DeFi 청산 연구: 인센티브, 위험 및 불안정성

원문 제목: 《An Empirical Study of DeFi Liquidations:Incentives, Risks, and Instabilities》

원문 출처: Kaihua Qin, Liyi Zhou, Pablo Gamito, Philipp Jovanovic, Arthur Gervais, 임페리얼 칼리지 런던

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금융 투기자는 레버리지를 증가시켜 잠재적인 수익을 늘리려는 경향이 있다. 부채는 인기 있는 레버리지 형태 중 하나이다. 동시에 DeFi 대출 시장은 번창하고 있으며, 총 잠금 가치(TVL)는 이미 398억 달러를 초과했다. 그러나 부채의 출현은 새로운 위험, 즉 청산 위험을 초래한다. 이 과정에서 스테이킹 사용자는 할인된 가격으로 청산자에게 부채 담보를 판매하게 된다.

현재 시장에서는 청산 메커니즘에 대한 정량적 통찰이 부족하다. 본 논문은 이더리움 대출 시장의 85%를 차지하는 Aave, Compound, MakerDAO 및 dYdX를 시작으로 이더리움 대출 시장의 폭을 탐구한다.

본 논문은 인기 있는 청산 메커니즘을 체계화하고 이 메커니즘의 객관성을 측정하는 혁신적인 방법을 제공한다. 연구 결과, 기존의 청산 설계는 청산자에게 효과적으로 인센티브를 제공하지만, 너무 많은 할인된 담보를 판매하게 되며, 이 비용은 스테이킹 사용자에게 전가된다. 본 논문은 청산 참여자가 직면하는 다양한 위험을 측정하고 기존 대출 프로토콜의 불안정성을 정량화할 것이다.

대출 메커니즘과 청산 프로세스의 체계화

출자자는 잉여 자본을 보유한 사용자로, 자금을 제3자에게 대출하여 자본 이자를 얻고자 한다.

차입자는 일정 자산을 스테이킹하여 출자자에게 자산을 차입한다. 동시에 차입자는 출자자에게 일정 이자 비용을 지불해야 한다. DeFi에서는 KYC가 없기 때문에 DeFi의 대출은 과잉 담보가 필요하다.

청산자는 블록체인 네트워크에서 안전 계수가 1 이하인 대출이 있는지 관찰하여, 1 이하일 경우 개입하여 청산을 진행한다. 일반적으로 청산자는 로봇으로, 블록체인 쿼리, 가격 관찰, 청산 시도를 자동으로 실행하는 도구를 사용한다.

물론 청산자 간에도 경쟁이 존재하며, 선제적 청산이 만연하다. 청산은 고정 가격 차이의 원자 청산과 경매 등의 비원자 청산으로 나뉜다. 전자는 한 번의 블록체인 거래에서 완료되며, 후자는 청산자가 여러 거래에서 대출 풀과 상호작용해야 한다. 두 가지 청산의 차이는 아래에서 설명할 것이다.

고정 가격 차이 청산

고정 가격 차이 청산은 여러 청산자가 일정 기간 내에 입찰할 수 있도록 하며, 청산 가능한 대출은 미리 정해진 할인으로 청산에 참여할 수 있다. 예를 들어, Aave는 청산자가 시장 가격의 15% 할인된 가격으로 담보를 구매할 수 있도록 하여, 할인 값 또는 청산 가격을 미리 알 수 있다. 고정 가격 차이 청산 방식을 채택하면 긴 청산 경매를 피할 수 있어 시간 비용과 거래 비용을 절감할 수 있다. 또한 청산자는 플래시 론을 사용하여 청산을 진행할 수 있어 청산에 필요한 자산의 통화 위험을 줄일 수 있지만, 플래시 론의 사용은 청산자의 비용을 증가시킬 것이다.

예시:

현재 ETH 가격이 3,500 USD이고 청산 비율이 80%라고 가정하자. 사용자 A는 3개의 ETH를 스테이킹하고 있으며, 담보의 현재 가치는 10,500 USD이고, 사용자가 차입할 수 있는 자산 한도는 8,400 USD(10,50080%)이다. 만약 ETH 가격이 3,300 USD로 하락하면, 담보의 현재 가치는 9,900 USD가 되며, 이때 3개의 ETH의 차입 자산 한도는 7,920 USD(9,90080%)가 된다. 시스템의 안전 계수는 이제 1 이하로, 즉 7,920/8,400 ≈ 0.94이므로 담보가 청산된다.

