本文系格密链著：区块链上交易传统资产的实例研究完结篇，点击链接可回顾系列：
4.1区块链设计决策
基于表2中讨论的区块链设计决策（Xu et al.2016,2017），我们的概念验证原型利用Buterin (2013) and Wood (2017)引入的以太坊框架作为其底层基础设施。
以太坊是一个分散的应用程序平台，提供准图灵完整的编程语言，支持基于智能合约的应用程序。这些分散的应用程序运行在区块链承载的虚拟机上（Buterin 2013; Wood 2017），可以创建无信任的系统，在多个交互代理之间建立一致的协议。在此范围内，以太坊允许用户在共享的全局基础架构上创建和部署程序，这些基础架构将根据收到的数据自动触发和执行（Glaser 2017）。利用这些功能，我们可以通过触发交易的智能合约促进自动化，最大限度地减少与数据库和注册管理机构（如DMR）的管理和维护相关的官僚和组织工作。
以太坊还具有以下所需特性：首先，它通过集成加密散列算法提供安全性和弹性。其次，由于其分布式特性，数据不一致性暴露于所有用户的审查中，并且没有中心点的失败。此外，基于块和链接的数据结构使用户能够遍历整个数据库并检索过去的事务并重建每个车辆的历史记(Beck et al. 2016)。理论上，这种透明度减轻了逆向选择效应，而系统的开放性解决了第2节中引入的数据不一致问题。
总的来说，这些特征确立了我们的无信任交易系统的技术环境，允许具有着不同利益和信息的各方通过生成完整，透明和安全的交易记录来移动价值并管理所有权的转移，而无需中央机构。
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（Broadbent 2016; 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。
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)。
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。
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)。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 restricts unauthorized 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。
完结
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