DeFi清算研究：激勵、風險與不穩定性

原文標題：《An Empirical Study of DeFi Liquidations:Incentives, Risks, and Instabilities》

原文來源：Kaihua Qin、 Liyi Zhou、Pablo Gamito、Philipp Jovanovic、Arthur Gervais，帝國理工學院

原文編譯：律動 0x49

金融投機者習慣於通過尋求槓桿的增加來增大其潛在的收益。債務是一種流行的槓桿形式。與此同時，DeFi 借貸市場正在蓬勃發展，其總鎖倉價值（TVL）已經超過了 398 億美元。然而，債務的出現將帶來新的風險，即清算風險。在這一過程中，質押用戶將以折扣價向清算人出售債務質押品。

目前，市場上少有關於清算機制定量的見解。本文將以佔據以太坊 85% 借貸市場的 Aave、Compound、MakerDAO 和 dYdX 入手，探索以太坊借貸市場的廣度。

本文系統化了流行的清算機制，並提供了一種首創的方法衡量這一機制的客觀性。在研究後發現，現有的清算設計有效激勵了清算人，但卻出售了過多貼現質押品，而這一部分費用是由質押用戶承擔的。本文將衡量清算參與者所面臨的各種風險，並量化現有借貸協議的不穩定性。

借貸機制與清算流程的系統化

出資人是一個擁有剩餘資本的用戶，他希望通過將資金借給第三方以賺取資本的利息。

借款人通過質押一定資產，向出資人借入資產。同時，借款人需要向出資人支付一定的利息費用。由於 DeFi 中並沒有 KYC，因此 DeFi 裏的借貸都需要超額抵押。

清算人則通過觀察 blockchain 網絡是否存在安全係數低於 1 的借貸，如低於 1，將介入並進行清算。通常來說，清算人都是機器人，系一套自動執行 blockchain 查詢、價格觀察、嘗試清算的自動化工具。

當然，清算人之間同樣存在競爭，搶先清算無處不在。需要注意，清算分爲固定價差的原子清算和拍賣等形式的非原子清算。前者在一次 blockchain 交易中完成，後者需要清算人在多筆交易中與借貸池進行交互。兩種清算的區別將在下文說明。

固定價差清算

固定價差清算允許多個清算人在一個時間段內出價，可清算的貸款可用一個預先確定的折扣即使參與清算。如，Aave 允許清算人以市價 15% 的折扣購買質押物，因此折扣值或清算價可預先得知。採用固定價差清算的模式可避免長時間的清算拍賣，省去了時間成本和交易費用。此外，清算人可使用閃電貸進行清算，降低了持有清算所需資產的貨幣風險，不過閃電貸的使用將會增加了清算人的成本。

舉例：

假設目前 ETH 價格爲 3,500 USD，清算比率爲 80%。用戶 A 質押 3 枚 ETH，質押物目前價值 10,500 USD，用戶可藉資產上限爲 8,400 USD（10,500*80%）。如果 ETH 價格下跌至 3,300 USD，這意味着質押物目前價值 9,900 USD，此時 3 枚 ETH 的可藉資產上限爲 7,920 USD (9,900*80%)。系統安全係數此時已經低於 1，即 7,920/8,400 ≈ 0.94，因此質押物進入清算。

清算人提交清算交易，用於償還 50% 的債務，即 4,200 USD。作爲回報，清算人可以以折扣價 3,000 USD/ETH (3,300/(1+10% 清算折扣)) 進行清算。本次清算，清算人獲得了 420 美元淨利潤（（4,200/3,000）*3,300-4,200）。

拍賣等形式的非原子清算

拍賣清算遵循以下幾種方法：

·貸款符合清算條件，即安全係數降至 1 以下；

·清算人開始進行拍賣，這一過程可能持續數小時；

·有興趣的清算人開始報價，出價最高者獲得質押物；

·拍賣將根據拍賣合約中的規定結束。

清算人在 MakerDAO 系統中尋找資不抵債的借貸，一旦尋找到可進行清算的交易，便可調用 bite 函數觸發清算流程。清算流程是一個兩段式拍賣的過程。（關於這一部分，建議有能力的用戶直接閱讀代碼，點擊閱讀 DeFi 愛好者翻譯的 MakerDAO DSS 代碼，下文也將對該翻譯進行引用。）