청산자는 청산 거래를 제출하여 50%의 부채인 4,200 USD를 상환한다. 그 대가로 청산자는 3,000 USD/ETH(3,300/(1+10% 청산 할인))의 할인된 가격으로 청산할 수 있다. 이번 청산에서 청산자는 420 USD의 순이익을 얻었다((4,200/3,000)*3,300-4,200).

경매 등의 비원자 청산

경매 청산은 다음과 같은 방법을 따른다:

· 대출이 청산 조건을 충족해야 하며, 즉 안전 계수가 1 이하로 떨어져야 한다;

· 청산자가 경매를 시작하며, 이 과정은 몇 시간 동안 지속될 수 있다;

· 관심 있는 청산자가 입찰을 시작하며, 가장 높은 입찰자가 담보를 얻는다;

· 경매는 경매 계약의 규정에 따라 종료된다.

청산자는 MakerDAO 시스템에서 자산이 부족한 대출을 찾아 청산 가능한 거래를 발견하면 bite 함수를 호출하여 청산 프로세스를 시작할 수 있다. 청산 프로세스는 두 단계 경매의 과정이다. (이 부분에 대해서는 능력이 있는 사용자가 직접 코드를 읽어보기를 권장하며, 여기 클릭하여 DeFi 애호가가 번역한 MakerDAO DSS 코드를 읽을 수 있다. 아래에서도 해당 번역을 인용할 것이다.)

tend: tend는 첫 번째 단계 경매로, 첫 번째 단계 경매는 모든 담보물에 대해 진행된다. 경매 시간이 종료되고 가격이 대출 금액과 안정성 비용을 상환할 수 있는 수준에 도달하지 않으면, 가격이 높은 사람이 승리한다. 매번 입찰은 이전 입찰자의 입찰가에 최소한 일정 비율(구체적인 값은 시스템 매개변수에 따라 결정됨)을 추가해야 한다. 이 경매 단계에서 입찰자가 대출 금액과 안정성 비용을 정확히 상환할 수 있는 입찰가를 제시하면 두 번째 단계 경매로 진행된다.

dent: 입찰자는 첫 번째 단계의 마지막 입찰가를 유지하며, 모든 대출과 안정성 비용을 상환할 수 있는 입찰가를 제시하여 담보물의 수량을 줄인다. 매번도 최소한 일정 비율로 감소한다.

Tend와 dent의 프로세스는 아래 그림에서 볼 수 있다:

경매 시간이 종료되면 deal 함수를 호출하여 경매를 완료하고, 담보물은 승자에게 이전된다.

청산 연구

이더리움 체인에서 데이터를 수집하여 각 프로토콜이 청산을 통해 판매한 담보물의 가치를 얻었다:

프로토콜이 출시된 이후 이더리움 블록 높이 12,344,944까지 총 28,138회의 성공적인 청산이 이루어졌다. 위의 청산 가치 데이터는 청산 종료 시점의 담보물 USD 가격을 기준으로 계산되었다. Aave, Compound, dYdX, MakerDAO 4개 플랫폼의 총 청산 담보물 누적 금액은 8.07억 달러를 초과했다.

2020년 11월, Compound의 청산량 증가의 주요 원인은 Compound 오라클이 제공한 DAI 가격 변동 때문이다. 2021년 2월의 급격한 상승은 암호 자산 가격의 급격한 변동 때문이었다.

청산자 손익

28,138회의 성공적인 청산의 총 이익은 6359만 달러이다. 각 프로토콜의 다른 월별 청산 이익을 그래프로 나타내면 다음과 같다:

MakerDAO의 2020년 3월 청산 이익은 1,313만 달러로 역사상 최고치를 기록했다. 주요 원인은 3월 12일 ETH 가격이 폭락했기 때문이며, 청산 로봇이 빠르게 반응하지 못했고, 네트워크 혼잡으로 인해 청산자의 거래가 채굴자에 의해 블록에 포함되지 않았다. 지연으로 인해 청산할 수 있는 사용자가 매우 낮은 비용으로 수동 청산을 수행하고 경매에서 이겼다.

Compound는 각각 2020년 11월과 2021년 2월에 838만 달러와 961만 달러의 청산 이익을 발생시켰다. 전자의 원인은 오라클 가격 제공 메커니즘이며, 후자는 오라클이나 청산 로봇과는 관련이 없는 것으로 보인다.

각 이더리움 주소가 하나의 사용자를 대표한다고 가정하면, 총 2011명의 청산자가 있다. 평균적으로 각 청산자의 이익은 3.16만 달러이다. 가장 활발한 청산자는 스스로 2,482회의 청산을 수행하여 741.75만 달러의 이익을 얻었다.

