendel et al.2005)。(Another explanation is the impact of efficient sorting betweendrivers who prefer different levels of quality)然而,由此产生的自我选择效应仅适用于汽车的非功能性部件,例如车辆的外部状况,而Peterson and Schneider(2014)发现,逆向选择效应普遍存在于发动机或变速器等关键部件。

第三种解决方案,Tirole(2012)提出了政府干预措施,旨在为拥有最强遗产资产的卖家提供支持,同时清理市场上最弱的资产。

第四个也是最后一个解释仅仅描述了一种情况,即买方能够获得足够的信息来充分估计汽车质量,来克服逆向选择问题(Bond 1982)。

尽管效果有限,但所有这些反制措施(counteraction measures)都是昂贵的,因此可能会阻碍市场效率超出社会最佳水平(Bond 1982)。Gavazza等人的证据.(2014)支持这一概念,并指出与信息不对称相关的交易成本对交易量,分配和低估值家庭福利的负面影响。同样,Peterson and Schneider(2014)表明,逆向选择效应对美国汽车二级市场的交易量和整体质量产生负面影响。

因此,我们遵循Pagano and Jappelli (1993),Jappelliand Pagano (2002), Djankov et al. (2007), Karapetyanand Stacescu (2014),他们确定了私人信息披露对市场效率和交易量的积极影响,并引入了基于区块链的交易系统,旨在通过共享以前的私人信息来解决逆向选择。

作为分布式,公开可用,双方共识和安全的分类账本,区块链有助于信息披露并阻止提供故意损坏的信息。由此产生的交易数据库为所有市场参与者提供了每个车辆有效和透明的历史记录 – 同样知情的买家和消息灵通的卖家 – 提高了不知情的买家接近汽车真实质量和价值的能力。从管理角度来看,交易系统承担跟踪所有权和车辆特征变化的任务,在任何指定的时间及时提高数据库的准确性和透明度。总体而言,我们建议利用区块链作为现有机构的替代方案,一种公开披露车辆信息的新机制,从而减少二手车市场的逆向选择效应(Lewis 2011)。

研究问题3:基于区块链的交易系统可以提供什么程度的可靠、有效和一致的交易记录,从而减少柠檬市场中质量不确定性的影响呢?

3方法论:设计科学方法

为了指导我们原型的创建,评估和展示,我们利用了Hevner(2004)等人提出的设计科学研究(DSR)方法。 并在开发基于区块链的交易系统的过程中遵循他们的指导方针。表1总结了我们的研究与Hevner(2014)等人的DSR指南的对应关系。

由此产生的IT工件是一个概念验证原型,旨在用无信任,分散和自动化的替代方案取代传统的注册系统,并使用内置机制来防止不必要的交易。利用区块链的核心功能,它还为多方提供了灵活,透明且有效的数据库,例如汽车,政府机构和其他第三方的买方和卖方,通过共享以前的私人信息来减少信息不对称。

为了确保工件的功效和效率,我们根据DMR的使用情况进行详细的需求分析,并在建筑阶段的每次迭代中不断重新评估系统(March and Smith 1995)。总体而言,我们通过扩展基于区块链的IT工件开发的知识,为基于区块链的商业系统的现有研究做出贡献,提供了解决公共部门注册管理机构效率低下的新方法(Fairfield 2015)。此外,我们超越了已知的概念,提出了一种新的逆向选择效果解决方案 ,并通过在没有中央机构或组织的情况下在无信任的设置中交易资产。

表1 我们的IT工件(IT artifact)与Hevner等人的DSR指南的映射关系。

指导原则

贡献

设计成一个工件

我们研究的结果是一个概念验证原型,它实现了一个基于区块链的IT工件,它具有内置交易保护,可以纠正交易过程中的错误

问题相关性

我们的研究问题可以减少区块链系统中固有的交易风险(研究问题1),减少公共登记系统中的低效率(研究问题2),以及解决二手商品或柠檬市场的逆向选择风险(研究问题3)

评估设计

我们通过结构和功能测试评估和展示我们的原型的实用性,质量和功效(Hevner et al. 2004).此外,我们在DMR用例的不同场景中执行我们的原型,以测试和说明其功能

研究贡献

我们研究的贡献有三个方面:首先,我们扩展了基于区块链的商业系统的知识,并通过提供了一种减少交易风险的内置机制(Bo ¨hme et al. 2015),允许用户取消不正确的交易。其次,我们采用无信任经济系统的概念(Beck et al.2016)来讨论DMR的使用案例,并引入一种新方法,一个无信任,可能具有成本效益,自治的交易系统,取代基于信任和集中的官僚机构。第三,我们通过共享透明,可靠,完整的车辆历史和所有权记录,减轻逆向选择效应,消除买卖双方之间的信息不对称

