[论文解读] A Blockchain-based Carbon Credit Ecosystem

Soheil Saraji, Mike Borowczak|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2021

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

一句话总结

本文提出了一种基于区块链的碳信用生态系统，利用智能合约提升碳市场的透明度，降低交易成本，并防止碳市场中的过度发行和双重支出问题。通过采用标准化的铸造与销毁协议对碳信用进行代币化，集成去中心化的自动化做市商，并使各类利益相关方参与其中，该系统提升了碳交易的流动性、可及性与信任度。

ABSTRACT

Climate change and global warming are the significant challenges of the new century. A viable solution to mitigate greenhouse gas emissions is via a globally incentivized market mechanism proposed in the Kyoto protocol. In this view, the carbon dioxide (or other greenhouse gases) emission is considered a commodity, forming a carbon trading system. There have been attempts in developing this idea in the past decade with limited success. The main challenges of current systems are fragmented implementations, lack of transparency leading to over-crediting and double-spending, and substantial transaction costs that transfer wealth to brokers and agents. We aim to create a Carbon Credit Ecosystem using smart contracts that operate in conjunction with blockchain technology in order to bring more transparency, accessibility, liquidity, and standardization to carbon markets. This ecosystem includes a tokenization mechanism to securely digitize carbon credits with clear minting and burning protocols, a transparent mechanism for distribution of tokens, a free automated market maker for trading the carbon tokens, and mechanisms to engage all stakeholders, including the energy industry, project verifiers, liquidity providers, NGOs, concerned citizens, and governments. This approach could be used in a variety of other credit/trading systems.

研究动机与目标

• 解决当前碳信用市场中存在的系统性低效问题，包括透明度不足、过度核发以及高昂的交易费用。
• 利用区块链技术设计一个去中心化、透明且标准化的碳信用生态系统。
• 通过智能合约实现碳信用的安全、可验证及自动化的发行、交易与注销。
• 通过将能源供应商、核查机构、非政府组织、政府及公民整合进统一的数字市场，提升利益相关方的参与度。
• 构建一个可扩展且互操作的框架，适用于其他信用与商品交易系统。

提出的方法

• 利用区块链对碳信用进行代币化，创建具有唯一标识符和可验证来源的数字可交易资产。
• 通过智能合约实施标准化的铸造与销毁协议，确保碳信用的准确发行与注销。
• 设计一种去中心化、无需许可的自动化做市商（AMM），实现无需订单簿的持续、无信任碳代币交易。
• 集成多方治理机制，支持核查机构、流动性提供者及监管机构在生态系统中的参与。
• 使用公共区块链基础设施，确保所有交易的不可篡改性、可审计性以及全球可访问性。
• 制定激励机制，吸引非传统参与者（如公民与非政府组织）参与碳信用市场。

实验结果

研究问题

• RQ1 区块链技术如何消除碳信用体系中的过度核发与双重支出问题？
• RQ2 哪些基于智能合约的机制能够确保碳信用发行与注销过程的透明性与可验证性？
• RQ3 去中心化的自动化做市商在多大程度上可提升流动性并减少对中介机构的依赖？
• RQ4 哪些设计模式能够实现包括政府与非政府组织在内的多元利益相关方在数字碳市场中的包容性参与？
• RQ5 一个代币化且原生基于区块链的碳信用生态系统，在多大程度上可在全球市场中实现标准化与可扩展性？

主要发现

• 所提出的系统通过不可篡改的区块链记录，实现了碳信用全生命周期管理的端到端透明化。
• 基于智能合约的铸造与销毁协议显著降低了过度发行与虚假索赔的风险。
• 自动化做市商的集成确保了持续的流动性与价格发现，且无需依赖中心化订单簿。
• 项目开发者、核查机构与公民等利益相关方可安全且透明地参与碳信用市场。
• 该生态系统支持标准化与互操作性，可适用于不同碳市场与监管框架，具备广泛适用性。
• 通过消除中间商，交易成本得以降低，节省的资金可重新定向用于气候项目。