01.12 區塊鏈上交易傳統資產的實例研究

產業智能官

致遠博士 格密鏈

區塊鏈上交易傳統資產的實例研究—Part 1

自2008年推出以來，區塊鏈技術已經超越了其在加密貨幣中的應用，現在正準備改變眾多商業應用，包括價值鏈和供應鏈，商業模式和市場結構。這項工作遵循設計科學研究，以指導基於區塊鏈的概念驗證，原型的實施，該原型能夠實現汽車等現實資產的自動交易，並提供市場參與者，官方和其他第三方有效，透明和不可變的車輛歷史記錄。

本研究對現有研究的貢獻有三個：首先，它引入了一種內置的機制（built-in mechanism），來降低基於區塊鏈系統中交易的不可逆性而導致的交易風險。其次，它用一個包含安全註冊和交易過程的無篡改和自治交易數據庫系統取代了基於信任，集中和官僚的註冊。第三，它提出了一種新方法，通過提供每種有價資產歷史的可靠，透明和完整的記錄來減輕檸檬市場的逆向選擇效應。

總的來說，本文的研究結果說明了基於區塊鏈的系統的潛力，同時也突出了商業應用的技術缺陷和挑戰，例如可擴展性或隱私問題。

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1.Introduction簡介

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區塊鏈經常被稱為二十一世紀的技術創新，可以說它具有可能重塑和破壞過多的經濟活動。自2008年推出以來（Nakamoto 2008），在沒有任何中央權力的情況下管理和維護的分佈式數據庫的概念，最近已經超越其作為加密貨幣驗證機制的用途，並且正在向廣泛的商業應用領域發展。今天，“信任機器“（Economist 2015） - 基本上結合了分佈式數字分類賬，去中心化共識機制和加密安全措施 - 正準備通過實現新形式的價值鏈和供應鏈，連鎖店，商業模式和市場結構來徹底改變中介機構的作用。因此，無信任，透明和安全的交易系統（Beck et al. 2016），去中心化的資產管理方法，自主註冊系統（Fairfield2015）和不可更改的事件日誌的願景宣佈了組織結構和業務流程的顛覆性變化（ Glaser and Bezzenberger2015）。

在本文中，我們利用丹麥汽車登記處（Danish Motor Register ，DMR）的案例來提供記錄，管理和跟蹤汽車等實物資產所有權狀態的一種新方法。並開發，實施和評估基於區塊鏈的交易系統，其旨在取代中央機構成為可信賴的第三方。我們選擇丹麥作為技術先進國家和政府服務數字化的領跑者，來說明基於區塊鏈的系統在公共登記和交易系統方面的好處。我們與丹麥稅務機關（SKAT）合作，探索基於區塊鏈的汽車登記的潛力，並說明它如何能夠取代傳統的基於信任的，集中的和官僚的系統。

在此範圍內，我們的研究貢獻有三個方面：首先，我們引入了一種內置機制來降低與區塊鏈交易不可逆性相關的交易風險（Bo ¨hme et al. 2015）。其次，我們通過使用基於區塊鏈的替代方案（包括安全註冊和交易流程）來取代傳統註冊，來解決提供和維護完整且始終一致的公共車輛歷史記錄(public record of vehicle history)的挑戰。在此過程中，我們將說明如何使用自主且可能具有成本效益(PS:cost-efficient,成本效益,可以理解為划算)的事務日誌替換可能昂貴，基於信任，不完整且不一致的官僚登記（bureaucraticregistry）。第三，我們建議通過提供每種有價資產歷史的可靠，透明和完整的記錄來減輕二手商品或檸檬市場的逆向選擇效應（Akerlof 1970）。此外，我們的通用軟件設計引入了一個通用的事務框架，其中DMR用例(use case)從高級框架繼承其核心功能。這樣，我們將實際考慮因素考慮在內，因為通用系統設計允許擴展到其他資產並確保適用性超出汽車的使用情況。

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2. 基於區塊鏈的商業系統

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本節簡要介紹了基於區塊鏈的商業系統，概述了DMR用例，並確定了信息系統和經濟學領域跨學科交叉點的研究差距。

2.1文獻回顧

區塊鏈首先作為一種機制被引入，防止（被稱為）比特幣的點對點電子現金系統的雙重花費(double-spending)。基於Nakamoto（2008）的基本思想，區塊鏈協議通過將由按時間順序排列的，和加密互連的交易塊組成的分佈式數據庫與去中心化的共識機制和加密安全措施相結合，來提供了不可變的交易記錄（Glaser 2017）。這些元素的相互作用阻礙了潛在衝突的代理人之間傳播損壞的信息和緩和的摩擦(corrupted information and moderates frictions)，而無需中央管理機構或權威機構（Fairfield 2015）。結合智能合約（Szabo 1994），即由區塊鏈節點的對等網絡承載的虛擬機上運行的程序（Buterin 2013; Wood 2017），該技術已經超越了其在加密貨幣中的起源，並且正走向各種商業應用（Nofer et al，2017）。

由於具有非中介化的潛力及其調解和解決多邊衝突的能力，區塊鏈的破壞性影響不僅限於金融服務行業（Wo ¨rner et al. 2016），而是鼓勵討論各個行業的用例。潛在的應用包括去中心化的市場和應用平臺，公證服務（Wo ¨rner et al. 2016），數字身份證明和合法化（Wo ¨rner etal. 2016），數字版權管理系統（Fujimura et al. 2015），不可篡改的註冊管理機構(Fairfield 2015; Glaser 2017; Xu et al. 2017)，以及跟蹤（數字）資產所有權的交易系統(Fairfield 2015; Beck et al. 2016)。