严谨的研究

为了确保我们的研究的严谨性,我们采用了成熟的DSR框架,例如Hevner et al. (2004) Gregor and Hevner (2013), and March and Smith (1995),指导我们的IT工件的创建和构建。此外,我们还包括专门用于支持基于区块链的系统开发中的架构和结构决策的指南(Xu et al.2016; Glaser 2017; Walsh et al.2016)

设计为搜索过程(PS:大概意思是他们的工作像是不断的搜寻,不断的找到更好的)

为了发现引入的研究问题的有效解决方案,我们建立在基于区块链的交易系统的现有文献的基础上,Beck et al. (2016), Nakamoto (2008), Buterin (2013), or Wood (2017),并在整个开发过程中持续的评估和调整(Simon 1996)我们的IT工件(March and Smith 1995; Hevner et al.2004)

研究交流

为了最大限度地发挥我们研究的潜在影响并将我们的结果呈现给技术导向和面向管理的受众,我们根据Gregor and Hevner(2013)构建我们的工作,并利用DMR的用例来说明组织工件的开发和应用的来龙去脉。为了促进对面向技术的受众的理解,我们提供了原型软件体系结构,其实现逻辑,功能和应用程序来龙去脉的详细描述。为了支持面向管理的受众,我们进一步讨论了潜在的业务问题以及相关的经济理论。最后,我们通过讨论原型的潜力和局限以及未来的应用来证明我们解决方案的有效性

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自2008年推出以来,区块链技术已经超越了其在加密货币中的应用,现在正准备改变众多商业应用,包括价值链和供应链,商业模式和市场结构。这项工作遵循设计科学研究,以指导基于区块链的概念验证,原型的实施,该原型能够实现汽车等现实资产的自动交易,并提供市场参与者,官方和其他第三方有效,透明和不可变的车辆历史记录。

4.2软件架构和市场计划

为了满足第2节中描述的要求,我们构建一个强大框架。 我们选择面向对象的软件工程方法,并按层次(结构)构建基础智能合约。为此,我们首先定义一个跨结构框架的通用市场结构(如图2所示),而原型的实现继承其(跨结构框架的通用市场结构)核心功能。

通用设计采用两层方法,将市场平台与可在此平台上交易的单个商品相结合。平台和交易对象都由智能合约表示,它们实现不同的方法,功能和变量。市场合约充当托管代理,组织交易活动并定义交易过程。可交易合约代表实物资产,跟踪其当前所有者,并允许所有权在成功交易后发生变化。

为了确保市场的可扩展性,我们采用了具有三个层次的层次结构,如图2所示:Marketplace合约定义了接口并设置了方法和相应事件的最低要求,以实现上面指定的基本功能。StandardMarketplce实现了这些方法,构成了功能市场的基本实现。IndexedMarketplace通过一系列便利方法扩展了市场,允许市场上的报价被迭代索引。这样,我们将接口,核心逻辑和便捷方法分开,增加框架的健壮性,使其适应不同的用例和场景,并确保不同模块的可测试性。

此外,我们允许可交易合约的onTransferOwnership()方法被覆盖,从而允许在交易过程中具有逻辑性。(PS: logic to happen during the transaction process. 令人费解)这样,我们的市场平台允许在交易汽车之前实施各种背景调查,如果某些条件,如没有获得足够的保险或足够的资金,或交易一方不符合或者不遵守先前商定的条款,则授予放弃交易的可能性。
为了实现DMR市场(图3),我们利用图2所示的一般市场结构。DMR合同扩展了IndexedMarketplace,其中包含与DMR相关的业务逻辑,例如发布车辆,在此之后具有能跟踪他们的车辆所有权状态的能力。为此,DMR合同持有已发行车辆的登记册,其现有车主和各自的车牌。在市场上交易的汽车是通过车辆合同实施的,该合同扩展了车辆登记所需的可交易和补充属性,例如唯一的车辆识别号(VIN)和其他车辆特定的细节。

我们使用基于令牌的传统法定货币代表(如丹麦克朗)作为支付手段,而不是以太币,以太币是以太坊区块链中使用的加密货币。这样,我们就可以排除任何汇率风险。

但是,使用丹麦克朗需要第三方(例如中央银行,商业银行或信用卡公司)来支持或锁定分配给买方区块链账户的金额(Broadbent2016; Raskin and Yermack 2016)。当卖方想要从系统中提取他的回报时,这同样适用。

