Maker:HashKey 曹一新：詳解主流去中心化借貸產品預言機原理_DAO

從安全性和時效兩個維度比較MakerDAO、Aave與Compound的預言機原理差異。

預言機在去中心化金融系統中的資產定價環節尤為重要，預言機報價的安全性、時效、準確度、成本是我們應當重點關注的維度。本文全面解析主流去中心化借貸產品采用的預言機原理并從安全性和時效這兩個維度進行對比。

廣義預言機及其信息源形式

預言機作為一種重要基礎設施已被廣泛討論，過去一般狹義地指代為區塊鏈提供鏈外可信數據的模塊，本文探討更為廣義的預言機——依賴信息源為去中心化系統輸送信息的機器。輸送的信息不一而足，可能是用于交易市場的價格、指數、宏觀參數等信息；或是用于預測市場的氣候、選舉等信息。而依賴的信息源可來自鏈上或鏈外，具有不同的去中心化程度。

圖1.不同類型的信息源和預言機示例

圖1給出了幾個示例：Coinbase交易所提供的經簽名認證的API是典型的由權威聲譽背書的中心化鏈外信息源；Uniswap作為鏈上原生的去中心化交易所，提供的TWAP預言機是典型的去中心化鏈上信息源。

這兩類信息源各有優劣，中心化鏈外信息源存在運營方信用風險，但能覆蓋的信息類型比較全面且一般時效性好、準確度高；去中心化鏈上信息源利用區塊鏈去除了信用風險，但目前以AMM價格預言機為主，類型單一，且出現過多起被操縱事件。

它們均可以作為廣義預言機的基石，通過聚合、相互錨定等方式使之更具魯棒性和安全性，并參與去中心系統的運轉。例如，

MakerDAO構建了一個聯盟預言機系統，授權若干第三方鏈外信息源組成聯盟為資產提供價格信息，能一定程度抵御個別中心化信息源的信用問題，但不排除聯盟合謀腐敗風險，目前依賴治理和激勵機制加以管理。

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Chainlink提出了更為去中心化的預言機系統，通過經濟激勵機制和聲譽系統管理無需許可的信息源。

Compound提出一種將中心化鏈外信息錨定去中心化鏈上信息的方案，在保留中心化信息源優勢的同時強化風控。本文從價格預言機出發探究目前排名前三的去中心化借貸產品的采納情況，并對其原理及性能進行展開分析及對比。

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表1.Top3去中心化借貸產品采用的預言機形式及信息源

MakerDAO的聯盟預言機

MakerDAO作為老牌DeFi項目，在2017年6月推出了單一錨定ETH的穩定幣DAI，并基于其自建的第一版預言機為抵押品ETH進行報價。該版預言機由14個獲得MakerDAO許可的個人匿名信息源提供ETHUSD的報價，并通過一個聚合合約獲得報價的中位數，最終喂價給MakerDAO系統的主合約。通過匿名性抵御信息源節點被操縱或勒索的風險。由MakerDAO治理組織對信息源的選聘、信息源數量等配置參數進行管理。

MakerDAO在2019年9月推出第二版預言機，相較第一版，除了支持多幣種報價的功能改進和性能提升外，主要改進點在于：

提議添加DeFi合作伙伴作為機構信息源；

提議創建預言機團隊角色及構建預言機治理框架；

提出優化的預言機激勵機制。

聯盟預言機的風險在于使用者需信賴信息源和治理機構，上述改進致力于使MakerDAO預言機更加去中心化：引入去中心化信息源能一定程度緩解中心化信息源的信用風險，但可能會引入更多被第三方操縱的風險；而治理機制和激勵機制的改進對系統的影響往往是長程的，無法立竿見影。

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MakerDAO預言機原理

圖2從左往右展示了MakerDAO預言機依賴鏈下許可信息源報價的流程。

圖2.MakerDAO預言機架構

為了保證鏈下數據安全地傳輸到鏈上，每個獲得許可的信息源節點運行一個客戶端，將用以太坊私鑰簽過名的價格信息通過名為scuttlebutt的分布式gossip協議廣播到中繼器。

