Foresight Ventures: Crypto-Native預言機的基礎TWAP

原文作者:ForesightVentures

0.Oracle原理與問題

區塊鏈的數據來源有兩個:一個是鏈上數據(如地址持有的ETH的數量),另一個是鏈下數據(如ETH現在在交易所的價格).要獲取后者,就需要預言機將這個數據告訴給合約.

為什么互聯網也需要有“網下”數據,但沒有預言機問題呢?因為區塊鏈上的數據需要經過共識,因此預言機上傳上來的數據也需要是可信的,而互聯網(Web2)上的數據其實本身都是中心化的.

預言機所需要解決的是從數據源到處理到喂價的信任問題,通常不是數據本身的問題.

a)數據源:可信聯盟/去中心化網絡

我認為數據源可信是預言機信任問題最重要的一個點,但是這些數據很多都是鏈下的,鏈下的數據其實是無法證明是完全可信的,就像你無法證明ETH的價格一定是某個值一樣.無論是采用可信聯盟還是去中心化預言機網絡,都無法生成一個完全沒有套利空間或者OEV的價格.

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唯一能解決數據源可信問題的就是在未來如果流動性和經濟活動大部分都聚集在鏈上,而不是交易所的時候,去完全采用鏈上預言機(UniswapTWAP),這樣可以保證數據源是“Crypto-native”和完全可信可驗證的.

智能合約讓任何人都可以成為數據處理者,且使用Arweave存儲價格數據從而保證數據可信和可以在事后被驗證;Chainlink使用Chainlink網絡的鏈上聚合合約來計算出數據結果,再發送到區塊鏈上.

任何應該上鏈的應用最終都會被上鏈,這樣才能滿足區塊鏈透明化,可驗證,無需準入門檻,去中心化的特點.

完全鏈上化的價格預言機會徹底解決數據源和數據獲取與喂價問題,讓DeFi應用給所有人帶來經濟活動上的自由.

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開發者也可以直接在鏈上使用UniswapTWAP進行代幣價格計算.

TWAP的原理是基于每個區塊的最后一筆tx時的代幣價格,結合區塊時間,計算出協議整個歷史中一個代幣的價格總和,從而使用時可以重新計算出一個平均價格.

使用最后一筆tx時的價格,是為了讓攻擊者的攻擊成本不可預測,從而增加預言機安全性.因為就算攻擊者在一個區塊的最后一筆交易中控制了價格,他也無法預知下一個區塊中的相關活動的排序等信息.根據鏈上分析,這種跨區塊的攻擊還沒有發生過.(劇透一下,PoS好像就不一定,后文會說).

加入時間的變量,是為了進一步增加攻擊成本,通過犧牲對即時價格的反映,保持價格的整體穩定性和安全性.

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3.UniswapV2TWAP

V2TWAP的使用可以是直接拿到一個時間段內的總價變化,除以設定的時間段t,就可以得出一個平均價格,作為代幣的價格.每隔一段時間(不一定是t,可以用滑動窗口算法,延遲就更小),則重新獲取最新時間段內的價格.

對于TWAP來說,時間參數越長,更新越慢,但安全性越高,因為價格操縱的成本基本上就是時間區間內在每個區塊上套利和發送交易的開銷.

V3?是時間段內的總tick(tick*time).

V2中我們提到了要每隔一段時間去重新獲取價格,這可能就需要Keeper的參與,UniswapV3解決了這個問題.

V3直接通過一個可定義長度(視需求和網絡時間戳行為不同而定)的數組來存儲區塊時間戳和總tick,當合約產生Swap等交互時,這個數組就會被更新,無需Keeper的主動觸發.

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除此之外,使用時還需要把tick轉換成價格,稍微比V2難用一點.

5.TWAP的限制

既然TWAP那么好用,那么可信且可驗證,完全去中心化,那為什么Chainlink被如此廣泛采用呢?

寫本文的動機其實就是看到了推特上有人說,EulerFinance從TWAP切換到Chainlink是一種升級(注意此人ID…==).

他稱TWAP是非常不安全的,因為PoS之后可以進行多區塊的預言機操控,這個其實是可以完全被解決的.

美國企業云計算公司Salesforce開發區塊鏈產品:Salesforce聯合創始人Marc Benioff和Parker Harris在三月底接受采訪時談到了公司要如何開始研究區塊鏈產品等下一個熱門技術的話題。Benioff說：“我一直在思考Salesforce的區塊鏈戰略和加密貨幣戰略，以及我們如何與這些新技術有所關聯。”他相信Salesforce可以用到區塊鏈技術，公司或在今年宣布推出區塊鏈產品。[2018/4/9]

相比之下,我認為TWAP完全去中心化和完全鏈上操作的優點會比Chainlink好很多,在長期看來,如果沒有顯著的需求上的差別(比如你要把天氣數據搬到鏈上),那么最好的選擇還是TWAP.

TWAP和Chainlink的對比如下:

TWAP被全面碾壓,但我個人認為,去中心化和安全性是1,而其他的因素是0,完全鏈上化是一種趨勢.任何人都可以做一條比以太坊快非常多,便宜非常多,支持更多語言的智能合約平臺,但卻無法殺死以太坊.

6.PoS后TWAP的風險

ChainLinkGod所說的PoS網絡中對TWAP預言機的攻擊問題,EulerFinance的工程師自己就知道潛在解決方案,Uniswap的工程師也考慮到了.

PoS后,因為出塊者可預測了,所以更容易結合以下方式進行多區塊攻擊:

大Validator可能被連續分配區塊

通過Flashbot來發送Privatetx

Multi-blockbundle

PoW和PoS的不同情況下,針對V3ETH/USDC交易對的30分鐘時間窗口(144個區塊)的TWAP,要操縱價格造成30%的波動,需要以下成本:

PoW:23.7萬億美元

PoS(連續控制窗口內2個區塊情況下):23.7萬億美元

PoS(連續控制窗口內3個區塊情況下):95億美元

PoS(連續控制窗口內5個區塊情況下):1.03億美元

控制越多區塊,操縱的成本就顯著地越低,那么解決方案是啥呢?

暫時性解決PoS后TWAP的操縱風險的方法是:

選擇更大的時間窗口

選擇流動性更好的池子.

完全解決PoS后TWAP的操縱風險的方法是:

用Median而不是Average.

這樣操縱者就需要控制超過半數的區塊,才能操縱價格,對比上面的情況,就需要控制73個區塊,這個數字應該大到無法表述了.

7.未來的預言機

我認為在未來,一個完美的“預言機”需要:

完全來自鏈上的可驗證數據源(那么就是基于TWAP),且支持多鏈.

通過ZK或完全鏈上可信計算進行數據獲取和處理.

但是這些可能就需要處理以下幾個現存或將會出現的小問題:

滿足種類,精度,時效性需求的鏈上數據(當然Chainlink等一樣有價格延遲的問題,而且本身就是為了數據安全性而犧牲時效性)

徹底解決TWAP數據源價格操縱(更深的池子,更大的窗口,使用中位數而不是平均數)

整個預言機信任短板的消除(多簽?網絡去中心化程度?不靠譜的Fisherman機制?)

數據的跨鏈獲取與喂價,多鏈場景中鏈上數據的可信傳輸

數據源多樣性(比如只用UniswapV2或者V3不太好)

可信環境下執行的Keeper(如果需要的話)

我相信在未來,越來越多的經濟活動會發生在鏈上,越來越多的價格數據和交易對會存在于DEX上,Uniswap也就可以提供更好的TWAP,也就會有其他方案能基于TWAP實現我設想中的完美預言機,最終達成一個100%去中心化的金融系統.

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