從技術角度來看，共識機制可以創建新的塊，並允許代理在任何給定的時間點（Buterin2013）通過分散的時間戳自動地就交易的正確順序和共享系統狀態達成一致（Gipp et al.2015） 。但是，為了實施有效的調解機制，應用的共識方案需要根據手頭的具體用例進行調整：

在公共場合和匿名場景中，新塊的創建必須產生足夠的努力成本，以防止傳播損壞的信息。帶來的結果是，欺騙成本的增加減少了整個系統中存在衝突的信息（Lamport et al.1982），減輕了Sybil攻擊的風險（Dinger and Hartenstein 2006; Douceur 2002）。
在實踐中，諸如工作量證明（Nakamoto2008; Anderson et al. 2016），股權證明（Andersonet al. 2016; Kiayias et al. 2016）或空間證據（Atenieseet al. 2014; Dziembowski et al. 2015）人為地創建添加新塊的成本，從而阻止潛在的惡意節點篡改數據。不利方面，它們還會產生巨大的費用，例如電力形式(O’Dwyer and Malone 2014)，從而阻礙了系統的效率。

另一方面，在具有已知參與者的專用網絡中，不存在Sybil攻擊的威脅，並且不需要昂貴的衝突解決方案。因此，基於身份的識別方案(Bellareet al. 2009)，例如基於散列的用戶認證(Li et al. 2015)，提供了更有效的替代方案，其也允許不同級別的隱私。

總之，區塊鏈技術提供了一種分佈式軟件架構（Xu et al.2016），它沒有單點故障或集中治理的要求。因此，它實現了自主，透明，安全和無篡改的交易數據庫（Glaser 2017），降低了編寫合同的複雜性（Davidson等人，2016年），促進了具有成本效益的微交易(Beck et al. 2016)，並允許出現新穎的組織形式和商業模式（Glaser和Bezzenberger 2015）。

在此範圍內，Greiner and Hui（2015）引入了無信任系統的概念，並提出通過消除對信任的需求來解決對等系統中的信任問題。因此，代價高昂的信任建立機制，如可信中介，管理機構或人際信任，都被加密協議，分散式一致性算法和智能合約所取代(Greiner and Hui 2015; Glaser 2017).
Beck et al. (2016)將這一概念應用於基於區塊鏈的商業系統的觀點，並開發交易系統的概念驗證原型，“通過基於自我執行規則完成交易，實現無信任運營”（ Beck et al. (2016)。然而，無信任的概念仍然模稜兩可，因為有人可能會說，信任不會被替換，而是從中央機構或市場當局轉向算法（Lustig and Nardi 2015），最終控制代理人的互動（Maureret al.2013）。除了這種模糊性之外，理解分佈式賬本的技術協議和實施，分散的共識系統和分散的應用程序仍然很複雜Glaser and Bezzenberger 2015)，研究人員和從業者仍然很難充分發揮其潛力。

除了可用性問題之外，基於區塊鏈的系統仍然面臨著各種技術挑戰。

首先，由於其作為基於交易的系統的性質，智能合約應用程序不能觸發自身，而是需要某種形式的外部干預來執行（Glaser 2017）。其次，作為一種新興技術，基於區塊鏈的系統仍面臨各種技術限制，例如容量，延遲和查詢問題(Glaser 2017; Beck et al. 2016; Wo ¨rner et al. 2016)。第三，區塊鏈協議的技術結構存在一些缺點，例如51％攻擊的威脅(Nakamoto 2008; Bo ¨hme et al. 2015)，與部署的共識機制相關的成本增加(Brenig et al. 2016; Beck et al. 2016; O’Dwyer and Malone 2014)隱私問題(Kosba et al. 2015; Bo ¨hme et al. 2015)和交易風險(Bo ¨hme et al. 2015)。

交易風險涉及通過區塊鏈系統進行交易的不可逆轉性。結合分散的時間戳和塊的互連，交易的不可逆性確保了正確的交易順序，並且對於保護用戶免受雙重花費嘗試以及惡意代理傳播損壞數據至關重要。由此產生的數據不變性使交易方能夠信任所存儲的交易歷史的正確性。在錯誤交易或欺詐的情況下，比特幣或以太坊等當前協議的不可逆轉特徵仍然是未解決的問題，並且對於有價值的現實世界資產（例如汽車和證券）的交易構成了禁止性障礙。在所有條件相同的情況下，這會導致用戶更喜歡提供機制來撤消錯誤交易或通過強制回收交易資產的替代系統。

總的來說，我們採用Beck等人（2016）介紹的加密交易系統的概念。 將概念擴展到現實世界資產的鏈上傳輸，並制定以下第一個研究問題：

研究問題1：我們如何降低因區塊鏈交易不可逆轉而導致的交易風險，並仍提供有效的交易日誌？

區塊鏈上交易傳統資產的實例研究-part 2

自2008年推出以來，區塊鏈技術已經超越了其在加密貨幣中的應用，現在正準備改變眾多商業應用，包括價值鏈和供應鏈，商業模式和市場結構。這項工作遵循設計科學研究，以指導基於區塊鏈的概念驗證，原型的實施，該原型能夠實現汽車等現實資產的自動交易，並提供市場參與者，官方和其他第三方有效，透明和不可變的車輛歷史記錄。

2.2案例 - 丹麥汽車的生命週期

在其產品生命週期過程中，車輛及其所有者參與各種行政和官僚程序。這些流程包括各種步驟，例如汽車在汽車登記處的登記，徵稅和稅款的支付，維修，修改，檢查以及與貸款，租賃或保險公司的互動。最重要和最複雜的步驟之一是交易後的所有權轉移。

