[论文解读] Libra: Fair Order-Matching for Electronic Financial Exchanges

Vasilios Mavroudis, Hayden Melton|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2019

Financial Markets and Investment Strategies参考文献 54被引用 4

一句话总结

本文提出 Libra，一种半连续的订单匹配机制，通过将交易执行与提交时间解耦，确保电子金融交易中的时间公平性，从而抵御基于速度的掠夺性交易和技术操纵。在实际外汇市场中的部署评估显示，Libra 在对运营影响极小的情况下减少了基于速度的掠夺性交易，表现出对基础设施低效和策略性攻击的强健鲁棒性。

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.

研究动机与目标

• 弥合电子交易所中理论市场公平性与实际实施之间的差距，其中基础设施低效和 技术操纵破坏了公平性。
• 识别并形式化时间公平性作为公平订单执行的关键属性，特别是在连续市场环境中。
• 在实际和对抗性条件下评估现有市场设计，揭示其对延迟操纵和基础设施不对称性的脆弱性。
• 设计一种新型订单匹配策略——Libra，即使在存在技术复杂性、底层系统不对称性和策略性攻击的情况下，也能维持公平性。
• 证明 Libra 在不扰乱现有市场运作的前提下减少了基于速度的掠夺性交易，确保其在真实环境中的实际可部署性。

提出的方法

• 将时间公平性定义为无论市场参与者网络或系统延迟如何，均应受到平等对待，并将其形式化为核心公平性标准。
• 提出一种半连续市场机制，通过在离散时间间隔内批量处理订单，降低订单提交中微秒级时间差异的影响。
• 引入取消订单优先级机制，以防止不利选择，并缓解取消订单超越活跃限价订单的“抢跑”攻击。
• 通过将执行公平性与时间精度解耦，设计 Libra 以抵御基础设施低效（如网络抖动、服务器负载不均和硬件不对称性）的影响。
• 在真实外汇环境中实现并部署 Libra，以验证其在真实市场条件下的性能和鲁棒性。
• 开展安全性和性能分析，将 Libra 与现有的 FCFS 和基于批量的设计进行比较，重点关注公平性、延迟容忍度以及对策略性攻击的抵抗能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在时间差异固有的连续电子市场中，时间公平性应如何形式化定义并测量？
• RQ2 在诸如网络拥塞、基础设施不对称性和技术操纵等实际和对抗性条件下，现有订单匹配策略在多大程度上会失效？
• RQ3 能否构建一种市场设计，使其在系统级低效存在的情况下仍能保持公平性并抵御基于速度的优势？
• RQ4 取消订单优先级机制对缓解订单驱动市场中的不利选择和“抢跑”行为有何影响？
• RQ5 像 Libra 这样的公平市场设计是否能在现实部署中减少掠夺性交易，同时不影响市场流动性或运营效率？

主要发现

• 现有的 FCFS 和基于批量的市场设计在基础设施低效和 技术操纵下无法维持公平性，因为微秒级的时间差异和延迟操纵仍可能带来不公平优势。
• Libra 的半连续设计有效实现了执行公平性与提交时间的解耦，确保参与者无论网络或硬件条件如何，均受到公平对待。
• Libra 在真实外汇市场中的部署证实了其对运营影响极小，同时显著减少了基于速度的掠夺性交易。
• Libra 中的取消订单优先级机制将因取消订单超越而阻止匹配的百分比从 0.5% 降低至 1% 以下，有效缓解了不利选择问题。
• 安全分析表明，Libra 在抵御基于基础设施的延迟和故意的技术操纵攻击方面，显著优于现有设计。
• 结果验证了 Libra 即使在存在系统级不对称性和对抗性行为的情况下，仍能维持公平性和鲁棒性，为电子交易所中的公平性问题提供了一种实用解决方案。