中繼器監聽這些簽過名的消息，檢查其活性，并將價格數據和簽名打包成一條以太坊交易，廣播到以太坊網絡，由鏈上預言機模組進一步處理價格信息。

鏈上預言機模組主要包括Median和OSM兩個合約。Median合約主要任務是根據第2步推送的價格及簽名序列，驗證時間戳、信息源是否在白名單、價格序列是否按遞增排序、用布隆過濾器驗證價格來自不同的信息源，上述驗證均通過后計算中位數并替代原值。Median合約內維護了一個信息源白名單，用于檢查價格信息更新是否來自許可地址。MakerDAO治理機構通過更新白名單來調整信息源，并有權更新計算中位數所需最少信息源數目。

OSM是進一步提升預言機安全性的智能合約，主要用于對報價設置延時機制從而為識別和響應潛在的安全事件預留時間。OSM合約內維護了一個價格隊列，最新的價格信息只有在1個小時之后才會被“中間人”Spotter合約采用并供主合約調取。

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緊急預言機

緊急預言機是MakerDAO抵御攻擊的最后一道防線，由MKR持有人投票選定。緊急預言機有權單方面觸發緊急關停，故而能通過凍結單個預言機來緩解擠兌風險。

MakerDAO預言機的時效

通過上面的流程分析，我們可以發現MakerDAO預言機的工作時效主要受以下環節影響：

信息源更新頻率

信息源基于兩個原則提交價格更新信息：a)當前價格與上次提交價格差別大于規定閾值；b)當上次提交價格超過6個小時。

Median合約更新頻率

即時，取決于中繼器傳送頻率。Median合約每當接收到中繼器傳送過來的價格序列，就會馬上執行驗證流程并在通過檢查后更新中位數。

OSM合約更新頻率

每隔大約1小時。一個外部EOA地址通過調用一個名為MegaPoker的公共合約，能批量執行OSM合約內的poke()方法完成各抵押資產OSM合約內價格隊列的更新，接著依次觸發Spotter合約讀取最新價格。為了維持這一更新頻率，OSM合約內poke()方法限定了只有在區塊時間戳間隔滿足大于等于3600秒時才能被再次調用。圖3展示了目前MakerDAO預言機支持的24種抵押資產的OSM合約地址及Spotter合約地址。

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網絡傳輸和區塊生成時滯

這兩個延時都在秒級，相對OSM一個小時延時可忽略不計。

圖3.MakerDAO預言機支持的24種資產OSM合約地址及Spotter地址

可見MakerDAO預言機的價格更新頻率最快是1小時一次，但會在木桶效應下受制于Median合約內價格更新頻率。我們可以通過ETHUSD的Median合約交易記錄測量其更新頻率。從圖3可以看出，該合約更新報價的時間間隔在9分鐘和219分鐘左右出現峰值，有70%的概率在60分鐘內更新報價，即對應于OSM合約每隔1小時獲得的報價是1小時前更新過的；而剩下30%的概率超過1小時，3.65小時是大多數情況下該預言機價格更新延時的上限。

圖3.MakerDAO預言機ETHUSDMedian合約LogMedianPrice事件時間間隔分布

Aave采用Chainlink報價

Chainlink預言機的原理

Chainlink預言機與MakerDAO預言機的架構實際上非常類似，最大的區別在于信息源無需獲得Chainlink許可，其原理和經濟激勵機制在其它研報多有提及，在此不展開詳述。Chainlink系統可簡述為兩類節點的工作：

鏈外節點

響應聚合合約的請求，將鏈外信息通過發送以太坊鏈上交易的方式傳輸給聚合合約，聚合合約在收集到指定閾值數量的鏈外節點回復方生成聚合價格。

鏈上節點

在以太坊上運行智能合約，一般由社區用戶自行贊助組建，主要包括p代理合約和聚合合約，Proxy內部存儲了各個報價資產的最新Aggregator合約地址，接到用戶合約的鏈上請求便訪問相應Aggregator獲得其存儲的最新價格，并在同一筆鏈上交易內將報價反饋至用戶合約。

