Финансовые технологии, основанные на распределённых системах

Аннотация:

В настоящее время всё большую популярность приобретают исследования в области развития финансовых технологий, основанных на применении распределённых систем. Целью данной статьи является анализ современного состояния, текущих тенденций в использовании технологий блокчейна, невзаимозаменяемых токенов (NFT), децентрализованных финансов (DeFi). Рассмотрены особенности, а также преимущества и недостатки распределённых систем в области финансов. На рынок выходят новые криптовалюты, чтобы привлечь криптоинвесторов, а также разрабатываются программные инструменты, реализующие распределённые финансовые технологии. В этой связи необходимо проведение дополнительных исследований для оценки эффективности применения распределённых информационных технологий.

1. Введение

В последнее десятилетие произошёл быстрый рост цифровизации финансовых рынков. Среди основных драйверов развития финансовых технологий – технология блокчейна и другие децентрализованные технологии, которые связаны, в первую очередь, с использованием распределённых баз данных, передачей данных транзакций, облачными вычислениями, криптовалютами, криптографией. В свете этих разработок блокчейн привлёк внимание исследователей, что привело к значительному увеличению количества исследований в этой области с начала 2000-х годов до наших дней. Эти исследования охватывают широкий спектр тем, иллюстрируя универсальность и актуальность технологии блокчейн в современных исследованиях. Исследования, посвящённые вопросам интеграции технологии блокчейн в сложные многоуровневые сети поставок, показали эффективность её применения для повышения прозрачности поставок и поставщиков [1]. В работах [2, 3] приведены результаты анализа факторов, определяющих намерение пользователей внедрить технологию блокчейн, исследованы настроения инвесторов по отношению к биткоину. В работе [4] рассмотрена оценка уровня доверия к технологии блокчейна в индустрии финансовых услуг. Работы [5, 6] посвящены вопросам использования смарт-контрактов для решения задач энергопотребления и управления продажами объектов недвижимости.

Рассматриваемые технологии построены на принципе распределённой обработки данных. Распределённые информационные системы (ИС) в своей основе имеют распределённую базу данных. Под распределённой базой данных (Distributed DataBase) обычно подразумевают базу данных, включающую фрагменты из нескольких баз данных, которые располагаются на различных узлах компьютерной сети и, возможно, управляются различными СУБД. Структура распределённых ИС состоит из набора узлов, в которых расположены локальные базы данных. В распределённых ИС на узле могут выполняться локальные транзакции, а могут выполняться глобальные транзакции, захватывающие данные из БД, находящихся на разных узлах.

Формального определения распределённой вычислительной системы в настоящее время не существует. Однако распределённые системы, в основе которых лежит понятие распределенной БД, должны обладать обязательными 12 свойствами [7], главными из которых являются:

1. Управление данными на каждом из узлов распределённой системы выполняется локально.

2. Прозрачность сети: узел может обращаться к другим узлам в системе и обмениваться с ними данными.

3. Совместное использование ресурсов: в распределённой системе могут совместно использоваться оборудование, программное обеспечение или данные.

4. Параллельная обработка: одна и та же функция может выполняться одновременно несколькими компьютерами.

Перечисленные свойства распределённых систем стали основой для разработки распределённых реестров.

Распределённый реестр — технология хранения полной копии базы данных на персональном компьютере каждого участника (узла), при этом добавление новой записи происходит по достижению консенсуса между узлами (транзакция). За счёт хранения копий реестра на множестве узлов риск потери данных сводится к минимуму, в отличие от хранения данных в централизованной БД.

Область применения распределённого реестра обширна, например, в сфере заключения договоров по продаже недвижимости между юридическими лицами.

В распределённых реестрах можно выделить общие признаки, по которым их можно классифицировать. Можно выделить открытые, закрытые и гибридные реестры [8].

Открытый распределённый реестр – реестр, в котором участники не проходят идентификацию, а для участия требуется только установка специального программного обеспечения. Также отсутствует узел, выполняющий функции управления распределённым реестром, его конфигурированием и выдачей цифровых подписей. К данному виду можно отнести криптовалютные сети распределённого реестра, такие как Bitcoin, Ethereum, Litecoin и многие другие.

Закрытый распределённый реестр — данный реестр имеет ограничение на участие. Каждый из участников проходит идентификацию, в соответствии с которой получает доступ к распределённому реестру и его сервисам. В соответствии с правилами присутствует участник, отвечающий за проверку на соответствие участника определенным требованиям. В данные требования могут входить финансовые (платёжеспособность участника), а также юридические (наличие соответствующих лицензий на осуществление деятельности).

Гибридный распределённый реестр — реестр объединяет в себе свойства как открытого, так и закрытого распределённого реестра. Коммерческие структуры ориентированы в основном на гибридный или закрытый распределённый реестр. Их предпочтение связано с возможностью ограничения доступа, присутствием механизмов управления, а также контроля и надзора за участниками.

