波卡插槽拍卖机制「蜡烛拍卖」最新研究进展

平行链拍卖是 Kusama 和 Polkadot 的核心特征。拍卖结果决定了哪些项目可以获得平行链插槽以及需要锁定代币的数量。为了生态系统的健康，重点的是要把稀缺的插槽分配给最能充分利用它们的项目。众所周知，拍卖通常是实现这一目标的绝佳方式，因为 —— 除了双边谈判之外 —— 团队因此需要预先对拍卖进行估值。^[1]

Kusama 和 Polkadot 都采用蜡烛拍卖「Candle Auction」来分配平行链插槽。有很多很好的案例可以解释这种机制在实践中是如何运作的。^[2] 尽管如此，蜡烛格式「Candle Auction」是一种非常不寻常的拍卖方式。此外，平行链拍卖的规模和范围并不是每天都在区块链上发生。本文将就此探讨以下基本问题：

1. 为什么拍卖在链上运作比在链下更好？

2. 使用蜡烛拍卖「Candle Auction」的特殊原因是什么？

为了回答这些问题，我们将首先深入探讨 Gian Vincenzo Pinelli（1535 - 1601 年）的悲惨故事，他是 Paduan 学者、狂热的收藏家和伽利略的导师。他遗产的出售是通过蜡烛拍卖「Candle Auction」完成的，但以失败告终。我们认为这次失败的原因，恰恰体现了链上拍卖的优势。

然后我们再来探讨一下，为什么蜡烛拍卖「Candle Auction」是区块链拍卖最合适的形式。

在此之前，我们先简要回顾一下 Web3 基金会最近所做的研究。

拥有那不勒斯贵族血统的皮内利收集了几乎所有学术相关的收藏品，从化石到硬币，从矿物到历史肖像，从天文仪器到地图。^[3] 然而，他的遗产中最著名的部分是他巨大的图书馆。除了大量书籍外，还包含 700 多份手稿，其中有许多稀有品，例如 4 世纪荷马的插图片段和 1355 年的但丁微缩模型。

在他去世后，皮内利的图书馆被打包并运往那不勒斯的继承人。图书馆由大约 130 个箱子组成，需要三艘船来运输。其中一艘船被海盗夺走了，图书馆的其余部分到达目的地后不久，皮内利的继承人就去世了。辗转多年，由于疏忽丢失了更多的书籍，图书馆于1608年被皮内利继承人的遗孀拍卖。

按照当时的惯例，拍卖的形式是蜡烛拍卖：拍卖师在感兴趣的投标人面前点燃一支蜡烛，然后他们出价，直到蜡烛熄灭。蜡烛熄灭时出价最高的人赢得了该物品并支付了他的出价。皮内利拍卖是最早有详细历史记载的蜡烛拍卖之一。蜡烛拍卖早在中世纪的法国就被使用了（记录至少可以追溯到 1368 年），主要是为了解决继承纠纷。其他记录包括英国的船舶和毛皮拍卖。

蜡烛拍卖仅在相对较短的时间内使用。（它们最终被拍卖会所取代，拍卖师用指挥棒敲三下宣布结束，就像我们今天所知道的那样。）它们消失的原因是它们运行起来很成问题。具体来说，当时的蜡烛拍卖大多面临以下三个问题。

首先，人们很快就开始从事今天称为狙击的活动：“恶意[取消]竞标，直到蜡烛[被]完全烧毁，结果遗产[几乎]从未以真正的价值售出。^[4]

其次，反复尝试操纵结束时间，比如咳嗽使蜡烛熄灭。

第三，一旦蜡烛熄灭，往往很难准确确定获胜者，这可能会导致激烈的争论。例如，塞缪尔·佩皮斯（Samuel Pepys）在观察英国的一场蜡烛拍卖时在他的日记中写道，他看到后感到震惊：“当蜡烛熄灭时，他们如何哭喊和争论是谁先出价的。”^[5]

因此，早期的蜡烛拍卖，尤其是皮内利图书馆的拍卖，都是一场灾难。区块链技术在在哪些层面可以提供帮助呢？

首先，拍卖者在出售后的行为指出了任何链下拍卖的主要问题：拍卖人缺乏承诺。即使有最好的法律制度，在拍卖后突然改变主意的情况下，卖方至少可以延迟在售商品的交易。当然，如果拍卖中的竞拍者预料到了这种行为，那么他们就不会像其他人那样认真地竞拍，从而产生更低的竞价。相比之下，如果拍卖和出售的物品都在区块链上，智能合约可以轻松解决这个问题，一旦中标者确定了，就会触发竞拍物的转移。