区块链上交易传统资产的实例研究

4.3原型

为了开发原型,我们使用整体部署框架(Truffle 2017)。Truffle(2017)支持开发过程的所有步骤,包括测试和部署,并负责在以太坊中使用智能合约所需的样板代码。

为了便于访问,我们将原型实现为Web应用程序,可以通过任何启用了以太坊的浏览器(例如Mist(2017))通过URI访问,或者在访问URI时手动运行本地以太坊客户端。图4显示了在完成交易之前的Web应用程序的快照。为了改善隐私并提高可用性,我们为与系统交互的不同方提供特定的用户界面,即买方和卖方,政府机构和第三方。从实际角度来看,我们在Web应用程序中将接口实现为三个不同的视图:汽车注册视图,注册查找和个人视图,从中可以检索,提供和交易其拥有的汽车。

为了降低交易风险,我们将交易流程分为以下四个步骤,并实施两个内置的保护机制:

第一步,我们匹配买卖双方,并协商他们的交易条款。为了降低复杂性并提高系统性能,原型中未实现买卖双方匹配和定价。相反,买家和卖家必须找到彼此,并在现实世界中进行谈判(off-chain链下谈判)。

区块链上交易传统资产的实例研究

在第二步中,在他们成功达成协议后,卖方可以通过市场合约与买方联系,并通过调用extendOffer()提供销售汽车的链上(on-chain)报价。为此,他或她通过网络界面登录DMR区块链系统,并通过指定买方的地址(他的公钥和价格),向潜在买方发送一个要价(extendOffer())。公钥是一个哈希值,其表示区块链上买家唯一的地址或帐号数字。在实际设置中,公钥将连接到个人或公司ID,使个人和公司实体一样能够买卖汽车。在卖方发起要约之后,买方有可能通过 唤起acceptOffer()接受它或不做任何事情,即不接受要价。在接受的情况下,买方签订托管协议并且acceptOffer()会检查他或她是否有足够的资金,从他或她的账户中提取约定的价格,将其存入市场,并通知卖方要价被接受。在第二种情况下,卖方可以通过revokeOffer()方法撤销要价(offer)。这是防止提供与之前的脱链协议不同报价的第一个保障措施。
在第三步中,交易双方亲自会面并脱链(off-chain)交换物品。然而,实际的所有权转让尚未发生。要进行此转移,买方和卖方必须通过调用completeTransaction()来返回区块链以完成交易,在转移资产所有权的同时将之前存入的资金释放给卖方。更具体地说,completeTransaction()同时将钱存入卖方的账户并将所有权证书转让给买方。根据该过程,车辆自动注销并重新注册DMR。

如果在(见面)会议期间发生任何问题,例如,如果汽车不具有先前宣传的品质,那么abortTransaction()可以中止交易,给买方赔偿钱,并取消交易。这是第二个保护机制,在第四个也是最后一个步骤中,各方都有办法取消交易并通过各自调用revokeOffer()和abortTransaction()来退出协议。中止或撤销交易将取消offer,将存入市场的资金转回买方,并停止转让所有权。值得注意的是,资产所有权的实际转移和支付包括两腿交易流程(two-legged transaction process)的最后一步,并最终解决了交易。在这两种情况下,offer都会在之后被删除。因此,双方都有机会通过使用第二步和第四步中的交易保护措施来中止不必要的,无意的或错误的交易(研究问题1)。

为了更详细地说明交易过程,图5和6分别描述了在交易过程中成功交易的调用顺序和不同的系统状态。

最终,交易数据不可变地存储在区块链中,并且公开可见,执行透明(研究问题3),同时为交易方以及SKAT和其他相关利益相关者提供完整和一致的所有权记录(研究问题2) 。结合继承区块链的透明度,我们的市场设计可以全面了解已发行的车辆,其现有车主及其历史,从而有助于减少二手车市场中的信息不对称。

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自2008年推出以来,区块链技术已经超越了其在加密货币中的应用,现在正准备改变众多商业应用,包括价值链和供应链,商业模式和市场结构。这项工作遵循设计科学研究,以指导基于区块链的概念验证,原型的实施,该原型能够实现汽车等现实资产的自动交易,并提供市场参与者,官方和其他第三方有效,透明和不可变的车辆历史记录。

5评估

在第4节中引入的概念验证原型。 实现了自动化和安全的注册和交易过程。该系统在以太坊上运行,并允许用户调用DMR合同在DMR市场上任何其他可以注册和授权的用户安全地注册(发布)和交易车辆。总的来说,我们为第2节中提出的所有三个研究问题提供了解决方案,同时DMR的用例突出了我们的IT工件(IT artifact)的质量,功能,完整性和有效性。此外,4.2节中引入了通用软件架构和市场框架,确保我们的工件的实用性和提供的价值超出特定用例。为了更详细地评估原型的效用和功效,我们还进行了广泛的结构(White Box)和功能(Black Box)测试(Hevner et al. 2004).