Ещё одним признаком классификации распределённых реестров является тип идентификации участника: анонимная, частичная, полная идентификация.

Распределённые реестры можно группировать и по используемому протоколу достижения консенсуса:

• PoW (Proof-of-Work) – право создания нового блока предоставляется участнику на основании выполнения им сложной вычислительной работы, которая удовлетворяет заранее определённым правилам.

• PoS (Proof-of-Stake) – право создания нового блока предоставляется владельцу счёта в том случае, если количество средств и срок владения ими соответствуют заданным критериям.

• PoS + PoW – гибрид PoW и PoS, условием создания нового блока является удовлетворение вычисляемым критериям PoS и PoW-переборам. Это делается для усложнения пересчёта всей цепочки с самого первого её блока.

• PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) – данный алгоритм основан на задаче о византийских генералах. Византийская армия была разделена на части, за каждой из которых был закреплён свой генерал. И генералам было необходимо принять коллективное решение. Часть из них голосуют за атаку, остальные за отступление. При этом решения о дальнейших действиях принимаются большинством голосов. Также принятие решения усложняется тем, что среди генералов могут быть предатели, вводящие остальных в заблуждение, чтобы в итоге было принято неверное решение.

• Non-BFT (Non Byzantine Fault Tolerance) – алгоритмы консенсуса, при котором некоторые его участники начинают работать против остальных.

Самым распространённым из видов распределённого реестра является блокчейн, на основе которого создана криптовалюта Bitcoin.
Блокчейн — технология построения непрерывной последовательности цепочек данных по определённым правилам. Хранение цепочек данных происходит децентрализованно в распределённом реестре на устройствах участников [9].

2. Обзор финансовых технологий, использующих распределённый реестр

2.1. Криптовалюты

При совершении транзакции участник А распространяет информацию участнику B с именами и суммой транзакции. Каждый узел добавляет данную транзакцию в свой регистр и распространяет её дальше по сети. В связи с этим возникает проблема подлинности транзакции. Для её установления используется цифровая подпись. Каждая транзакция имеет свою уникальную цифровую подпись, так как она зависит не только от пароля отправителя, но и от содержимого.
В базе данных хранится информация не о балансе, а о потраченных средствах. И для того, чтобы узнать свой баланс, нужно сложить все не потраченные средства (входы), ранее пришедшие на ваш кошелек. Из-за того, что все пользователи являются анонимными и доверия между ними нет, при первом запуске производится проверка всех транзакций в истории Bitcoin. Данная ситуация выявляет проблему нескольких транзакций, ссылающихся на один неизрасходованный вход. Временная метка не может использоваться для установки последовательности создания транзакций, так как её можно изменить. И в итоге создаётся ситуация, когда у одной части сети зарегистрирована одна транзакция, а у второй – другая. Для её решения используется «вычислительная гонка».
Изначально транзакция заносится в массив неподтверждённых транзакций, откуда добавляется в блок с другими транзакциями и присоединяется в цепочку блокчейна. Так упорядочиваются транзакции. Для создания блока необходимо рассчитать хеш-сумму данных, входящих в блок. При этом она не должна быть больше определённого значения, для этого используется подстановка случайного значения в конец блока. Данная операция математически сложна, и поэтому одновременное включение нескольких блоков в блокчейн практически невозможно. Если же создаётся ситуация, при которой к цепочке присоединяется несколько блоков, расчёт продолжается до тех пор, пока одна из ветвей не станет длинней другой. Блоки с короткой ветвью удаляются из блокчейна, а транзакции перемещаются в массив неподтверждённых.
Создание блока является затратным – и решившим данную математическую задачу выдаётся награда в виде биткоина, а данный процесс называется майнингом. Каждые четыре года награда за блок сокращается в четыре раза, поэтому однажды выпуск Bitcoin прекратится. Создание одного блока происходит приблизительно каждые 10 минут, а в финансовых организациях каждую секунду может обрабатываться несколько тысяч транзакций. Этот фактор сдерживает внедрение блокчейн-технологии.

