建立信任需要时间：基于区块链的套利限制

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英文标题：
《Building Trust Takes Time: Limits to Arbitrage in Blockchain-Based
  Markets》
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作者：
Nikolaus Hautsch, Christoph Scheuch, Stefan Voigt
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最新提交年份：
2021
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英文摘要：
  Distributed ledger technologies replace central counterparties with time-consuming consensus protocols to record the transfer of ownership. This settlement latency slows down cross-market trading and exposes arbitrageurs to price risk. We theoretically derive arbitrage bounds induced by settlement latency. Using Bitcoin orderbook and network data, we estimate average arbitrage bounds of 121 basis points, explaining 91% of the cross-market price differences, and demonstrate that asset flows chase arbitrage opportunities. Controlling for inventory holdings as a measure of trust in exchanges does not affect our main results. Blockchain-based settlement without trusted intermediation thus introduces a non-trivial friction that impedes arbitrage activity.
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中文摘要：
分布式账本技术用耗时的共识协议取代中央交易对手，以记录所有权转让。这种结算延迟减缓了跨市场交易，并使套利者面临价格风险。我们从理论上推导了结算延迟引起的套利边界。使用比特币订单和网络数据，我们估计平均套利边界为121个基点，解释了91%的跨市场价格差异，并证明资产流追逐套利机会。控制库存作为衡量交易所信任度的一种手段，并不影响我们的主要结果。因此，没有可信中介的基于区块链的结算引入了阻碍套利活动的非平凡摩擦。
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分类信息：

一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Trading and Market Microstructure        交易与市场微观结构
分类描述：Market microstructure, liquidity, exchange and auction design, automated trading, agent-based modeling and market-making
市场微观结构，流动性，交易和拍卖设计，自动化交易，基于代理的建模和做市
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：General Finance        一般财务
分类描述：Development of general quantitative methodologies with applications in finance
通用定量方法的发展及其在金融中的应用
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PDF下载：
--> Building_Trust_Takes_Time:_Limits_to_Arbitrage_in_Blockchain-Based_Markets.pdf (764.39 KB)

2022-6-11 05:39:23 上传

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关键词：套利限制 需要时间 Quantitative Applications Technologies

建立信任需要时间：基于区块链的市场套利的限制*尼古拉斯·豪奇（Nikolaus Hautsch Christoph Scheuch Stefan Voigtf）2021年2月8日，分布式账本技术用时间约定协议取代中央交易对手，以记录所有权转让。这一和解延迟了跨市场交易，并使套利者面临价格风险。我们从理论上推导了结算延迟引起的套利边界。利用Bitcoinorderbook和网络数据，我们估计了121个基本点的平均套利边界，解释了91%的跨市场价格差异，并证明资产流追逐套利机会。作为交易所信任度的衡量标准，控制库存不会影响我们的主要业绩。因此，没有可信中介的基于区块链的结算引入了阻碍套利活动的非平凡摩擦。JEL代码：G00、G10、G14关键字：套利、区块链、市场摩擦*Hautsch就读于维也纳大学统计与运筹学系、维也纳大学研究平台数据科学、维也纳金融研究生院（VGSF）和金融研究中心（CFS）。Scheuch就读于wikifolio Financial Technologies，Voigt就读于彭哈根大学经济系和丹麦金融研究所。通讯作者：stefan。voigt@econ.ku.dk.

我们感谢Bruno Biais、Sylvia Fr¨uhwirth Schnatter、Sergey Ivliev、David Easley（讨论者）、Katya Malinova（讨论者）、Fahad Saleh（讨论者）、Peter Zimmerman（讨论者）、Viktor Todorov（讨论者）以及QFFE 2018、与R共同举办的第一届金融数据科学国际会议、第四届康斯坦茨兰开斯特金融和经济计量研讨会的与会者，Crypto Valley区块链会议2018、HFFE 2018、CFE 2018、CUNEF、海德堡大学、维也纳大学、格拉茨大学、第二届多伦多金融技术会议、2019年高维时间序列HVIENNA研讨会、2019年市场微观结构和高频数据会议、2019年FIRS会议、2012年SoFiE会议、，新加坡国立大学的信息管理系统、第三届安全微观结构会议、2019年EFA年会、2019年维也纳数学金融大会、2019年Intech&Financial Data Science国际会议、第四届金融计量经济学国际研讨会、2019年CFM帝国研讨会、，2020年西方金融协会会议和NHH青年学者金融网络研讨会系列，以获取有用的意见和建议。本文取代了早期的一份题为“随机结算延迟市场套利限制”的草案。1简介每当两位投资者寻求就金融合同达成一致时，如果任何一方可能违约，则交易对手风险将受到损害。减轻这种风险需要可靠的中介来保证初始合同条款的执行。传统股票市场通过围绕受信任的中介组织交易过程，克服了交易对手风险带来的限制。

