[論文レビュー] Understand Volatility of Algorithmic Stablecoin: Modeling, Verification and Empirical Analysis

Wenqi Zhao, Hui Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、アルゴリズム的ステーブルコインのボラティリティを分析するための形式的モデリングおよび検証フレームワークを開発し、実際のイーサリアム取引データを用いてBasis Cashに適用した。設計上の欠陥—特に破綻した拡張および収縮メカニズム—が実際の市場でボラティリティを引き起こすことが判明し、実証的証拠により、失敗した拡張時には価格の急騰が、効果のない収縮時には長期間にわたるデ・ペッグ化が観察された。

ABSTRACT

An algorithmic stablecoin is a type of cryptocurrency managed by algorithms (i.e., smart contracts) to dynamically minimize the volatility of its price relative to a specific form of asset, e.g., US dollar. As algorithmic stablecoins have been growing rapidly in recent years, they become much more volatile than expected. In this paper, we took a deep dive into the core of algorithmic stablecoins and shared our answer to two fundamental research questions, i.e., Are algorithmic stablecoins volatile by design? Are they volatile in practice? Specifically, we introduced an in-depth study on three popular types of algorithmic stablecoins and developed a modeling framework to formalize their key design protocols. Through formal verification, the framework can identify critical conditions under which stablecoins might become volatile. Furthermore, we performed a systematic empirical analysis on real transaction activities of the Basis Cash stablecoin to relate theoretical possibilities to market observations. Lastly, we highlighted key design decisions for future development of algorithmic stablecoins.

研究の動機と目的

• アルゴリズム的ステーブルコインが、供給調整メカニズムの構造的欠陥により本質的にボラティリティを示すかどうかを調査すること。
• そのようなボラティリティが、急激な価格変動などの高インパクトな出来事において、現実の市場行動に実際に現れるかどうかを評価すること。
• 2020年末から2021年初頭にかけてのイーサリアム上でのBasis Cashの実際の取引パターンを分析することで、理論的モデリングと実証データを統合すること。
• 供給調整メカニズムの主要な失敗要因—特に拡張および収縮—が不安定性を引き起こす点を同定すること。
• 干渉頻度、参加インcentive、エコシステム統合といった重要なパrameterを明らかにすることで、将来のステーブルコイン設計を支援すること。

提案手法

• 再ベース型、シニョリージュ・シェア型、部分担保型の3種類のアルゴリズム的ステーブルコインプロトコルのコアを表すために、状態遷移系に基づく形式的モデリングフレームワークを構築した。
• 形式的検証技術を用いて、価格ペッグを維持できない状態、特に拡張および収縮の有効性に関する条件を特定した。
• Dune Analyticsを用いて、イーサリアムから実際の取引データを抽出し、Basis CashのBACの発行・焼却およびヨーイドファーミング活動を分析した。
• 理論的モデルの状態（例：DEXがBuy/Sellモードにあること）を現実の市場行動にマッピングし、予測されたボラティリティ条件が実際に発生したかを検証した。
• 需要の急増と収縮における参加率の低さを、$1ペッグからの観察された価格乖離と相関づけた。
• 2020年12月から2021年1月の間の理論的失敗モードと実際の市場出来事の比較を、体系的な実証的分析によって行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アルゴリズム的ステーブルコインは、供給調整メカニズムにおける本質的構造的欠陥により、設計上ボラティリティを示すのか？
• RQ2 失敗した拡張や収縮といった理論的不安定条件が、実際に市場データに現れるのか？
• RQ3 拡張および収縮フェーズ中に、安定化を促進または阻止する主要な市場行動は何か？
• RQ4 ヨーイドファーミングなどの外部インセンティブは、拡張フェーズにおけるアルゴリズム的ステーブルコインの安定性にどのように影響するか？
• RQ5 アルゴリズム的価格安定化の成功または失敗に最も顕著に影響を与える設計パrameterは何か？

主な発見

• 形式的検証フレームワークにより、DEXが意図された動作にかかわらずBuyまたはSell状態に留まる破綻した拡張および収縮メカニズムがボラティリティを引き起こす可能性があることが同定された。
• 実証的データにより、2020年12月14日から15日にかけての拡張時、BACの価格は発行活動にもかかわらずそれぞれ15.72%および8.40%上昇した。これはヨーイドファーミングインセンティブによる高い需要の結果であった。
• 2020年12月14日には、新たに発行されたBACの92%が2時間以内にヨーイドファーミングプールに流入しており、これは投機的需要が拡張メカニズムを上回っていたことを示している。
• 2021年1月11日以降の収縮フェーズでは、BACの焼却参加率が低く、BACをBABに交換するための焼却が繰り返されても、BACの価格はペッグを下回ったままだった。
• この期間中の焼却BACの数は、以前のフェーズと比較して著しく低く、リデムプションメカニズムへの信頼の欠如を示している。
• 本研究は、価格下落は価格上昇よりも回復が難しいため、収縮メカニズムが安定性にとって拡張よりも重要であると結論づけた。