2.2. Экосистема децентрализованных финансов (DeFi)

DeFi (decentralized finance) – это экосистема публичных финансовых децентрализованных приложений, разработанных на базе блокчейнов с открытым исходным кодом, поддерживающих виртуализацию для выполнения кода внутри сети. Область децентрализованных финансов появилась недавно. Она начала своё развитие вместе с запуском в 2015 году сети Ethereum, которая, в отличие от сети Bitcoin, поддерживает выполнение специального программного кода, называемого умными контрактами или смарт-контрактами, на децентрализованной виртуальной машине EVM [11]. По результатам 2021 года, исходя из отчёта инвестиционной компании Grayscale [12], на сегодняшний день сфера DeFi активно растёт и включает в себя более 50 ликвидных, публичных блокчейнов, более 500 финансовых приложений, работающих на различных сетях, а капитализация этих приложений достигла 1% от всех банковских депозитов США, что составляет 200 миллионов долларов [12].
Децентрализованные приложения, которые предоставляют финансовые услуги участникам сети, также называют протоколами. Технически, протоколы из себя представляют систему смарт-контрактов с открытым исходным кодом на одной или нескольких сетях блокчейн и веб-интерфейс для взаимодействия с этим протоколом. Протоколы предоставляют автоматизированные инструменты проведения финансовых операций между участниками сети без централизованного элемента, при этом ликвидность этих операций обеспечивается участниками сети, как и в централизованных системах, однако главное отличие в том, что в децентрализованных протоколах комиссию за обеспечение проведения операции получают именно поставщики ликвидности, а не платформа проведения этой операции. Такие системы позволяют напрямую пользователю полностью обеспечивать работоспособность системы без участия бирж, банков, брокеров и других агентов. можно выделить следующие основные категории децентрализованных приложений и их механики:

• Биржи. Децентрализованные биржи используют математические алгоритмы ценообразования активов, например, AMM (Automated market making) [13], для возможности их обмена между участниками сети внутри блокчейна.

• Кредитования и займы. Протоколы выдают займы в цифровых активах под залог других ликвидных активов, при этом контрагентами с обеих сторон выступают участники протоколов.

• Деривативы. Деривативные протоколы используют инструменты для получения данных вне блокчейна для создания деривативных финансовых инструментов внутри блокчейна, например, фьючерсов и опционов.

• Управление активами. Такой вид децентрализованных приложений предоставляет возможность автоматизации аллокации капитала пользователя между другими финансовыми протоколами для оптимизации заработка.

• Страхование: протоколы страхования используют механику децентрализованных автономных организаций DAO [14] для поддержки случаев страхования внутри блокчейна. Примером такого случая может быть взлом протокола или одного его контракта с потерей средств.

• Стейблкоины. Особый тип цифровых активов, курс которых привязан к определённому фиатному активу, чаще всего к доллару США, и которые эмитируются под избыточный залог централизованных активов: фиатной валюты, акций компаний, других криптовалют.

Высокая волатильность, характеризующая рынок блокчейнов, направила внимание инвесторов и участников рынка на стратегии диверсификации своих активов, включая NFT, DeFi и криптовалюты [10]. DeFi, представляющий собой отдельный класс активов, отличный от основных криптовалют, становится всё более популярным среди пользователей [15]. В начале 2020 года с использованием технологии DeFi торговали примерно 90 тысяч пользователей, а к концу 2021 года число пользователей достигло 4,28 миллиона [16]. DeFi использует инструменты на основе блокчейна для реализации функций, связанных с банковским делом, инвестициями и торговлей, создавая надёжную структуру, которая способствует развитию альтернативной экосистемы финансовых услуг [17].

2.3. NFT – технология невзаимозаменяемых токенов

NFT (non-fungible tokens, или невзаимозаменяемый токен) — технология, которая закрепляет право владения цифровым объектом за одним пользователем и подтверждает уникальность digital-собственности. Эта технология работает на принципах блокчейна, который записывает данные в цифровые блоки в определённом порядке. Блокчейн-информацию нельзя удалить или изменить. Блоки хранятся на разных устройствах во всём мире, а не на одном сервере. Взломать цифровой объект на блокчейне практически невозможно.
Токен – элемент блокчейна, или цифровая запись, которую можно сравнить с ценными бумагами или акциями в реальном мире. Бывают заменяемые токены, частично-взаимозаменяемые и невзаимозаменяемые (NFT token).
В начале 2021 года NFT получили широкое признание как применение технологии блокчейна для торговли цифровыми произведениями искусства, виртуальными объектами и графикой. NFT предоставляют инновационные методы организации, потребления, передачи, программирования и хранения цифрового контента в различных областях, включая искусство, спорт, коммуникацию, создание контента и технологии [18, 19].

3. Заключение

Технология распределенного реестра очень молода и не до конца изучена. Она получила широкое распространение в криптовалюте. Не так давно появилась децентрализованная платформа на базе умных контрактов Ethereum. Многие финансовые институты, такие как Barclays, Santander, открывают исследовательские лаборатории по изучению распределённых реестров. Другие активно вкладывают деньги в стартапы с использованием распределённых реестров.

При использовании распределённого реестра можно получить ряд преимуществ по сравнению с централизованной сетью:

непрерывное функционирование сети, бесперебойность;
повышение прозрачности ведения реестра;
повышение устойчивости, благодаря наличию большого количества копий реестра;
прямое заключение сделок при проведении трансграничных операций.