在第一步中,我们使用Chai Assertion Library(http:// chaijs.com /)以及之前介绍的Truffle(2017)框架在JavaScript中进行各种单元测试。 Chai是一个JavaScript库,可以创建单元测试,并允许在每个测试方法之前进行测试设置和拆卸。在结构测试中,我们创建了大约1500行代码并进行了46次单元测试,以验证市场,可交易和令牌的正确性。更具体地说,测试旨在评估每个公共方法在使用正确的输入序列调用时是否按预期运行(有关调用有效序列的示例,请参见图5),并确保系统在状态更改期间正常运行。

在第二步中,在DMR的使用案例中发布,购买和销售汽车的场景用作功能测试环境并且说明工件的执行。这样,我们的目标是检测任何故障或在基本市场、DMR扩展和 web 应用程序中的潜在缺陷。

此外, 在测试场景中执行我们的原型, 可使完成交易的平均计算成本等于403,000 汽油(gas)。由于在我们的设置中,一个区块积累了大约 3, 140, 000 gas, 假设区块链只用于汽车的交易, , 我们的系统可以处理每个块多达8个交易。如果我们将平均延迟 (即块创建时间) 设置为 30秒, 我们的原型每天最多可以处理 22, 439 笔交易。总体而言, 该原型解决了与汽车二手交易相关的透明度和数据不一致问题, 并说明了基于区块链的交易系统方法如何通过引入escrow-like 的智能来帮助降低交易风险合同。此外, 它还允许第三方通过观察者模式进行整合, 并通过区块链的透明性质消除不利的选择效应和信息不对称。

6讨论

第4节介绍的IT 工件引入了一种新的方法来管理现实世界中的资产登记册, 方法是将注册证书转换为由区块链管理和维护的独特的数字资产。我们的系统允许用户注册车辆, 并与任何其他授权用户安全地交易注册车辆。交易完成后, 交易的车辆将会自动在DMR取消注册,再重新注册。因此, 登记系统向潜在买家、政府机构和其他第三方提供了每辆车交易历史的完整和正确的记录, 而没有任何机构参与。

数据块的及时捕获了过去的交易的顺序, 并加密互连,为数据不可变性奠定了基础, 这对于确保数据完整性和历史记录的有效性至关重要。结合下放一致的权力, 交易数据正确性的责任从中央机构转移到受不对称分布信息影响最严重的利益攸关方者。通过这种方式, 我们的系统起到了透明的作用,确保提供完整、有效和公开的车辆历史记录和过去所有权变化的记录, 从而披露以前的私人信息。更具体地说, 由于区块链交易是公开的, 汽车的潜在买家能够查阅每辆车的历史, 从而可以提高他们对潜在购买(的东西的)质量的评估。此外, 系统内的任何一个参与者都不需要得到信任, 因为条目是根据一致同意的协议储存的, 之后不能改变。

此设置的一个明显限制是受信任的第三方提供检查、维修或修改后提供特定车辆的信息。这种依赖重新引入了欺诈的可能性, 并为车辆特征提供者提供了与当前车主勾结提供错误信息的机会。因此,交易过程之外的所有操作都不是完全安全的,任然存在有人插入有关车辆特征的损坏信息的残余风险。

虽然该系统无法防止这种类型的欺诈行为, 但提供无篡改的历史记录限制了欺诈者传播虚假车辆数据的能力。特别是, 如果系统中存在一定的诚实节点, 遍历交易历史使潜在买家和政府机构能够发现欺诈造成的不一致, 如里程操纵。这些不一致可能会成为向买方发出的信号, 表明车辆质量很低。此外, 对第三方信息的依赖仅限于车辆特征, 而汽车保有量记录仍未受到影响, 因此仍为质量评估提供了宝贵的数据。