또한 흥미로운 발견은 MakerDAO에서 641회의 청산이 손실을 발생시켰으며, 총 손실은 약 467.44만 달러라는 점이다. 손실이 발생한 주된 원인은 경매 과정에서 담보물 가격 변화 때문이다.

고정 가격 차이 청산

28,138회의 성공적인 청산 중 Aave V1, Aave V2, Compound 및 dYdX는 각각 3,809, 1,039, 6,766 및 9,762회의 고정 가격 차이 청산을 수행했다.

아래 그림은 고정 가격 차이 청산의 가스 가격과 평균 가스 가격을 통계적으로 나타낸 것이다. 보다 직관적으로 관찰하기 위해 평균 가격은 6,000개의 블록의 이동 평균 가스 비용을 계산하여 부드러운 곡선을 얻었다(그림의 검은 선).

사실, 이 데이터는 청산 과정이 경쟁적임을 나타내며, 73.97%의 청산자가 평균보다 높은 가스 비용을 지불했다.

경매 청산

MakerDAO는 총 6,762회의 경매 청산을 진행했으며, 이 중 3,377회는 tend 단계에서 종료되었고, 나머지 3,385회는 dent 단계에서 종료되었다. 청산에 참여한 사용자의 평균 수는 1.99명에 불과하다. 매번 청산에 참여하는 사용자 수는 2.63±1.96명, tend 청산에 참여하는 사용자 수는 1.58±0.95명, dent 청산에 참여하는 사용자 수는 1.06±1.62명이다.

MakerDAO 청산 경매의 지속 시간을 경매 시작과 최종 완료 간의 차이로 정의하면, 청산 지속 시간을 시각화할 수 있다:

흥미롭게도, 2020년 3월 12일 이후 MakerDAO의 청산 지속 시간이 명확히 길어졌다. 평균적으로 청산 지속 시간은 2.06 ± 6.43시간(평균 ± 표준 편차)이다. 4,173회의 청산이 1시간 이내에 완료되었다. 동시에, 청산 지속 시간이 예상보다 길어지는 경우는 드물며, 이는 관련 청산자가 경매를 완료하지 못했기 때문일 수 있다. 예를 들어, 가장 긴 청산은 346.67시간 지속되었지만, 마지막 입찰 시간은 종료 전 344.6시간이었다.

위험

Aave와 Compound의 청산 메커니즘은 청산자가 부채 청산이 가능할 때 최대 50%의 담보물을 청산할 수 있는 권리를 부여한다. 이 설계는 스테이킹 사용자보다는 청산자에게 유리하다. 부채 문제는 50% 미만의 담보물을 판매함으로써 해결될 수 있다.

적절한 청산 계수를 선택하는 것은 도전적인 일이다. 블록체인의 거래 처리량이 제한적이기 때문에 청산 메커니즘은 가능한 한 청산 사건과 전체 거래 수를 줄여야 한다.

경매 메커니즘은 청산 계수를 지정하지 않기 때문에 담보물을 청산하는 보다 세밀한 방법을 제공한다. 그러나 경매 청산자는 경매 기간 동안 담보물 가격 변동으로 인한 손실에 직면할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, MakerDAO 청산 역사에서 641회의 손실 청산이 있었다. MakerDAO 청산에 참여하는 사용자는 네트워크 혼잡 및 가격 변동 등의 위험에 주의해야 한다.

결론적으로, 일부 경매 메커니즘, 예를 들어 비크리 경매(Vickrey auction) 및 역 네덜란드 경매(Dutch reverse auctions)는 과도한 청산을 완화할 잠재력이 있을 수 있다.

과도한 청산 외에도, 부실 채권도 위험의 일부이다. 대출에서 부실 채권은 두 가지로 나뉘며, 담보물이 부족한 경우(부실 채권 I)와 거래 비용이 청산 참여로 인한 이익보다 높은 경우(부실 채권 II)이다.

현재의 부실 채권 수를 측정해보면, 스테이킹 사용자가 상환 시 일정한 무작위 비용을 부담해야 한다고 가정할 때, 이 비용은 100달러이다. 따라서 2021년 4월 30일 기준으로 부실 채권 I과 부실 채권 II의 수는 각각 351과 3,525이다. 부실 채권의 발생으로 인해 Aave V2의 유동성이 8.74만 달러 감소했다. 반면 dYdX는 외부 보험 기금을 사용하여 부실 채권 I을 취소했기 때문에 이러한 유형의 부실 채권이 존재하지 않는다.