Рассматриваемая технология еще не до конца изучена, и неизвестно, как она поведёт себя при использовании в больших государственных или финансовых сетях. Есть множество моментов, которые требуют более детальной проработки для её внедрения в таких организациях. Это касается её быстродействия, а также большого объёма хранимых данных на устройствах всех её участников, которые впоследствии будут только накапливаться. Так как вся система построена на криптоключах, их утрата или раскрытие может привести к невосполнимым потерям.
Сейчас никаких нормативных актов, регулирующих использование распределённого реестра или ограничивающих его использование в РФ, не существует. Можно ожидать, что по мере внедрения этой технологии как в стране, так и в мире, появятся законы, регулирующие её использование.
Необходимо время для постепенного внедрения технологии распределённого реестра и изучения его пригодности для дальнейшего использования в различных сферах.

4. Список литературы

[1]. Najjar M., Alsurakji I. H., El-Qanni A. & Nour A. I. The role of blockchain technology in the integration of sustainability practices across multi-tier supply networks: implications and potential complexities. Journal of Sustainable Finance & Investment, 2022, 1-19.
[2]. Afifa M. M. A., Van H. V., & Van T. L. H. Blockchain adoption in accounting by an extended UTAUT model: empirical evidence from an emerging economy. Journal of Financial Reporting and Accounting, 2022.
[3]. Koutmos, D. Investor sentiment and Bitcoin prices. Review of Quantitative Finance and Accounting, 2023, 60 (1), 1-29.
[4]. Kumari A., Devi N. C. Blockchain technology acceptance by investment professionals: a decomposed TPB model. Journal of Financial Reporting and Accounting, 2023, 21(1), 45-59.
[5]. Polemis M. L., Tsionas M. G. The environmental consequences of blockchain technology: A Bayesian quantile cointegration analysis for Bitcoin. International Journal of Finance & Economics, 2021.
[6]. Belov A., Slastnikov S. Blockchain Technology to Manage the Energy Supply of Real Estate. Proceedings of 2021 IEEE International IOT, Electronics and Mechatronics Conference (IEMTRONICS). IEEE, 2021, 1–5.
[7]. C.J. Date. An Introduction to Database Systems 6 Edition, 1995.
[8]. Центральный банк Российской Федерации: Доклад для общественных консультаций «Развитие технологии распределенных реестров» 29.12.2017 [Электронный ресурс]// ЦБ РФ.
[9]. IBM: «Азы технологии блокчейн: введение в распределенные реестры» [Электронный ресурс]// РБК и IBM.
[10]. Karim S., Lucey B. M., Naeem M. A. & Uddin G. S. Examining the interrelatedness of NFTs, DeFi tokens and cryptocurrencies. Finance Research Letters, 2022, 47, 102696.
[11] Ethereum EVM illustrated [Online]. Available: https://takenobu-hs.github.io/downloads/ethereum evm illustrated.pdf
[12] Grayscale, David Grider, Head of Research & Matt Maximo, Research Analyst. Decentralized Finance (DeFi). [Online]. Available: https://grayscale.com/wp-content/ uploads/2021/11/Grayscale DeFi Report Nov2021.pdf
[13]. Jiahua Xu, Krzysztof Paruch, Simon Cousaert, Yebo Feng, SoK: Decentralized Exchanges (DEX) with Automated Market Maker (AMM) Protocols. [Online]. Available: https://arxiv.org/abs/2103.12732
[14]. Samer Hassan, Primavera De Filippi Harvard University. Decentralized Autonomous Organization. Journal of internet regulation, 2021, 4, 2-3.
[15]. Qiao X., Zhu H., Tang Y., & Peng C. Time-frequency extreme risk spillover network of cryptocurrency coins, DeFi tokens and NFTs. Finance Research Letters, 2023, 51, 103489.
[16]. Makridis C. A., Fröwis M., Sridhar K., & Böhme R. The rise of decentralized cryptocurrency exchanges: Evaluating the role of airdrops and governance tokens. Journal of Corporate Finance, 2023, 79, 102358.
[17]. Metelski D. & Sobieraj J. Decentralized Finance (DeFi) Projects: A Study of Key Performance Indicators in Terms of DeFi Protocols’ Valuations. International Journal of Financial Studies, 2022, 10(4), 108.
[18]. Krol K. & Zdonek D. Digital Assets in the Eyes of Generation Z: Perceptions, Outlooks, Concerns. JRFM, 2022, 16(1), 1-14.
[19]. Wilkoff S. & Yıldız S. The behavior and determinants of illiquidity in the non-fungible tokens (NFTs) market. Global Finance Journal, 2023, 55, 100782.

Об авторах:

Александр Владимирович Белов, профессор, руководитель Департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ, avbelov@hse.ru

Александр Александрович Антышев, ведущий научный сотрудник ФКУ НПО «СТиС» МВД России, a166aa@yandex.ru