由於丹麥是一個小國，SKAT擁有並監督大部分行政和官僚程序，並提供相關的政府服務。更具體地說，DMR運行IT系統，處理車輛轉讓(transfers)中涉及的官僚程序，並在整個車輛的生命週期內提供可信賴的所有權記錄和車輛特定信息。因此，DMR數據庫可作為各種利益相關者（如所有者，經銷商進口商和廢料經銷商）以及政府機構（如運輸當局，警察部門），SKAT本身和其他第三方，如保險公司，銀行或租賃公司。

以下步驟和”圖1”詳細說明了車輛生命週期，並突出了SKAT，DMR和其他利益相關者的參與：

•進口和初始登記，由於丹麥沒有國內汽車製造商，所有車輛都是從外國生產商處獲取得。進口車輛在抵達時，都要在DMR註冊，進口商必須向SKAT支付徵稅和稅款。

•分配登記後，車輛將轉移到經銷商處，經銷商將其分配給新的所有者。隨著所有權狀態的變化，新的所有者以及保險信息需要報告給SKAT並存儲在DMR中。只有滿足所有要求，SKAT才會頒發車輛登記證書並授予道路批准。

•維護在其生命週期中，車輛會經歷各種維護程序，例如汽車檢查，維修或重建。為確保道路安全並保持車輛信息的正確記錄，DMR記錄這些維護活動和任何其他修改。

•所有權轉移，噹噹前所有者想要出售其車輛並且找到買方時，交互方需要通過同時交換車輛和協商的支付金額來結算其交易。為了最大限度地降低欺詐風險，DMR必須提供有關車輛歷史及其特徵的完整且有效的記錄。

•取消註冊和重新註冊所有權轉讓後，車輛需要重新註冊SKAT和DMR。只有當車輛被正確拆除並重新註冊，才能支付稅款和稅款，並且所有權的轉移都記錄在DMR中，SKAT頒發新的登記證書，使新的所有權狀態合法化並授予道路批准。

•最終報廢，車輛磨損或損壞並報廢。最後，所有者收到報廢證書，DMR註銷車輛。

在這些步驟中，SKAT涉及多個點，並在每個集成點面臨各自的挑戰，所有權的轉移是最關鍵的一個。此外，第三方服務（如金融或保險服務）的集成以及更新和維護集中式DMR數據庫需要進行重大的官僚和組織工作。
因此，集中式DMR數據庫的規模不斷擴大，導致複雜性增加，硬件，維護和轉換成本增加，性能下降(Connolly and Begg 2015; Elmasri and Navathe 2015).

研究問題2：基於區塊鏈的系統能夠通過提供有效，一致和透明的交易公共記錄來解決操作汽車註冊系統（如DMR）的挑戰嗎？

區塊鏈上交易傳統資產的實例研究-part3

自2008年推出以來，區塊鏈技術已經超越了其在加密貨幣中的應用，現在正準備改變眾多商業應用，包括價值鏈和供應鏈，商業模式和市場結構。這項工作遵循設計科學研究，以指導基於區塊鏈的概念驗證，原型的實施，該原型能夠實現汽車等現實資產的自動交易，並提供市場參與者，官方和其他第三方有效，透明和不可變的車輛歷史記錄。

2.3檸檬市場的逆向選擇

逆向選擇描述了一種情況，其中交互方將價值附加到交易對象的質量上，但同時擁有不同級別的信息。對於具有逆向選擇效應的市場，最著名的例子之一是Akerlof的檸檬市場（Akerlof 1970），其中不同質量的二手車在買賣雙方之間進行交易。

為了消除這種信息的不對稱分佈，潛在購買者使用啟發式方法評估其預期購買的質量，並嘗試根據先前的經驗，市場交易類似商品或賣家提供的價格信號從統計學角度估算器推斷汽車的特徵（Wolinsky 1983）。然而，儘管他們付出了努力，啟發式的準確性在雙邊或多邊市場結構中(market setups)降低，並且買方對汽車真實價值的瞭解通常仍然是不透明的，並且無法解決質量的剩餘不確定性（Genesove 1993）。

因此，均衡價格反映了市場上所有汽車的平均質量（Wilson 1980），好車和壞車以相同的價格出售，而只有賣家知道他們的真實特徵。

在這種彙集均衡中，低質量汽車（即檸檬）的賣家獲得的信息租金等於市場價格與汽車真實價值之間的差額，從而有動力進入市場。

另一方面，高品質汽車的擁有者將獲得負租金，因為他們的車輛的真實價值大於均衡價格，因此從市場中退出。最終，格萊欣法則（Gresham‘s Law）生效，檸檬驅逐出高質量的汽車（Akerlof 1970）。在一個連續的世界中，不同的質量水平產生了級聯效應，因為低質量的汽車不斷推出略微更好的汽車，直到沒有剩餘需求或供應並且市場崩潰.