부실 채권 II는 주목할 만하다. 부실 채권 II의 축적은 더 많은 부실 채권 I을 초래할 수 있다. 청산 거래 비용이 100달러일 때, Compound에는 350개의 무익한 청산 기회가 존재하며, 이 담보물의 가치는 12.5만 달러이다.

청산 비용이 다를 경우, Aave V2, Compound 및 dYdX의 무익한 청산 기회는 다음과 같다:

물론 청산자는 플래시 론을 활용하여 고정 이자 차이 청산을 완료할 수 있으며, 구체적인 단계는 다음과 같다:

1. X 토큰을 차입하여 부채를 상환한다;

2. 플래시 론을 사용하여 스테이킹 사용자의 부채를 상환하고 담보물 Y를 얻는다;

3. 일부 담보물 Y를 X로 교환한다;

4. 플래시 론 X와 이자를 상환하고, 나머지 이익은 청산자에게 귀속된다.

플래시 론 청산이 무익하다면, 플래시 론은 성공적으로 진행되지 않을 것이다. 체인 상의 데이터에 따르면, 총 623건의 플래시 론이 청산에 사용되었으며, 누적 대출 금액은 4.83억 달러에 달한다. 또한 dYdX에서 플래시 론을 사용하는 자금량이 더 큰 이유는 dYdX의 낮은 플래시 론 이자 때문일 수 있다.

불안정성

대출 플랫폼이 다양한 토큰 하락에 반응하는 정도를 측정하기 위해, 본 논문은 청산 민감도를 정량화하였다. 즉, 암호 가격의 하락이 얼마나 많은 담보물의 청산을 유발할 수 있는지를 측정한 것이다.

연구 결과, Aave, Compound, MakerDAO 및 dYdX 4개 플랫폼은 ETH 하락에 매우 민감하다. 예를 들어, 2020년 3월 12일 ETH가 43% 하락할 경우, MakerDAO는 최대 10.7억 달러의 청산을 초래할 것이다.

흥미롭게도, Aave V2와 Compound는 유사한 청산 메커니즘을 채택하고 TVL도 비슷하지만, Aave는 하락 과정에서 더 안정적인 상태를 나타낸다. 추가 연구를 통해 Aave V2의 사용자는 다중 토큰 스테이킹을 선호하기 때문에 단일 토큰 가격 하락으로 인해 대량 청산이 발생하기 어렵다는 것을 알 수 있다.

동시에 스테이킹 안정 코인을 통해 다른 안정 코인을 대출하는 전략도 청산 발생을 줄였다. DAI, USDC 및 USDT 3종 안정 코인 간의 체인 상 가격 관계를 수집한 결과, 2020년 5월 1일부터 2021년 4월 30일까지 3종 안정 코인은 99.97%의 시간 동안 가격 차이가 5% 이내에 있었다. 그러나 블록 높이 10,578,280에서 USDC와 DAI의 가격 차이는 11.1%였다.

청산 과정의 게임이 대출 역할에 미치는 영향

청산 과정은 사실 제로섬 게임이다. 청산자가 이익을 얻는 것은 스테이킹 사용자의 손실을 의미한다. 따라서 이익 측면에서 어떤 메커니즘이 청산자 또는 스테이킹 사용자에게 더 유리한지를 추론할 수 있다.

다양한 암호화폐의 가격 변동 영향을 피하기 위해, 여기서는 스테이킹 ETH를 대출하여 DAI를 청산하는 경우만 연구하였다. 이 대출은 4개 플랫폼에 존재하며, 월별 청산 이익과 거래량의 비율을 계산하여 다음과 같은 결과를 얻었다:

결과는 dYdX의 값이 가장 높아, dYdX가 청산자에게 가장 유리하고 스테이킹 사용자에게 가장 불리하다는 것을 의미한다. 이 결과는 dYdX가 청산 계수를 설정하지 않았기 때문에 나타난 것으로, 이는 부채 안전 계수가 1 이하로 떨어지면 청산자가 개입하여 청산할 수 있음을 나타낸다.

2020년 3월을 제외하고, MakerDAO의 값은 항상 Compound보다 낮았다.

놀랍게도, Aave는 Compound와 유사한 청산 메커니즘을 채택하고 있지만, Aave의 계산 값은 Compound보다 낮으며, 특히 Aave V1에서 더욱 그러하다. 이는 Aave에서 DAI/ETH 청산 사건의 수가 적기 때문으로 추정된다. Aave의 사례가 적어 도출된 데이터가 대표적인 결론을 도출하기 어려울 수 있다.

따라서 결론적으로, 경매 메커니즘이 고정 가격 차이 청산보다 스테이킹 사용자에게 더 유리하다는 것을 알 수 있다.