处理欺诈问题的另一个方法出现在区块链技术和物联网的结合上 (Zhang and Wen 2017)。在我们的用例中, 物联网可以免除受信任的第三方的数据提供职责, 而是让智能汽车直接向注册系统报告其状态和变化。这样, 数据的提供就可以以自动化和加密安全的方式进行 (chredis and devetsikiotis 2016)。然而, 这种方法的一个先决条件是车辆确定其目前状况并向区块链报告其现状的技术能力。

从用户的角度来看, 买家、卖家和其他方通过 web 应用程序访问系统, 交易由智能合同指定的算法过程进行。这样, 使用不足和误解就会降到最低(Beck et al. 2016), 因为人类行为的方向是由部署的算法决定的。此外, web 应用程序还为每个利益相关者提供特定用户的视图, 并提供足够的信息可视化,来帮助利益相关者对数据的理解。

总之, 这些措施旨在通过消除相互作用的各方之间的信息不对称分布, 最大限度地减少买方对交易对象特点的不确定性, 减少逆向选择对市场效率的影响。

除了这些使用具体案例的考虑, 区块链技术, 特别是以太框架仍然是新兴的技术, 因此面临着一些技术挑战和限制。

当今区块链的一个主要问题是可伸缩性。根据块的大小和块创建间隔, 实际吞吐量 (以每秒执行的交易数) 是有限的, 并且交易的执行可能会在交易负载较高的情况下延迟 (Gervais et al. 2016)。在dmr 的用例中, 重点放在每个时间间隔内数量有限的车辆的不频繁交易上,因此可伸缩性问题不会对这一特定用例产生重大影响。但是, 对于其他用例, 因该考虑可伸缩性问题。如果我们将交易系统应用于更大的市场设置 (如德国汽车市场) 或不同的场景, 有限的可伸缩性、延迟问题和查询延迟会是一个采用加密交易的一个令人望而却步的受限系统。此外, 随着分布式分类帐积累交易(进行中的),它会随着时间的推移而不断增长, 从而占用越来越多的磁盘空间。

然而, 这些制约因素很可能是暂时的, 随着区块链技术的成熟, 可以通过进一步改进目前的协议和新协议的发展来解决这些制约因素 (glaser 2017)。

区块链上交易传统资产的实例研究-part 6

自2008年推出以来,区块链技术已经超越了其在加密货币中的应用,现在正准备改变众多商业应用,包括价值链和供应链,商业模式和市场结构。这项工作遵循设计科学研究,以指导基于区块链的概念验证,原型的实施,该原型能够实现汽车等现实资产的自动交易,并提供市场参与者,官方和其他第三方有效,透明和不可变的车辆历史记录。

除了技术限制外, 使用的 ethereum 框架等公共区块链也会对数据隐私产生负面影响。为了考虑到这些隐私问题, 我们提出了一个在链和脱链(on- and off- chain )储存模式 (Xu et al. 2016; Zyskind et al. 2015), 用于车辆专用和个人信息, 并建议以哈希为基础表示个人和公司身份证。此外,市场参与者通过用户特定的接口访问数据库, 从而接收反映不同隐私级别的不同信息。结合允许的区块链权限设置, 限制了授权 id 要求的越权访问(the requirement of an authorized ID restrictsunauthorized access), 并确保最低限度的数据保护。

由于其原型特性,比特币或其他加密货币以外的基于现实世界的区块链系统的缺乏, 以及已建立的it 系统的多样性, 评估我们系统的实际大规模适用性仍然具有挑战性。然而, 为了提供一个总的方向, 我们提供了集中和分布式数据库的抽象和简短的区别, 并在以下段落中指出了区块链技术的优势。

在集中式数据库中, 数据存储在一个物理位置, 用户通过接口访问存储的数据。因此, 集中式数据库提供了轻松的数据管理和维护、高性能并保持可扩展性。另一方面, 集中化将安装和维护成本集中在数据库提供商身上, 增加了停机和数据丢失的风险, 并要求用户信任管理运营商(Elmasri

and Navathe 2015; Connolly and Begg 2015)。

在分布式数据库中, 存储和处理单元是单独保存的, 数据存储在多个位置并在相互联系, 用户通过网络访问数据库。若要更新节点和维护数据库, 数据在网上需要被重复复制。分布式数据库系统的核心优势是持续可用性和更高的可靠性、轻松的数据恢复以及模块化增长的灵活性。然而, 这些优势的代价是高度复杂、(不断)增加的处理开销以及数据完整性暴露在不一致之处 (Elmasri and Navathe 2015;Connolly and Begg 2015)。