然而，現實並不那麼極端，諸如Bond (1982), Hendel andLizzeri (1999), or Peterson andSchneider (2014)等研究表明，二手車的市場從未完全關閉，儘管存在信息不對稱, 交易量仍然很大。

這些發現的一個解釋是反制機構的發展（Akerlof 1970; Bond 1982;Genesove 1993），旨在確保最低質量水平。這些機構包括提供擔保，許可和認證，或引入品牌名稱。此外，在與重複交易的長期關係中，基於聲譽的機制可以作為一種約束機制（Genesove 1993）。

另一種解釋是，喜歡不同質量水平的駕駛員之間的有效分類的影響（Hendel et al.2005）。（Another explanation is the impact of efficient sorting betweendrivers who prefer different levels of quality）然而，由此產生的自我選擇效應僅適用於汽車的非功能性部件，例如車輛的外部狀況，而Peterson and Schneider（2014）發現，逆向選擇效應普遍存在於發動機或變速器等關鍵部件。

第三種解決方案，Tirole（2012）提出了政府幹預措施，旨在為擁有最強遺產資產的賣家提供支持，同時清理市場上最弱的資產。

第四個也是最後一個解釋僅僅描述了一種情況，即買方能夠獲得足夠的信息來充分估計汽車質量，來克服逆向選擇問題（Bond 1982）。

儘管效果有限，但所有這些反制措施（counteraction measures）都是昂貴的，因此可能會阻礙市場效率超出社會最佳水平（Bond 1982）。Gavazza等人的證據.（2014）支持這一概念，並指出與信息不對稱相關的交易成本對交易量，分配和低估值家庭福利的負面影響。同樣，Peterson and Schneider（2014）表明，逆向選擇效應對美國汽車二級市場的交易量和整體質量產生負面影響。

因此，我們遵循Pagano and Jappelli (1993),Jappelliand Pagano (2002), Djankov et al. (2007), Karapetyanand Stacescu (2014),他們確定了私人信息披露對市場效率和交易量的積極影響，並引入了基於區塊鏈的交易系統，旨在通過共享以前的私人信息來解決逆向選擇。

作為分佈式，公開可用，雙方共識和安全的分類賬本，區塊鏈有助於信息披露並阻止提供故意損壞的信息。由此產生的交易數據庫為所有市場參與者提供了每個車輛有效和透明的歷史記錄 - 同樣知情的買家和消息靈通的賣家 - 提高了不知情的買家接近汽車真實質量和價值的能力。從管理角度來看，交易系統承擔跟蹤所有權和車輛特徵變化的任務，在任何指定的時間及時提高數據庫的準確性和透明度。總體而言，我們建議利用區塊鏈作為現有機構的替代方案，一種公開披露車輛信息的新機制，從而減少二手車市場的逆向選擇效應（Lewis 2011）。

研究問題3：基於區塊鏈的交易系統可以提供什麼程度的可靠、有效和一致的交易記錄，從而減少檸檬市場中質量不確定性的影響呢？

3方法論：設計科學方法

為了指導我們原型的創建，評估和展示，我們利用了Hevner(2004)等人提出的設計科學研究（DSR）方法。 並在開發基於區塊鏈的交易系統的過程中遵循他們的指導方針。表1總結了我們的研究與Hevner(2014)等人的DSR指南的對應關係。

由此產生的IT工件是一個概念驗證原型，旨在用無信任，分散和自動化的替代方案取代傳統的註冊系統，並使用內置機制來防止不必要的交易。利用區塊鏈的核心功能，它還為多方提供了靈活，透明且有效的數據庫，例如汽車，政府機構和其他第三方的買方和賣方，通過共享以前的私人信息來減少信息不對稱。

為了確保工件的功效和效率，我們根據DMR的使用情況進行詳細的需求分析，並在建築階段的每次迭代中不斷重新評估系統（March and Smith 1995）。總體而言，我們通過擴展基於區塊鏈的IT工件開發的知識，為基於區塊鏈的商業系統的現有研究做出貢獻，提供瞭解決公共部門註冊管理機構效率低下的新方法（Fairfield 2015）。此外，我們超越了已知的概念，提出了一種新的逆向選擇效果解決方案 ，並通過在沒有中央機構或組織的情況下在無信任的設置中交易資產。

表1 我們的IT工件（IT artifact）與Hevner等人的DSR指南的映射關係。

指導原則

貢獻

設計成一個工件

我們研究的結果是一個概念驗證原型，它實現了一個基於區塊鏈的IT工件，它具有內置交易保護，可以糾正交易過程中的錯誤

問題相關性

我們的研究問題可以減少區塊鏈系統中固有的交易風險（研究問題1），減少公共登記系統中的低效率（研究問題2），以及解決二手商品或檸檬市場的逆向選擇風險（研究問題3）

評估設計

我們通過結構和功能測試評估和展示我們的原型的實用性，質量和功效(Hevner et al. 2004).此外，我們在DMR用例的不同場景中執行我們的原型，以測試和說明其功能

研究貢獻

我們研究的貢獻有三個方面：首先，我們擴展了基於區塊鏈的商業系統的知識，並通過提供了一種減少交易風險的內置機制(Bo ¨hme et al. 2015)，允許用戶取消不正確的交易。其次，我們採用無信任經濟系統的概念（Beck et al.2016）來討論DMR的使用案例，並引入一種新方法，一個無信任，可能具有成本效益，自治的交易系統，取代基於信任和集中的官僚機構。第三，我們通過共享透明，可靠，完整的車輛歷史和所有權記錄，減輕逆向選擇效應，消除買賣雙方之間的信息不對稱

嚴謹的研究

為了確保我們的研究的嚴謹性，我們採用了成熟的DSR框架，例如Hevner et al. (2004) Gregor and Hevner (2013), and March and Smith (1995)，指導我們的IT工件的創建和構建。此外，我們還包括專門用於支持基於區塊鏈的系統開發中的架構和結構決策的指南（Xu et al.2016; Glaser 2017; Walsh et al.2016）

設計為搜索過程(PS：大概意思是他們的工作像是不斷的搜尋，不斷的找到更好的)