tend：tend 是第一階段競拍，第一階段拍賣爲全部抵押物，如果競拍時間到結束且價格還沒到可以償還完借貸金額加上穩定率費用，則價高者得勝，每次出價需要在上個出價人基礎上最少加上一定比例 (具體值系統參數確定)。當這一競拍階段競拍者出價剛好償還完借貸額加穩定費用，則進行第二階段拍賣。

dent：競拍者保持第一階段最後出價，及可以還完全部借貸加穩定費用，降低抵押物數量，每次也是最低一定比例下降。

Tend 和 dent 的流程可見下圖：

拍賣時間終止後，調用 deal 函數完成競拍，質押物將轉移給獲勝者。

清算研究

通過對 Ethereum 鏈上數據的抓取，獲得了各協議通過清算出售的質押物價值：

從協議上線到 Ethereum 區塊高度 12,344,944，一共進行了 28,138 次成功的清算。上圖的的清算價值數據以清算結束時刻的質押物 USD 價格進行計算。Aave、Compound、dYdX、MakerDAO 4 個平臺的總體清算質押物累計金額超過了 8.07 億美元。

2020 年 11 月，Compound 清算量的提高主要是 Compound 預言機喂價提供的 DAI 價格波動引起的。2021 年 2 月的顯著上升主要原因則是由於加密資產價格的劇烈波動。

清算人損益

28,138 次成功的清算的總利潤爲 6359 萬美元。繪製各協議不同月份的清算利潤獲得下圖：

MakerDAO 2020 年 3 月的清算利潤爲 1,313 萬美元，爲歷史之最。主要原因是 3 月 12 日 ETH 價格暴跌，清算機器人沒有快速響應，同時，網絡擁堵導致清算人的交易沒有被礦工打包入塊。延遲導致有能力清算的用戶以極低的成本手動清算並贏得了拍賣。

Compound 分別在 2020 年 11 月和 2021 年 2 月產生了價值 838 萬美元和 961 萬美元的清算利潤。前者的原因在於預言機喂價機制，後者似乎和預言機或清算機器人無關。

如果每個 Ethereum 地址代表一個用戶，那麼一共有 2011 個清算人。平均而言，每個清算人的利潤爲 3.16 萬美元。最活躍的清算人自己進行了 2,482 次清算，賺取了 741.75 萬美元利潤。

還有一個有意思的發現，MakerDAO 中有 641 次清算產生了虧損，總損失約 467.44 萬美元麼。之所以產生損失，主要原因在於拍賣過程中，質押物價格變化導致。

固定價差清算

在 28,138 次成功的清算中，Aave V1、Aave V2、Compoiund 和 dYdX 分別進行了 3,809、1,039、6,766 和 9,762 筆固定價差清算。

下圖統計了固定價差清算的 gas 價格和平均 gas 價格。爲了更直觀觀察，平均價格通過計算 6,000 個區塊的移動平均 gas 費用得到平滑曲線（圖中黑線）。

事實上，該數據表明了清算過程充滿了競爭性，73.97% 的清算人支付了高於平均水平的 gas 費用。

拍賣清算

MakerDAO 一共進行了 6,762 次拍賣清算，其中 3,377 次在 tend 階段結束，剩餘 3,385 次在 dent 階段結束。參與清算的用戶平均數只有 1.99。每次參與清算的用戶數爲 2.63±1.96，參與 tend 清算的用戶數爲 1.58±0.95，參與 dent 清算的用戶數 1.06±1.62。

如將 MakerDAO 清算拍賣持續時間定義爲拍賣開始和最終完成之間的差值，將清算持續時間進行了可視化：

有趣的是，在 2020 年 3 月 12 日後，MakerDAO 清算持續時間明顯變長了。平均而言，清算持續時間在 2.06 ± 6.43 小時（平均值 ± 標準差）。有 4,173 次清算在 1 小時內完成。同時，很少有清算持續時間超過預期，可能的原因在於相關清算人沒有完成拍賣，因此沒有獲得質押物。例如，最長一次清算持續了 346.67 小時，但是其最後一次出價時間爲終止前的 344.6 小時。

風險

Aave 和 Compound 的清算機制賦予了清算人在可進行債務清算時清算最多 50% 質押物的權利。這一設計有利於清算人而非質押用戶。因爲債務問題可能通過出售低於 50% 的質押物便可解決。

選擇一個適當的清算係數是一件具有挑戰性的事，因爲 blockchain 的交易吞吐量有限，清算機制應該儘可能減少清算事件以及總體交易的筆數。

拍賣機制不指定清算係數，因此提供了一種更細的方法來清算質押物。不過，拍賣清算人可能面臨拍賣期間，質押物價格波動產生的損失。就如上文提到的，MakerDAO 清算曆史上的 641 次虧損清算。參與 MakerDAO 清算的用戶需要注意網絡擁堵和價格波動等風險。

