[논문 리뷰] Understand Volatility of Algorithmic Stablecoin: Modeling, Verification and Empirical Analysis

Wenqi Zhao, Hui Li외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 21.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 17인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 암호화폐 안정화 토큰의 변동성에 대해 형식적 모델링 및 검증 프레임워크를 개발하여, 실질적인 이더리움 거래 데이터를 활용해 Basis Cash에 적용한다. 분석 결과 설계 결함—특히 손상된 확장 및 수축 메커니즘—이 실질적으로 변동성을 유발함을 밝혀내며, 실패한 확장 기간 동안 가격 급등과 효과적이지 않은 수축 기간 동안의 장기적인 프리싱 현상 등 실증적 증거를 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 알고리즘 기반 안정화 토큰이 가격 안정성에 악영향을 미칠 수 있는 구조적 메커니즘에 초점을 맞추어, 설계상의 본질적 변동성이 있는지 조사한다.
• 특히 급격한 가격 변동과 같은 고영향 사건에서 이러한 변동성이 실제로 시장 행동에 나타나는지 평가한다.
• 2020년 말에서 2021년 초까지의 이더리움 기반 실제 거래 패턴을 분석함으로써 이론적 모델링과 실증 데이터를 연결한다.
• 공급 조정 메커니즘—확장 및 수축—의 핵심 실패 요인을 규명하여 불안정성을 초래함을 밝힌다.
• 향후 안정화 토큰 설계를 위한 통찰을 제공하기 위해 개입 빈도, 참여 유인, 생태계 통합 등 핵심 매개변수를 규명한다.

제안 방법

• 세 가지 알고리즘 기반 안정화 토큰 유형(재베이스 스타일, 세이니오리지 샤어, 부분 담보 기반)의 핵심 프로토콜을 표현하기 위해 상태 전이 시스템 기반의 형식적 모델링 프레임워크를 개발한다.
• 안정화 토큰 메커니즘이 가격 페그 유지 조건을 위반할 수 있는 조건을 탐지하기 위해 형식적 검증 기법을 적용하며, 특히 확장 및 수축의 타당성에 중점을 둔다.
• Dune Analytics를 활용해 이더리움에서 실거래 데이터를 추출하며, Basis Cash의 BAC 발행, 소각, 수익 농업 활동을 포함한다.
• 이론적 모델 상태(예: DEX가 구매/판매 모드에 있을 경우)를 실제 시장 행동과 매핑하여 예측된 변동성 조건이 실제로 발생했는지 검증한다.
• 수축 기간 동안 수요 급증과 참여도 저하가 실제 가격 페그 이탈 현상과 상관관계가 있음을 분석한다.
• 2020년 12월에서 2021년 1월 사이의 이론적 실패 모드와 실제 시장 사건을 체계적으로 비교 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 알고리즘 기반 안정화 토큰은 공급 조정 메커니즘의 본질적 구조적 결함로 인해 설계상 본질적으로 변동성이 있는가?
• RQ2 이론적 불안정 조건—예를 들어 실패한 확장 또는 수축—이 실제로 실시장 데이터에 나타나는가?
• RQ3 확장 및 수축 단계에서 성공적인 안정화를 유도하거나 방해하는 주요 시장 행동은 무엇인가?
• RQ4 수익 농업과 같은 외부 유인 조건이 확장 단계에서 알고리즘 기반 안정화 토큰의 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 알고리즘 기반 가격 안정화의 성공 또는 실패에 가장 크게 영향을 미치는 설계 매개변수는 무엇인가?

주요 결과

• 형식적 검증 프레임워크는 DEX가 의도한 조치에도 불구하고 구매 또는 판매 상태에 머무르는 경우, 손상된 확장 및 수축 메커니즘이 변동성을 유발할 수 있음을 밝혀냈다.
• 실증 데이터는 2020년 12월 14일에서 15일 사이에 BAC 가격이 각각 15.72%와 8.40% 상승했음을 확인했으며, 이는 수익 농업 유인으로 인한 높은 수요로 인해 활성 발행가이 이루어진 상황임을 시사한다.
• 2020년 12월 14일, 새로 발행된 BAC의 92%가 두 시간 이내에 수익 농업 풀에 진입했으며, 이는 사기적 수요가 확장 메커니즘을 뛰어넘었다는 것을 의미한다.
• 2021년 1월 11일 이후 수축 기간 동안 BAC는 반복적인 수축 입력에도 불구하고 페그 이하로 머물렀으며, BAB로 BAC 소각에 참여도가 낮아서였다.
• 이 기간 동안 소각된 BAC 수량은 이전 단계에 비해 상당히 낮았으며, 이는 환금 메커니즘에 대한 신뢰도 부족을 시사한다.
• 연구는 수축 메커니즘이 확장보다 더 중요하다고 결론 내렸으며, 가격 하락은 가격 상승보다 복구하기 어렵기 때문이다.