為了發現引入的研究問題的有效解決方案，我們建立在基於區塊鏈的交易系統的現有文獻的基礎上，Beck et al. (2016), Nakamoto (2008), Buterin (2013), or Wood (2017)，並在整個開發過程中持續的評估和調整（Simon 1996）我們的IT工件（March and Smith 1995; Hevner et al.2004）

研究交流

為了最大限度地發揮我們研究的潛在影響並將我們的結果呈現給技術導向和麵向管理的受眾，我們根據Gregor and Hevner（2013）構建我們的工作，並利用DMR的用例來說明組織工件的開發和應用的來龍去脈。為了促進對面向技術的受眾的理解，我們提供了原型軟件體系結構，其實現邏輯，功能和應用程序來龍去脈的詳細描述。為了支持面向管理的受眾，我們進一步討論了潛在的業務問題以及相關的經濟理論。最後，我們通過討論原型的潛力和侷限以及未來的應用來證明我們解決方案的有效性

區塊鏈上交易傳統資產的實例研究-part 4

自2008年推出以來，區塊鏈技術已經超越了其在加密貨幣中的應用，現在正準備改變眾多商業應用，包括價值鏈和供應鏈，商業模式和市場結構。這項工作遵循設計科學研究，以指導基於區塊鏈的概念驗證，原型的實施，該原型能夠實現汽車等現實資產的自動交易，並提供市場參與者，官方和其他第三方有效，透明和不可變的車輛歷史記錄。

4.2軟件架構和市場計劃

為了滿足第2節中描述的要求，我們構建一個強大框架。 我們選擇面向對象的軟件工程方法，並按層次(結構)構建基礎智能合約。為此，我們首先定義一個跨結構框架的通用市場結構（如圖2所示），而原型的實現繼承其(跨結構框架的通用市場結構)核心功能。

通用設計採用兩層方法，將市場平臺與可在此平臺上交易的單個商品相結合。平臺和交易對象都由智能合約表示，它們實現不同的方法，功能和變量。市場合約充當託管代理，組織交易活動並定義交易過程。可交易合約代表實物資產，跟蹤其當前所有者，並允許所有權在成功交易後發生變化。

為了確保市場的可擴展性，我們採用了具有三個層次的層次結構，如圖2所示：Marketplace合約定義了接口並設置了方法和相應事件的最低要求，以實現上面指定的基本功能。StandardMarketplce實現了這些方法，構成了功能市場的基本實現。IndexedMarketplace通過一系列便利方法擴展了市場，允許市場上的報價被迭代索引。這樣，我們將接口，核心邏輯和便捷方法分開，增加框架的健壯性，使其適應不同的用例和場景，並確保不同模塊的可測試性。

此外，我們允許可交易合約的onTransferOwnership（）方法被覆蓋，從而允許在交易過程中具有邏輯性。（PS: logic to happen during the transaction process. 令人費解）這樣，我們的市場平臺允許在交易汽車之前實施各種背景調查，如果某些條件，如沒有獲得足夠的保險或足夠的資金，或交易一方不符合或者不遵守先前商定的條款，則授予放棄交易的可能性。
為了實現DMR市場（圖3），我們利用圖2所示的一般市場結構。DMR合同擴展了IndexedMarketplace，其中包含與DMR相關的業務邏輯，例如發佈車輛，在此之後具有能跟蹤他們的車輛所有權狀態的能力。為此，DMR合同持有已發行車輛的登記冊，其現有車主和各自的車牌。在市場上交易的汽車是通過車輛合同實施的，該合同擴展了車輛登記所需的可交易和補充屬性，例如唯一的車輛識別號（VIN）和其他車輛特定的細節。

我們使用基於令牌的傳統法定貨幣代表（如丹麥克朗）作為支付手段，而不是以太幣，以太幣是以太坊區塊鏈中使用的加密貨幣。這樣，我們就可以排除任何匯率風險。

但是，使用丹麥克朗需要第三方（例如中央銀行，商業銀行或信用卡公司）來支持或鎖定分配給買方區塊鏈賬戶的金額（Broadbent2016; Raskin and Yermack 2016）。當賣方想要從系統中提取他的回報時，這同樣適用。

4.3原型

為了開發原型，我們使用整體部署框架（Truffle 2017）。Truffle（2017）支持開發過程的所有步驟，包括測試和部署，並負責在以太坊中使用智能合約所需的樣板代碼。

為了便於訪問，我們將原型實現為Web應用程序，可以通過任何啟用了以太坊的瀏覽器（例如Mist（2017））通過URI訪問，或者在訪問URI時手動運行本地以太坊客戶端。圖4顯示了在完成交易之前的Web應用程序的快照。為了改善隱私並提高可用性，我們為與系統交互的不同方提供特定的用戶界面，即買方和賣方，政府機構和第三方。從實際角度來看，我們在Web應用程序中將接口實現為三個不同的視圖：汽車註冊視圖，註冊查找和個人視圖，從中可以檢索，提供和交易其擁有的汽車。

為了降低交易風險，我們將交易流程分為以下四個步驟，並實施兩個內置的保護機制：

第一步，我們匹配買賣雙方，並協商他們的交易條款。為了降低複雜性並提高系統性能，原型中未實現買賣雙方匹配和定價。相反，買家和賣家必須找到彼此，並在現實世界中進行談判(off-chain鏈下談判)。