圖4.用戶調用Chainlink預言機流程

觸發Aggregator合約開啟新一輪聚合報價的因素有兩個：

距離上次聚合報價延時超過一定閾值；

合約會監聽一些信息源的報價并與上次聚合報價對比，當價差偏離一定閾值時觸發。

圖4.Chainlink預言機關于ETH/USD價格數據的聚合界面

圖4是Chainlink對ETH/USD的聚合報價頁面，可見目前有21個鏈外節點參與工作，價格偏差閾值是0.5%，延時閾值3小時。根據ETHUSD的Aggregator合約NewRound日志記錄頻率，我們可以測試實際的價格更新頻率。如圖5所示，更新間隔峰值為10個區塊，70%的概率在10分鐘內更新，最高上限約70分鐘。

圖5.Chainlink預言機ETHUSDAggregator合約NewRound事件區塊間隔分布

Compound的錨定式預言機

Compound設計了一個名為OpenPriceFeed的預言機系統，該系統與上述聯盟預言機和去中心化預言機有所不同，采用了中心化信息源錨定AMM鏈上價格的組合形式，主要有兩個合約。

OpenOraclePriceData

任意中心化信息源可向OpenOraclePriceData合約傳送用私鑰簽名的價格數據，OpenOraclePriceData合約負責中立地接收這些價格及簽名信息并開放給第三方免許可調用。

UniswapAnchoredView

目前Compound自身系統只采納了CoinbasePro提供的API數據。通過UniswapAnchoredView合約對OpenOraclePriceData存儲的簽名價格進行驗證篩選，只有Coinbase簽發、并且價格位于Uniswap的TWAP預言機報價一定區間內，該合約才接受并更新。目前價格區間設定為最大偏離錨定價格的±20%。

值得說明的是，任何人都可訪問CoinbaseProAPI接口獲取時間戳、價格、簽名信息，并將其提交至UniswapAnchoredView合約，只要能通過其驗證，用戶可獲得即時價格。也就是時效是三種預言機里最好的，但是在2020年11月26日發生的Compound大規模清算事件中，Coinbase交易所內DAI的價格發生劇烈波動，清算機器人利用這個價差，在一筆交易內完成了抵押物價格更新和清算流程。

預言機性能對比

三款借貸產品各自采用了不同的機制來對中心化信息源的信用風險、單點攻擊風險進行風控，但預言機安全性和時效似乎是魚與熊掌不可兼得。MakerDAO以較為保守的方式為處理突發事件預留時間，導致報價有至少1個小時的延時；Chainlink的報價頻率相對較高，目前參與報價的去中心化節點還比較少。這兩者的耗時主要受制于于多個信息源的聚合階段。Compound的預言機目前只信任一個中心化信息源，不存在聚合過程，并允許任意第三方觸發價格更新，獲得最優時效。但錨定機制設定的波動范圍在±20%，在市場出現極端行情下單個交易所的異常報價容易被利用；且中心化信息源發生單點故障或被攻擊時，雖然可以自動棄用而依賴AMM預言機的報價，但這又將風險點轉嫁到AMM預言機上了。

表2.Top3去中心化借貸產品采用的預言機風控機制和時效對比

總結與思考

預言機作為重要的基礎設施已被廣泛提及，預言機的安全性決定了去中心化系統的抗擊風險能力和運行的魯棒性，預言機報價的準確性和時效對DeFi業務的運營起到了至關重要的作用，特別是以借貸產品為代表的項目很多依賴超額抵押模式，預言機對抵押物價值的評估直接決定了是否以及何時觸發清算。通過對去中心化借貸產品預言機安全和時效性的分析，可見提高安全性的機制一定程度上會削弱時效，綜合對比Chainlink的架構有望在這兩個維度獲得最優權衡，但仍需更多鏈下節點加入來提高其去中心化特性。在Compound的錨定預言機模式下，增加要求的信息源數量，并保留錨定AMM預言機的特性，減少波動帶寬，可能是改進方向。

撰文：曹一新，就職于HashKeyCapitalResearch

審核：鄒傳偉，萬向區塊鏈首席經濟學家

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