接下来，更具体地转向蜡烛拍卖，并考虑狙击问题。使用蜡烛的原因是使拍卖的结束时间随机：没有人能够知道拍卖何时结束，这样可以鼓励提前出价。这听起来是个好主意，但拍卖提前结束的可能性几乎为零。

相比之下，现代计算机允许更分散的结束时间分布，从而增加了拍卖提前结束的可能性。提前结束时间的可能性意味着狙击行为确实不再是问题，因为投标人从一开始就面临着需要认真投标的压力。

然而，单靠现代计算机并不能解决蜡烛拍卖的第二个问题：结束时间的可操纵性。特别是，代表卖方行事的拍卖师仍然必须让投标人相信宣布的结局确实是随机生成的。毕竟，因为出价会随着时间的推移而增加，所以卖家总是喜欢更晚而不是更早地参与竞拍。幸运的是，密码学的最新进展允许不可变的随机性，并且可以被网络中的每个人验证。^[6] 因此，在区块链蜡烛拍卖中，投标人不能随意中止竞拍，拍卖师也不能谎报结束时间。

蜡烛拍卖的第三个问题是，它们的执行过程通常非常忙碌，致使围绕谁在何时出价和出价多少的问题上争吵不休。在现代拍卖（线上和线下）中，出价的确切顺序会被记录下来，这应该会减少此类争议。尽管如此，对此类记录的秘密操作仍然存在问题。尤其是在复杂的在线拍卖中，欺诈指控屡见不鲜。^[7] 因此，参与此类拍卖总是基于对拍卖师的信任。当然，这与区块链拍卖形成对比：如果投标记录在链上，那么每个人都可以验证所有投标的数量和时间，完全不需要信任。

现在我们知道蜡烛拍卖在区块链实施，可以比早期线下实施有所改进，但问题仍然存在：为什么优先使用蜡烛拍卖？

认为蜡烛拍卖有助于解决区块链的拍卖通常会面临的两个主要问题：抢先交易和投标人之间智能合约的存在。

抢先交易（根据特权或内幕信息在其他人之前采取行动）会出现在区块链上，因为即将发生的交易在上链之前，就已被参与者所知。^[8] 对于在区块链上的拍卖实施过程，一些投标人可以在其他投标人的投标生效之前看到并对其做出反应。

例如，在第一价格拍卖（中标者支付最高出价的拍卖）中，这使精通技术的投标者有可能随心所欲地投出高于其他投标者的价格。但是，令人担忧的是，抢先交易的存在使某些竞标者很没有参与感，从而抑制了整体竞标，继而减少了拍卖的收入。此外，拍卖效率也可能会受到影响，因为出售的商品流向了技术最先进的投标人，而不是估值最高的投标人。

正如 Jeff Burdges 和 Luca de Feo 在 Web 3 基金会的研究中所讨论的那样，目前存在解决前端运行问题的加密解决方案。然而，它们要么是非常计算密集型的，要么要求投标人采取多种行动。但最重要的是，如果投标本身是通过智能合约执行的，那么加密解决方案就无法正常工作。原因在于，智能合约对应的是公开可见的代码。因此，它们对待售商品的估价和它们的策略在拍卖前就已公之于众。鉴于智能合约的广泛使用，在区块链上实现的任何拍卖中，潜在投标人之间的智能合约存在的可能性很高。

智能合约投标人同样面临透明度问题。如果事先知道智能合约的估值，那么拍卖者就有可能注册一个小号并进行所谓的 shill 投标（即旨在提高获胜者支付的价格的投标）。这在第二价格拍卖（即中标者支付第二高出价的拍卖）中尤其成问题。在这样的拍卖中，每个人都必须诚实投标，因此，拍卖者可能会在拍卖中，做出欺骗智能合约的行为（通过提交略低于智能合约估值的出价） 。但预见到这种行为的智能合约，很可能一开始就对参与其中犹豫不决。这又导致了效率问题，因为决定不参与的智能合约很可能是估值最高的合约。