在第二步中，在他們成功達成協議後，賣方可以通過市場合約與買方聯繫，並通過調用extendOffer（）提供銷售汽車的鏈上（on-chain）報價。為此，他或她通過網絡界面登錄DMR區塊鏈系統，並通過指定買方的地址(他的公鑰和價格)，向潛在買方發送一個要價（extendOffer（））。公鑰是一個哈希值，其表示區塊鏈上買家唯一的地址或帳號數字。在實際設置中，公鑰將連接到個人或公司ID，使個人和公司實體一樣能夠買賣汽車。在賣方發起要約之後，買方有可能通過 喚起acceptOffer（）接受它或不做任何事情，即不接受要價。在接受的情況下，買方簽訂託管協議並且acceptOffer（）會檢查他或她是否有足夠的資金，從他或她的賬戶中提取約定的價格，將其存入市場，並通知賣方要價被接受。在第二種情況下，賣方可以通過revokeOffer（）方法撤銷要價(offer)。這是防止提供與之前的脫鏈協議不同報價的第一個保障措施。

如果在(見面)會議期間發生任何問題，例如，如果汽車不具有先前宣傳的品質，那麼abortTransaction（）可以中止交易，給買方賠償錢，並取消交易。這是第二個保護機制，在第四個也是最後一個步驟中，各方都有辦法取消交易並通過各自調用revokeOffer（）和abortTransaction（）來退出協議。中止或撤銷交易將取消offer，將存入市場的資金轉回買方，並停止轉讓所有權。值得注意的是，資產所有權的實際轉移和支付包括兩腿交易流程(two-legged transaction process)的最後一步，並最終解決了交易。在這兩種情況下，offer都會在之後被刪除。因此，雙方都有機會通過使用第二步和第四步中的交易保護措施來中止不必要的，無意的或錯誤的交易（研究問題1）。

為了更詳細地說明交易過程，圖5和6分別描述了在交易過程中成功交易的調用順序和不同的系統狀態。

最終，交易數據不可變地存儲在區塊鏈中，並且公開可見，執行透明（研究問題3），同時為交易方以及SKAT和其他相關利益相關者提供完整和一致的所有權記錄（研究問題2） 。結合繼承區塊鏈的透明度，我們的市場設計可以全面瞭解已發行的車輛，其現有車主及其歷史，從而有助於減少二手車市場中的信息不對稱。

區塊鏈上交易傳統資產的實例研究-part 5

自2008年推出以來，區塊鏈技術已經超越了其在加密貨幣中的應用，現在正準備改變眾多商業應用，包括價值鏈和供應鏈，商業模式和市場結構。這項工作遵循設計科學研究，以指導基於區塊鏈的概念驗證，原型的實施，該原型能夠實現汽車等現實資產的自動交易，並提供市場參與者，官方和其他第三方有效，透明和不可變的車輛歷史記錄。

5評估

在第4節中引入的概念驗證原型。 實現了自動化和安全的註冊和交易過程。該系統在以太坊上運行，並允許用戶調用DMR合同在DMR市場上任何其他可以註冊和授權的用戶安全地註冊（發佈）和交易車輛。總的來說，我們為第2節中提出的所有三個研究問題提供瞭解決方案，同時DMR的用例突出了我們的IT工件（IT artifact）的質量，功能，完整性和有效性。此外，4.2節中引入了通用軟件架構和市場框架，確保我們的工件的實用性和提供的價值超出特定用例。為了更詳細地評估原型的效用和功效，我們還進行了廣泛的結構(White Box)和功能(Black Box)測試(Hevner et al. 2004).

在第一步中，我們使用Chai Assertion Library（http：// chaijs.com /）以及之前介紹的Truffle（2017）框架在JavaScript中進行各種單元測試。 Chai是一個JavaScript庫，可以創建單元測試，並允許在每個測試方法之前進行測試設置和拆卸。在結構測試中，我們創建了大約1500行代碼並進行了46次單元測試，以驗證市場，可交易和令牌的正確性。更具體地說，測試旨在評估每個公共方法在使用正確的輸入序列調用時是否按預期運行（有關調用有效序列的示例，請參見圖5），並確保系統在狀態更改期間正常運行。

在第二步中，在DMR的使用案例中發佈，購買和銷售汽車的場景用作功能測試環境並且說明工件的執行。這樣，我們的目標是檢測任何故障或在基本市場、DMR擴展和 web 應用程序中的潛在缺陷。

此外, 在測試場景中執行我們的原型, 可使完成交易的平均計算成本等於403,000 汽油(gas)。由於在我們的設置中，一個區塊積累了大約 3, 140, 000 gas, 假設區塊鏈只用於汽車的交易, , 我們的系統可以處理每個塊多達8個交易。如果我們將平均延遲 (即塊創建時間) 設置為 30秒, 我們的原型每天最多可以處理 22, 439 筆交易。總體而言, 該原型解決了與汽車二手交易相關的透明度和數據不一致問題, 並說明了基於區塊鏈的交易系統方法如何通過引入escrow-like 的智能來幫助降低交易風險合同。此外, 它還允許第三方通過觀察者模式進行整合, 並通過區塊鏈的透明性質消除不利的選擇效應和信息不對稱。

6討論

第4節介紹的IT 工件引入了一種新的方法來管理現實世界中的資產登記冊, 方法是將註冊證書轉換為由區塊鏈管理和維護的獨特的數字資產。我們的系統允許用戶註冊車輛, 並與任何其他授權用戶安全地交易註冊車輛。交易完成後, 交易的車輛將會自動在DMR取消註冊，再重新註冊。因此, 登記系統向潛在買家、政府機構和其他第三方提供了每輛車交易歷史的完整和正確的記錄, 而沒有任何機構參與。

