支付系統：分布式賬本環境中的流動性節約機制_DLT

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：

萬事達卡新加坡子公司申請基于Iota Tangle的支付系統專利:金色財經報道，萬事達卡新加坡子公司已向美國專利局申請了一項專利，其中詳細介紹了一種使用硬件設備的支付系統，并特別提到了Iota(MIOTA)的Tangle技術。該專利的聲明提出了一種按需付費的系統，該系統使用“透明數據存儲系統和聚合”。但該專利沒有提及Iota網絡或其代幣，因為該系統也可以在私人環境中使用。[2020/8/27]

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。

日本JCB與TECHFUND合作研究基于區塊鏈的可持續支付系統:總部位于日本的全球支付網絡公司JCB Co.,Ltd.與技術加速器公司TECHFUND Inc.簽署了戰略合作協議，以共同研究使用區塊鏈構建可持續的支付系統。基于TECHFUND包括STO和staking在內的區塊鏈技術，雙方將共同研究將有助于解決支付領域各種問題的支付平臺。（Scoop）[2020/6/1]

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。

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。

聲音 | 歐洲央行執委：Libra在歐盟不會是值得注意的支付系統競爭者:歐洲央行執委科爾表示，Facebook（FB.O）旗下加密貨幣Libra在歐盟不會是值得注意的支付系統競爭者。（金十）[2019/9/26]

基于簡單智能合約的結果如下：

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。

動態 | 韓國K-star集團計劃在日常生活中引入基于區塊鏈的支付系統:據韓國中央日報消息，韓國K-star集團計劃在全國范圍內推廣其去年推出的基于區塊鏈的結算系統“starpay”，擴大其服務范圍，將在日常生活中引入基于區塊鏈的支付系統。[2019/1/19]

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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