[논문 리뷰] Libra: Fair Order-Matching for Electronic Financial Exchanges

Vasilios Mavroudis, Hayden Melton|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 01.

Financial Markets and Investment Strategies참고 문헌 54인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 전자 금융 거래에서 시간적 공정성을 보장하기 위해 제출 시점과 거래 실행을 분리함으로써 속도 기반의 약탈적 거래와 기술적 조작에 저항하는, 반연속적인 순서 매칭 메커니즘인 Libra를 제안한다. 실시간 외환 환경에서의 평가 결과, Libra는 운영에 미치는 영향을 최소화하면서 속도 기반의 약탈적 거래를 감소시켰으며, 인프라 비효율성과 전략적 게이밍에 대한 강건성을 입증하였다.

ABSTRACT

While historically, economists have been primarily occupied with analyzing the behaviour of the markets, electronic trading gave rise to a new class of unprecedented problems associated with market fairness, transparency and manipulation. These problems stem from technical shortcomings that are not accounted for in the simple conceptual models used for theoretical market analysis. They, thus, call for more pragmatic market design methodologies that consider the various infrastructure complexities and their potential impact on the market procedures. First, we formally define temporal fairness and then explain why it is very difficult for order-matching policies to ensure it in continuous markets. Subsequently, we introduce a list of system requirements and evaluate existing "fair" market designs in various practical and adversarial scenarios. We conclude that they fail to retain their properties in the presence of infrastructure inefficiencies and sophisticated technical manipulation attacks. Based on these findings, we then introduce Libra, a "fair" policy that is resilient to gaming and tolerant of technical complications. Our security analysis shows that it is significantly more robust than existing designs, while Libra's deployment (in a live foreign currency exchange) validated both its considerably low impact on the operation of the market and its ability to reduce speed-based predatory trading.

연구 동기 및 목표

• 전자 거래소에서 이론적 시장 공정성과 실제 구현 간 격차를 해결하기 위해, 인프라 비효율성과 기술적 조작이 공정성을 해칠 수 있음을 고려한다.
• 특히 연속 시장 환경에서 중요한 성질인 시간적 공정성을 식별하고 형식화한다.
• 실제 및 악성 조건 하에서 기존 마켓 설계를 평가하여, 지연 조작과 인프라 비대칭성에 취약함을 드러낸다.
• 기술적 복잡성, 저수준 시스템 비대칭성, 전략적 공격에도 불구하고 공정성을 유지하는 새로운 순서 매칭 정책인 Libra를 설계한다.
• Libra가 기존 마켓 운영을 방해하지 않고도 속도 기반의 약탈적 거래를 감소시켜 실시간 환경에서의 실용적 구현 가능성을 입증한다.

제안 방법

• 네트워크 또는 시스템 지연과 관계없이 시장 참가자를 동등하게 대우하는 것을 정의하여 시간적 공정성을 핵심 공정성 기준으로 형식화한다.
• 고정된 시간 간격 동안 주문을 묶는 반연속 마켓 메커니즘을 제안하여, 주문 제출 시점의 밀리초 이내 차이가 미치는 영향을 줄인다.
• 취소 주문 우선순위 기능을 도입하여 악성 선택을 방지하고, 취소 주문이 활성 지정가 주문을 앞서는 '스니핑' 공격을 완화한다.
• 실행 공정성과 정밀한 시점 간의 분리를 통해 네트워크 지터, 불균형 서버 부하, 하드웨어 비대칭성과 같은 인프라 비효율성에 강건한 Libra를 설계한다.
• 실시간 외환 환경에서 Libra를 구현하고 배포하여 실제 시장 조건 하에서의 성능과 강건성을 검증한다.
• 공정성, 지연 내성, 게이밍에 대한 저항성에 중점을 두어, Libra를 기존의 FCFS 및 배치 기반 설계와 비교한 보안 및 성능 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지속적인 전자 시장에서 시점 차이가 본질적으로 존재하는 상황에서 시간적 공정성은 어떻게 형식적으로 정의하고 측정할 수 있는가?
• RQ2 네트워크 혼잡, 인프라 비대칭성, 기술적 조작과 같은 실제 및 악성 조건 하에서 기존 순서 매칭 정책이 얼마나 실패하는가?
• RQ3 시스템 수준의 비효율성이 존재하더라도 공정성과 속도 기반의 우위에 대한 저항성을 유지할 수 있는 마켓 설계를 구축할 수 있는가?
• RQ4 취소 주문 우선순위 기능은 순서 주도 시장에서 악성 선택과 '스니핑'을 얼마나 효과적으로 완화하는가?
• RQ5 실제 구현 환경에서 Libra와 같은 공정한 마켓 설계는 시장 유동성이나 운영 효율성에 크게 영향을 주지 않으면서도 약탈적 거래를 감소시키는가?

주요 결과

• 기존의 FCFS 및 배치 기반 마켓 설계는 인프라 비효율성과 기술적 조작 하에서 공정성을 유지하지 못하며, 밀리초 이내의 시점 차이와 지연 조작이 여전히 불공정한 우위를 제공할 수 있다.
• Libra의 반연속 설계는 실행 공정성과 제출 시점 간의 분리를 효과적으로 구현하여, 네트워크 또는 하드웨어 차이와 관계없이 참가자들이 공정하게 대우됨을 보장한다.
• 실시간 외환 시장에서 Libra의 배포 결과, 운영에 미치는 영향은 극히 미미했으며, 속도 기반의 약탈적 거래가 크게 감소함을 확인하였다.
• Libra의 취소 주문 우선순위 기능은 취소 주문이 활성 지정가 주문을 앞서는 경우의 매칭 방지 비율을 0.5%에서 1% 이상으로 감소시켜, 악성 선택 완화에 효과적임을 입증하였다.
• 보안 분석 결과, Libra는 기존 설계보다 인프라 기반 지연과 의도적인 기술적 조작 공격에 대해 훨씬 더 강건함을 입증하였다.
• 결과적으로 Libra는 시스템 전체의 비대칭성과 악성 행동이 존재하는 상황에서도 공정성과 강건성을 유지함을 입증하였으며, 전자 거래소의 공정성 문제에 대한 실용적인 해결책을 제공한다.