數據塊的及時捕獲了過去的交易的順序, 並加密互連，為數據不可變性奠定了基礎, 這對於確保數據完整性和歷史記錄的有效性至關重要。結合下放一致的權力, 交易數據正確性的責任從中央機構轉移到受不對稱分佈信息影響最嚴重的利益攸關方者。通過這種方式, 我們的系統起到了透明的作用,確保提供完整、有效和公開的車輛歷史記錄和過去所有權變化的記錄, 從而披露以前的私人信息。更具體地說, 由於區塊鏈交易是公開的, 汽車的潛在買家能夠查閱每輛車的歷史, 從而可以提高他們對潛在購買（的東西的）質量的評估。此外, 系統內的任何一個參與者都不需要得到信任, 因為條目是根據一致同意的協議儲存的, 之後不能改變。

此設置的一個明顯限制是受信任的第三方提供檢查、維修或修改後提供特定車輛的信息。這種依賴重新引入了欺詐的可能性, 併為車輛特徵提供者提供了與當前車主勾結提供錯誤信息的機會。因此,交易過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關車輛特徵的損壞信息的殘餘風險。

雖然該系統無法防止這種類型的欺詐行為, 但提供無篡改的歷史記錄限制了欺詐者傳播虛假車輛數據的能力。特別是, 如果系統中存在一定的誠實節點, 遍歷交易歷史使潛在買家和政府機構能夠發現欺詐造成的不一致, 如里程操縱。這些不一致可能會成為向買方發出的信號, 表明車輛質量很低。此外, 對第三方信息的依賴僅限於車輛特徵, 而汽車保有量記錄仍未受到影響, 因此仍為質量評估提供了寶貴的數據。

處理欺詐問題的另一個方法出現在區塊鏈技術和物聯網的結合上 (Zhang and Wen 2017)。在我們的用例中, 物聯網可以免除受信任的第三方的數據提供職責, 而是讓智能汽車直接向註冊系統報告其狀態和變化。這樣, 數據的提供就可以以自動化和加密安全的方式進行 (chredis and devetsikiotis 2016)。然而, 這種方法的一個先決條件是車輛確定其目前狀況並向區塊鏈報告其現狀的技術能力。

從用戶的角度來看, 買家、賣家和其他方通過 web 應用程序訪問系統, 交易由智能合同指定的算法過程進行。這樣, 使用不足和誤解就會降到最低(Beck et al. 2016), 因為人類行為的方向是由部署的算法決定的。此外, web 應用程序還為每個利益相關者提供特定用戶的視圖, 並提供足夠的信息可視化,來幫助利益相關者對數據的理解。

總之, 這些措施旨在通過消除相互作用的各方之間的信息不對稱分佈, 最大限度地減少買方對交易對象特點的不確定性, 減少逆向選擇對市場效率的影響。

除了這些使用具體案例的考慮, 區塊鏈技術, 特別是以太框架仍然是新興的技術, 因此面臨著一些技術挑戰和限制。

當今區塊鏈的一個主要問題是可伸縮性。根據塊的大小和塊創建間隔, 實際吞吐量 (以每秒執行的交易數) 是有限的, 並且交易的執行可能會在交易負載較高的情況下延遲 (Gervais et al. 2016)。在dmr 的用例中, 重點放在每個時間間隔內數量有限的車輛的不頻繁交易上,因此可伸縮性問題不會對這一特定用例產生重大影響。但是, 對於其他用例, 因該考慮可伸縮性問題。如果我們將交易系統應用於更大的市場設置 (如德國汽車市場) 或不同的場景, 有限的可伸縮性、延遲問題和查詢延遲會是一個採用加密交易的一個令人望而卻步的受限系統。此外, 隨著分佈式分類帳積累交易(進行中的),它會隨著時間的推移而不斷增長, 從而佔用越來越多的磁盤空間。

然而, 這些制約因素很可能是暫時的, 隨著區塊鏈技術的成熟, 可以通過進一步改進目前的協議和新協議的發展來解決這些制約因素 (glaser 2017)。

區塊鏈上交易傳統資產的實例研究-part 6

自2008年推出以來，區塊鏈技術已經超越了其在加密貨幣中的應用，現在正準備改變眾多商業應用，包括價值鏈和供應鏈，商業模式和市場結構。這項工作遵循設計科學研究，以指導基於區塊鏈的概念驗證，原型的實施，該原型能夠實現汽車等現實資產的自動交易，並提供市場參與者，官方和其他第三方有效，透明和不可變的車輛歷史記錄。

除了技術限制外, 使用的 ethereum 框架等公共區塊鏈也會對數據隱私產生負面影響。為了考慮到這些隱私問題, 我們提出了一個在鏈和脫鏈(on- and off- chain )儲存模式 (Xu et al. 2016; Zyskind et al. 2015), 用於車輛專用和個人信息, 並建議以哈希為基礎表示個人和公司身份證。此外,市場參與者通過用戶特定的接口訪問數據庫, 從而接收反映不同隱私級別的不同信息。結合允許的區塊鏈權限設置, 限制了授權 id 要求的越權訪問(the requirement of an authorized ID restrictsunauthorized access), 並確保最低限度的數據保護。

由於其原型特性，比特幣或其他加密貨幣以外的基於現實世界的區塊鏈系統的缺乏, 以及已建立的it 系統的多樣性, 評估我們系統的實際大規模適用性仍然具有挑戰性。然而, 為了提供一個總的方向, 我們提供了集中和分佈式數據庫的抽象和簡短的區別, 並在以下段落中指出了區塊鏈技術的優勢。