通常，中央结算交易对手在从贸易协议到通过证券托管机构合法转让所有权（通常需要两到三个工作日，如SEC，2017年）期间承担交易对手之间的所有交易对手风险。由于交易过程和结算过程在时间上的分离，交易者不必等到所有权的合法转让完成，而是可以在未结算头寸上继续交易。市场参与者通过费用和抵押存款支付针对交易对手风险的隐含保险。相比之下，区块链等分布式账本技术有望减轻交易对手风险，同时使受信任的中介机构过时。在这样的系统中，分散的验证器彼此交互，以建立关于交易历史的共识。共识协议作为监管框架，规定了验证者达成协议的方式、达成协议的速度以及如何激励验证者进行合作。分布式共识协议的设计可以采取不同的形式，以确保交易历史的可靠记录。最广为人知、应用最广泛的共识机制之一是工作证明，其中验证过程涉及大量计算工作量，因此破坏成本高得令人望而却步（例如，Biais等人，2019年）。由于工作证明系统通常在几分钟内达成共识，区块链技术大大加快了结算过程，而不是有中央结算的市场。然而，在验证器将所有权转移记录在分布式账本上之前，市场参与者无法处置新获得的头寸。这样，交易和结算就有着千丝万缕的联系。

我们将交易生效前的等待时间称为结算延迟。这种结算延迟比传统市场中的执行延迟大几个数量级，因为验证过程的复杂性是确保distributedledger可信所必需的，这需要关键的时间。本文的目的是证明结算延迟，即工作证明共识机制的固有特征，构成了经济上重要的摩擦。我们表明，由于套利者无法快速交易以利用跨市场价格差异，结算延迟会导致在没有受托中介的情况下限制套利。因此，违反一价法的行为可能会出现并阻碍证券的定价。从经验上看，我们提供了令人信服的证据，证明比特币（在区块链上结算的最受欢迎的资产）对美元违反了一价法。通过我们的样本（2018年1月至2019年10月），120对交易所之间的平均价格差异约为33个基点，因此在经济上非常重要。正如Choiet等人（2018年）、Borri和Shakhnov（2019年）以及Makarov和Schoar（2020年）所报告的那样，这些价格差异持续存在，没有被交易掉，并且（正如我们在本文中所显示的）不能仅与交易成本、资本控制或其他交易所规范相协调。我们表明，观察到的价格差异与风险规避套利者的决策问题产生的套利边界相一致。我们对一个套利者的交易决策进行建模，该套利者监控两个不同市场的价格，但面临结算能力，这限制了她利用两个市场之间同时存在的价格差异的可能性。

每当她在一个市场上购买（以当前价格），她必须等到资产转让生效后才能在另一个市场上出售。因此，这种转移的潜在风险使套利者面临不利价格变动的风险。因此，如果价格差异足够大，以补偿结算期内的价格风险，则风险规避套利者只能利用（同时发生的）价格差异。因此，低于这些界限的价格差异可能持续存在，因为套利者不进行交易是合理的。我们在相当一般的假设下提供了套利边界的封闭式表达式，并表明它们随着（i）卖方市场的波动性，（ii）预期结算延迟，（iii）结算延迟的方差和（iv）RBITRAGEUR的风险规避而增加。我们对套利界限的描述还考虑了交易成本和最佳选择的结算费用，这些费用激励验证者更快地进行验证（例如，Easley et al.，2019）。2018年1月至2019年10月期间，以比特币兑美元交易为特征的16家交易所的订单中的分钟级数据，使我们能够在考虑交易成本的情况下，检测每对交易所之间的潜在套利机会。此外，我们还收集了有关比特币网络的全面信息，包括从进入比特币网络到将其纳入区块链（即结算）的每一笔交易所需的时间。利用这些信息，套利边界的估计取决于三个因素。首先，我们基于分钟级最佳报价构建了交易所特定现货波动率的估计值。