綜上，部分拍賣機制，如維克裏拍賣（Vickrey auction）、逆向荷蘭拍（Dutch reverse auctions）可能具有緩解過度清算的潛力。

除了過度清算以外，壞賬也是其中的一部分風險。在借貸中，劃賬又可分爲兩種，質押物資不抵債（壞賬 I）和交易費用高於參與清算獲利（壞賬 II）。

對目前的壞賬數量進行測算，假設質押用戶在還款時需要承擔一定的隨機成本，這一成本爲 100 美元。那麼截止 2021 年 4 月 30 日，壞賬 I 和壞賬 II 的數量分別爲 351 和 3,525。需要注意，由於壞賬的產生，Aave V2 的流動性減少了 8.74 萬美元。而 dYdX 由於使用了外部保險基金，註銷了壞賬 I，因此不存在這一類型的壞賬。

值得重視的是壞賬 II，因爲壞賬 II 的積累可能導致產生更多的壞賬 I。當清算交易費用爲 100 美元是，Compound 上存在 350 個無利可圖的清算機會，這部分質押物價值 12.5 萬美元。

不同清算成本，Aave V2、Compound 和 dYdX 無利可圖的清算機會如下：

當然，清算人還可藉助閃電貸完成固定利差清算，具體步驟如下：

1、借入 X token 償還債務；

2、使用閃電貸償還質押人的債務，並獲得質押物 Y；

3、將部分質押物 Y 兌換成 X；

4、償還閃電貸 X 以及利息，剩餘利潤歸清算人所有。

如果閃電貸清算無利可圖，那麼閃電貸便不會成功進行。鏈上數據顯示，一共有 623 筆閃電貸用於清算，累計借出金額高達 4.83 億美元。並且，使用 dYdX 進行閃電貸的資金量更大，原因可能在於 dYdX 較低的閃電貸利息。

不穩定性

爲了衡量借貸平臺對不同 token 下跌的反應程度，本文量化了清算敏感度，即 Crypto 價格的下跌可能引發多少質押物的清算。

研究發現，Aave、Compound、MakerDAO 和 dYdX 4 個平臺對於 ETH 的下跌都很敏感。如發生 2020 年 3 月 12 日 ETH 下跌 43% 的情況，MakerDAO 將產生高達 10.7 億美元的清算。

有意思的是，儘管 Aave V2 和 Compound 採用類似的清算機制並且 TVL 也較爲接近，但 Aave 在下跌過程呈現更加穩定的狀態。通過進一步研究發現，Aave V2 的用戶喜歡進行多 token 質押，因此，很難因爲單一 token 價格下跌而產生大量清算。

同時，通過質押穩定幣貸出另一種穩定幣的策略也減少了清算的發生。收集 DAI、USDC 和 USDT 3 種穩定幣之間的鏈上價格關係，發現截止在 2020 年 5 月 1 日至 2021 年 4 月 30 日，3 種穩定幣在 99.97% 的時間內價差都在 5% 內。不過在區塊高度 10,578,280，USDC 和 DAI 的價差爲 11.1%。

清算過程的博弈對借貸角色的影響

清算過程其實是一個零和遊戲，清算人獲利的背後是質押人的損失。因此，可以從利潤上推斷哪種機制對清算人或質押者更有利。

爲避免不同 Crypto 的價格波動影響，此處只研究質押 ETH 借出 DAI 的清算，這一借貸存在於 4 個平臺，計算月度清算利潤與成交量的比率，得到下圖：

結果顯示，dYdX 的值最高，意味着 dYdX 對清算人最有利，對質押者最不利。這一結果與 dYdX 未設置清算係數相吻合，因爲這表明債務安全係數一旦降低到 1 以下，清算者便可介入進行清算。

除了 2020 年 3 月，MakerDAO 的值一直低於 Compound。

令人驚訝的是，雖然 Aave 採用和 Compound 相類似的清算機制，但 Aave 的計算值低於 Compound，尤其是 Aave V1。推斷這是因爲 Aave 上 DAI/ETH 清算事件的數量較少的原因。Aave 的案例較少，得出的數據可能無法產出代表性的結論。

因此，綜上可得出結論，拍賣機制比固定價差清算更有利於質押用戶。

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