基于区块链的系统结合了系统和数据库的特性,从而提供了一个具有弹性的分布式数据库, 通过所有节点的协商一致确保数据完整性, 从而为多方提供了一个可靠的数据库。特别是交易历史相互联系的各方和其他相关利益相关者的独立审查的开放性, 最大限度地降低了重复、错误和数据不一致的风险。在区块链基础设施上建立登记册系统利用了这些关键属性, 并满足了现代登记册的主要要求, 其中包括完整性、可用性、可访问性、高效读取和不可变性(Tran et al. 2017)。

为了提供一个超出登记册用例的方向, 我们还提出了三个先决条件, 可以说, 基于区块链的系统应该满足这些先决条件, 以可能构成对传统方法的改进。

首先, 由于其分布式性质和综合共识机制, 区块链技术提供了一种概念方法, 可以在公共和匿名设置中管理多方交易, 而无需中央(机构)的参与。因此, 这些系统具有缓和代理人之间冲突和利益能力。如果利益冲突为参与真相启示过程(the truth revelation process)提供了强烈的内在动机, 我们也可以抛弃加密货币中普遍存在的货币激励的观念。

其次, 我们建议利用区块链作为一种方法, 减少对不对称分布的信息的暴露, 并将其作为一个工具箱来感知和应用, 以促进提供、验证和传播交易历史。因此, 如果至少有一方与私人信息有关, 就无法从透明度的提高中获利, 那么, 基于区块链的系统的好处仍然有限。

第三, 作为分布式系统,区块链技术允许多方在不影响数据完整性的情况下对共享数据库进行书面访问。然而, 要使这些好处生效, 用例需要至少由两个具有对系统的书面访问权限的冲突方组成。如果只有一方有写入访问权, 就不需要达成共识, 因此, 有写入访问权的一方只是相当于中央机构。

如果我们将这些先决条件映射到 DMR用例中, 我们发现这三个条件都得到了满足: 第一, 买卖双方之间会出现利益冲突, 因为卖家不想透露他们的私人信息, 而买家则想了解关于市场上汽车的真正质量。此外,多边市场环境和动态交易过程要求所有有关方,(要)向该系统提供数据。

7结论

本研究中开发的概念验证原型旨在用替代办法取代官僚公共登记处, 并说明基于区块链的现实资产交易系统可能是什么样子。此外, 它还强调了区块链如何发挥透明度的作用, 以不完善的信息缓解市场的低效率。从技术角度来看, 我们提供了一个管理二手车所有权转让的平台, 并从本质上向交易方、政府机构和其他第三方提供可靠和完整的车辆历史记录。为了实现原型, 我们采用了面向对象的软件工程方法, 该方法便于理解, 并允许研究人员和从业人员超越交易汽车的用例, 将交易系统应用于其他资产,交易市场设置和注册系统。

除了其实际相关性外, 我们的研究对学术研究的贡献有三个方面: 第一, 我们引入了一种机制来降低基于区块链的交易不可逆转性所带来的交易风险。其次, 我们用一个无信任和自主的交易数据库系统取代了基于信任的、集中式和官僚式的登记册, 该系统提供了一个安全的注册和交易过程, 而不需要中央管理机构。第三, 我们提出了一个新的解决方案概念, 通过提供可靠、透明和完整的每个资产历史记录, 减少柠檬市场质量的不确定性和由导致的逆向选择效果。

为了降低复杂性并专注于手头的研究问题, 我们进一步放弃了第三方服务和官方流程的集成, 如汽车检查或重建许可。但是, 随着原型的成熟, 这些功能和其他功能可能会包含在未来的版本中。

除了上述优点外, 应用技术仍处于早期开发阶段, 并面临一些挑战, 如可有限的扩展性和隐私问题, 尚未完全掌握。此外, 用户需要信任操作算法 (lustig and nardi 2015) 的正确性和准确性, 受信任的第三方提供有关资产的信息仍然是一个重要的先决条件。但是, 这一规定仅限于在检查、修理、改装或事故后更新车辆特有的信息。交易过程完全在链上进行, 因此生成事务历史记录不需要任何第三方集成。在一定程度上, 这种信任问题可能会通过物联网的集成来解决–至少在汽车的情况下如此–传感器提供所需的数据(Gubbi et al. 2013)。

无论这些问题如何, 我们的原型都为将区块链技术应用于公共注册和交易系统领域提供了有效的第一步, 并说明了这种方法的机遇和挑战。

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