总之，抢先拍卖基本上排除了投标人同时提交一个出价的静态拍卖，智能合同的透明度排除了采用第二价格支付规则的拍。

在 Häfner 和 Stewart 在 2021 年的研究中，我们证明蜡烛拍卖方式是一个很好的选择。为了说明我们的观点，我们分析了两个竞标者之间的蜡烛拍卖。在每一轮中，两个投标人按照固定的顺序移动。也就是说，一个投标人总是领先于另一个投标人。投标价必须随着时间的推移而增加。在决定性的一轮中，出价最高的投标人获胜并支付出价。

结果表明，在适当选择结束时间分布的情况下，对于第一个投标人来说，随着时间的推移，提出更多的出价是最有优的，而第二个投标人在她对出售的商品的估价较高时，只需与目前的出价相匹配。因此，蜡烛拍卖提供了一些安全措施，以抵御险恶的投标攻击：为了将价格提高到均衡价格之上，拍卖商必须在较早的一轮中提交更高的中标价。但这样做的代价是，如果拍卖恰好在这段时间内结束，那么其中一名竞拍者就会提前支付一笔款项。

此外，随机结束时间比固定结束时间更能吸引竞标者的参与。在固定的结束时间下，两个投标人可能会等待投标直到最后一个时期。另一方面，随机结束时间给投标人带来了提前投标的压力。尤其是，由于抢先出价者在其估值较高时会匹配当前最高出价，因此抢先出价者可以通过随着时间的推移提交增加的出价来赢得优势。这允许他根据新信息微调出价，从而获得更高的预期效用。

我们发现随机结束时间比固定结束时间有着更高的中标率。由于投标人随着时间的推移提交越来越高的出价，因此随机结束规则意味着有时拍卖者还必须接受前几轮的较低出价。然而，随机结束时间的魔力使投标人的整体出价更高，从而会有更高的平均中标价格。

最后，我们发现，在一个统一的结束时间分布和大量的回合制下，结果会接近的第二价格拍卖。这意味着竞拍者的预期付款以及拍卖人的预计收入与第二价格拍卖中的收入相等。这是一个重要的结果，因为第二价格拍卖是最理想的拍卖之一 —— 也就是说，是那些产生最高收入的拍卖。这也意味着 —— Polkadot 最想追求的结果 —— 估价最高的投标人赢得竞拍！

综上所述，蜡烛拍卖形式能够缓解由抢先交易引起的所有三个问题：（1）弱势竞标者的低效用；(2) 竞拍收入低；(3)效率低。鉴于这些特性，我们应该期待蜡烛拍卖成为区块链上所有拍卖的标准机制。

在皮内利图书销售的最后一个悲剧性转折中，将书籍运往米兰的费用比预期的要高，因此，大部分书籍在途中被处理掉了。最后，只有 35 个盒子（最初的 130 个盒子中）送到了米兰的 Biblioteca Ambrosiana，它们今天依旧还在那里。

• Bulow, Jeremy, and Paul Klemperer. 1996. “Auctions Versus Negotiations.” The American Economic Review, 86(1), 180-194.

• Burdges, Jeffrey, and Luca De Feo. 2020. “Delay Encryption.” Working Paper.

• Daian, Philip, Steven Goldfeder, Tyler Kell, Yunqi Li, Xueyuan Zhao, Iddo Bentov, Lorenz Breidenbach, and Ari Juels. 2019. Flash Boys 2.0: Frontrunning, Transaction Reordering, and Consensus Instability in Decentralized Exchanges.

• Häfner, Samuel, and Alistair Stewart. 2021.Blockchains, Front-Running, and Candle Auctions.” Working Paper.

• Hobson, Anthony. 1971. “A Sale by Candle in 1608.” The Library 5 (3): 215-233.

• Micali, Silvio, Michael Rabin, and Salil Vadhan. 1999. “Verifiable Random Functions.” 40th annual symposium on foundations of computer science (cat. No. 99CB37039), 120-130.

• Pepys, Samuel. The Diary of Samuel Pepys.

• [1] See the seminal work by Bulow and Klemperer (1996).

• [2] For a general overview, cf. the Polkadot wiki article. The Polkadot decoded talk by Shawn Tabrizi is also very informative.

• [3] The accounts given in this and the next section largely follow Hobson (1971).

• [4] Hobson (1971, 223).

• [5] Pepys (1662, Wed. 3 September).

• [6] See, e.g., Micali, Rabin, and Vadhan (1999).

• [7] For example, see this story on MarketWatch about the manipulation accusations of Daily Mail against Google

• [8] See, e.g., Daian et al. (2019).