其次，我们根据影响结算延迟的网络和交易特定特征，将延迟分布参数化为条件伽马分布。第三，根据现有文献，我们选择了一个等弹性效用函数，该函数具有外生的相对风险厌恶系数。相对风险厌恶度为2的平均估计套利区间为121个基点。这一规模构成了经济上高度重要的摩擦，可能解释了一价定律的严重扭曲。我们发现，在所有观察到的基于市场最佳出价和询价的同时价格差异中，有84%在这些范围内。此外，对交易成本进行调整后，界限甚至包含观察到的价格差异的91%。等效地，我们表明，解释所有观察到的并发交叉交换价格差异所需的平均隐含相对风险厌恶为17。与资产定价文献（如Hansen和Singleton，1982；Chetty，2006）中相对风险规避系数的现有估计值相比，该估计值较高，并表明存在额外的市场摩擦，因为结算延迟和交易成本不能完全解释所有（明显的）套利机会。在假设交易者不可能绕过结算延迟的情况下，我们推导了套利边界。从这个意义上讲，我们考虑了在没有任何可信中介的纯分散系统中，或在中介成本过高或风险过高的情况下，发生的任意边界的基准情况。

因此，这些界限反映了套利者在基于区块链的市场中所面临的经济摩擦（以基点上套利界限的大小来衡量），也就是说，当通过分散共识协议组织交易而没有可信的第三方中介时，套利者所面临的经济摩擦。然而，由于验证过程成本高昂且耗时，加密货币交易所本身发挥了巨大作用，能够绕过区块链上交易的直接结算。一方面，它们将内部执行的事务进行净额结算。因此，交易者只面临提款或存款的结算延迟。另一方面，交易场所建立了与清算所非常相似的快速私人交易所间结算网络。从这个意义上讲，典型的加密货币交易所例如，自2018年10月以来，Blockstream公司向主比特币区块链运行一个私有侧链，连接多个交易所，并允许在不到2分钟的时间内在交易所之间转移资产。在纯无信任中介的前提下运营，但作为集中中介机构，使市场参与者能够克服内部执行交易结算过程中与延迟相关的摩擦。这些做法打开了两个主要渠道来利用跨市场价格差异，而不会面临结算延迟：卖空或在多个交易场所同时持有库存。然而，这种在区块链上的集中形式显然破坏了纯粹分散系统的最初想法，并重新引入了交易对手风险：为了使内部结算可行，交易所需要充当其客户资金的保管人，并要求在接受订单交易前全额保证金存款。

因此，跨市场套利者不可能在验证者核实其存款之前处置其头寸。同时，进行内部结算的交易所会给交易员带来违约风险。因此，需要大力（重新）建立作为集中中介机构的可信度，这是克服结算延迟相关摩擦的先决条件。此类信托增强程序的例子包括提高托管下实际加密货币持有的透明度，实施资金偿还因违反安全规定而造成的损失，或遵守严格的监管标准，如SEC比特许可证。值得注意的是，现代加密货币交易所的安全标准与结算延迟直接相关，因为大多数交易所在认为传入交易有效之前，不仅需要一次确认，还需要多次确认。这降低了所谓的双倍支出攻击的风险，即攻击者试图在不同的交易中花费两次资金。因此，我们样本中的一些交易所需要多达5次额外确认，这大大增加了结算延迟，从而增加了隐含的比特率界限。我们估计，每增加一次确认，产生的套利界限平均会增加7个基点。因此，为了使内部结算值得信赖，交易所需要在跨市场交易中增加大量额外成本。因此，我们的论文揭示了基于区块链的市场的固有困境。虽然受信任的中介机构能够克服潜在摩擦，但区块链的基本理念是不受信任。

因此，现代加密货币交易所很难对交易所及其客户的效率收益建立信任：据报道，2019年10月31日比特币对美元的交易额超过250亿美元（根据数据提供商CoinMarketCap）。同一天，价值仅9.13亿美元（不含变动）的比特币交易在区块链上得到验证。Biais等人（2019年）记录了比特币交易所50多起黑客攻击和其他损失，并发现加密货币投资者的预期回报反映了这些风险。承诺不可信任的世界。然而，建立中央集权市场作为可信的中介机构并不是促进区块链市场交易的唯一可行方法。相反，鉴于加密货币市场主要不受监管，分散融资（DeFi）协议值得注意。DeFi协议使用区块链上的智能合约，在没有任何中央金融中介的情况下，在中央交易所进行交易（例如，Harvey等人，2020年）。虽然此类协议使可信中介过时，因为每一笔双边交易都只在分布式账本上直接结算，但由于本文强调的结算延迟，交易将受到定价的影响。平台特征（以及由此产生的摩擦）最终占据主导地位，这仍是一个悬而未决的问题。为了根据这些发展分析套利界限的作用，并获得交易所的信任代理，我们使用glassnode平台的数据从公开可用的锁链中提取加密货币交易所托管下的比特币持有量。我们记录到，在我们的样本结束时，加密货币交易所托管的比特币超过124亿美元，比2018年初增长了25.8%。