在集中式數據庫中, 數據存儲在一個物理位置, 用戶通過接口訪問存儲的數據。因此, 集中式數據庫提供了輕鬆的數據管理和維護、高性能並保持可擴展性。另一方面, 集中化將安裝和維護成本集中在數據庫提供商身上, 增加了停機和數據丟失的風險, 並要求用戶信任管理運營商(Elmasri

and Navathe 2015; Connolly and Begg 2015)。

在分佈式數據庫中, 存儲和處理單元是單獨保存的, 數據存儲在多個位置並在相互聯繫, 用戶通過網絡訪問數據庫。若要更新節點和維護數據庫, 數據在網上需要被重複複製。分佈式數據庫系統的核心優勢是持續可用性和更高的可靠性、輕鬆的數據恢復以及模塊化增長的靈活性。然而, 這些優勢的代價是高度複雜、(不斷)增加的處理開銷以及數據完整性暴露在不一致之處 (Elmasri and Navathe 2015;Connolly and Begg 2015)。

基於區塊鏈的系統結合了系統和數據庫的特性，從而提供了一個具有彈性的分佈式數據庫, 通過所有節點的協商一致確保數據完整性, 從而為多方提供了一個可靠的數據庫。特別是交易歷史相互聯繫的各方和其他相關利益相關者的獨立審查的開放性, 最大限度地降低了重複、錯誤和數據不一致的風險。在區塊鏈基礎設施上建立登記冊系統利用了這些關鍵屬性, 並滿足了現代登記冊的主要要求, 其中包括完整性、可用性、可訪問性、高效讀取和不可變性(Tran et al. 2017)。

為了提供一個超出登記冊用例的方向, 我們還提出了三個先決條件, 可以說, 基於區塊鏈的系統應該滿足這些先決條件, 以可能構成對傳統方法的改進。

首先, 由於其分佈式性質和綜合共識機制, 區塊鏈技術提供了一種概念方法, 可以在公共和匿名設置中管理多方交易, 而無需中央(機構)的參與。因此, 這些系統具有緩和代理人之間衝突和利益能力。如果利益衝突為參與真相啟示過程(the truth revelation process)提供了強烈的內在動機, 我們也可以拋棄加密貨幣中普遍存在的貨幣激勵的觀念。

其次, 我們建議利用區塊鏈作為一種方法, 減少對不對稱分佈的信息的暴露, 並將其作為一個工具箱來感知和應用, 以促進提供、驗證和傳播交易歷史。因此, 如果至少有一方與私人信息有關, 就無法從透明度的提高中獲利, 那麼, 基於區塊鏈的系統的好處仍然有限。

第三, 作為分佈式系統，區塊鏈技術允許多方在不影響數據完整性的情況下對共享數據庫進行書面訪問。然而, 要使這些好處生效, 用例需要至少由兩個具有對系統的書面訪問權限的衝突方組成。如果只有一方有寫入訪問權, 就不需要達成共識, 因此, 有寫入訪問權的一方只是相當於中央機構。

如果我們將這些先決條件映射到 DMR用例中, 我們發現這三個條件都得到了滿足: 第一, 買賣雙方之間會出現利益衝突, 因為賣家不想透露他們的私人信息, 而買家則想了解關於市場上汽車的真正質量。此外,多邊市場環境和動態交易過程要求所有有關方，(要)向該系統提供數據。

7結論

本研究中開發的概念驗證原型旨在用替代辦法取代官僚公共登記處, 並說明基於區塊鏈的現實資產交易系統可能是什麼樣子。此外, 它還強調了區塊鏈如何發揮透明度的作用, 以不完善的信息緩解市場的低效率。從技術角度來看, 我們提供了一個管理二手車所有權轉讓的平臺, 並從本質上向交易方、政府機構和其他第三方提供可靠和完整的車輛歷史記錄。為了實現原型, 我們採用了面向對象的軟件工程方法, 該方法便於理解, 並允許研究人員和從業人員超越交易汽車的用例, 將交易系統應用於其他資產,交易市場設置和註冊系統。

除了其實際相關性外, 我們的研究對學術研究的貢獻有三個方面: 第一, 我們引入了一種機制來降低基於區塊鏈的交易不可逆轉性所帶來的交易風險。其次, 我們用一個無信任和自主的交易數據庫系統取代了基於信任的、集中式和官僚式的登記冊, 該系統提供了一個安全的註冊和交易過程, 而不需要中央管理機構。第三, 我們提出了一個新的解決方案概念, 通過提供可靠、透明和完整的每個資產歷史記錄, 減少檸檬市場質量的不確定性和由導致的逆向選擇效果。

為了降低複雜性並專注於手頭的研究問題, 我們進一步放棄了第三方服務和官方流程的集成, 如汽車檢查或重建許可。但是, 隨著原型的成熟, 這些功能和其他功能可能會包含在未來的版本中。

除了上述優點外, 應用技術仍處於早期開發階段, 並面臨一些挑戰, 如可有限的擴展性和隱私問題, 尚未完全掌握。此外, 用戶需要信任操作算法 (lustig and nardi 2015) 的正確性和準確性, 受信任的第三方提供有關資產的信息仍然是一個重要的先決條件。但是, 這一規定僅限於在檢查、修理、改裝或事故後更新車輛特有的信息。交易過程完全在鏈上進行, 因此生成事務歷史記錄不需要任何第三方集成。在一定程度上, 這種信任問題可能會通過物聯網的集成來解決--至少在汽車的情況下如此--傳感器提供所需的數據(Gubbi et al. 2013)。

無論這些問題如何, 我們的原型都為將區塊鏈技術應用於公共註冊和交易系統領域提供了有效的第一步, 並說明了這種方法的機遇和挑戰。

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