算法稳定币的安全性：FRAX、RAI、DAI 和 AMPL

作者：Konstantin Nekrasov - MixBytes 的安全研究员

简介

在本文中，我们将继续研究稳定币的常见陷阱。在上一篇文章中，我们提供了一个安全检查清单，并分析了Magic Internet Money (MIM)，一种超额抵押的稳定币。为了方便使用，本文在单独的部分提供了扩展的安全检查清单，并简要分析了其他稳定币：FRAX、RAI、DAI和AMPL。

检查清单

1. 死亡螺旋思维实验

这是一个基本问题，问的是如果代币的价格不断下降，会发生什么。

稳定币是否可以在理论上安全“逐渐减小”为零用户？或者更确切地说：如果预期的未来活动降到零，会发生什么？

2. 庞氏骗局思维实验

这是一个基本问题，问的是如果代币的价格不断上涨，会发生什么。是否存在应对机制？

如果稳定币没有应对持有需求超过铸造需求的机制，则稳定币的价格可能会超过固定汇率，并可能在两个方向上都对极端价格波动变得脆弱。

为了检查是否存在这样机制，Vitalik Buterin 建议进行思维实验：如果你试图将稳定币与每年上涨 20% 的指数挂钩，会发生什么？

他声称，试图跟踪庞氏指数的稳定币基本上可以以两种方式结束：

1. 对持有者收取某种负利率，抵消基本上取消以美元计的指数内置的增长率。
2. 它变成一个庞氏骗局，给稳定币持有者在一段时间内提供惊人的回报，直到有一天它突然轰然崩溃。

Buterin 声称，为了使抵押自动稳定币可持续，它必须以三种方式含有实施负利率的可能性：

1. RAI 风格，拥有一个浮动目标，如果赎回率为负，则该目标可以随时间下降。
2. AMPL 风格，在时间推移中调整余额。
3. DAI 风格。作为一种 混合 稳定币，使用纯加密资产和中心化资产如 USDC 作为抵押。

3. 预言机弱点

检查哪些适用：

1. 快速借贷价格操纵。
2. 低交易量市场价格操纵。
3. TWAP 操纵。你可以查看 Rari Fuse VUSD价格操纵黑客。使用 Uniswap Oracle Attack Simulator 计算移动加密资产的 TWAP 所需的钱。
4. 过时的价格：

4.1. TWAP 滞后套利。例如，通过使用 TITAN 的十分钟加权平均价格而不是现货价格，用户能够以不同于现货市场上 TITAN 的价格在主要市场上创建和赎回 IRON [*]。

4.2. 稀有价格更新。如果存在公共方法进行更新，这可能尤为有趣。例如，xSUSHI/MIM 贷款池中的预言机价格过时，以至于黑客利用快速借贷开设了一个廉价的 CDP，更新价格后立刻以超过 10 万美元的利润清算头寸（参见 该笔记录 和 交易）。

5. MEV套利（预言机价格更新前抢）。
6. 预言机数据提供者的共谋。这样的攻击获得的利润是否要比潜在损失高得多？
7. 买断预言机。控制股份的价格是否远低于稳定币的总价值？

此外，你可能还想查找预言机攻击清单。

4. 治理攻击

稳定币是否具有治理结构？控制股份的价格是否远低于稳定币的总价值？

此外，你可能还想检查治理攻击检查清单：

• DAO 投票漏洞
• 博弈论攻击

5. 特定算法问题

重新调整算法稳定币

重新调整代币是一种加密货币，根据价格波动调整其流通供应量（例如 Ampleforth）。

需要询问的问题：

• 总供应量是否存在溢出或下溢的可能性？

超额抵押算法稳定币

加密抵押稳定币是以其他加密货币为支撑的。由于储备加密货币可能也容易受到高度波动，这些稳定币是超额抵押的——持有的加密货币的价值超过发行的稳定币的价值（例如 DAI、RAI、MIM）。

需要询问的问题：

1. 抵押比率是否足以应对抵押的波动性？
2. 如果代币变为不足抵押，会发生什么？
3. 如果债务持有人在稳定币下跌到固定汇率以下时不回购稳定币，而是等待其进一步下跌会发生什么？这会导致死亡螺旋吗？
4. 发行不足事件。如果抵押价格开始下跌，就存在大规模清算的风险。借款人将在市场上大量购买稳定币以偿还债务。这将推高稳定币的价格。同时，没有人会冒险再抵押额外的抵押品来铸造新的代币，因为担心抵押品本身价格下跌而被清算。因此，在稳定币的总量有限且不断缩减的情况下，其价格将进一步上涨。这样的情况确实发生在 DAI 上，并通过引入使用 USDC铸造 DAI 的能力得到了解决。 问题是——稳定币是否有机制（类似于 DAI 的稳定-稳定铸造）来应对这样的事件？

铸币收益算法稳定币

铸币收益稳定币允许销毁其代币（从而提升价格）以换取铸币收益股份（伴随的加密货币），前提是这些股份将来可能被兑换为更多的货币。

荫有成功的稳定币使用铸币收益机制（DAI、FRAX）以及失败的稳定币（Luna/UST 和 Titan/Iron）。

需要询问的问题：

• Luna/UST 显示 仅靠铸币收益是不够以避免死亡螺旋。Titan/Iron 显示即使75%的美元支持也不够以避免死亡螺旋。稳定币是否还有其他机制来维持其固定汇率并避免崩溃？

分析

FRAX V1

Fraax V1 协议是包含一种稳定币FRAX和一种治理代币 Frax Shares (FXS) 的双代币系统。该协议以 USDC 抵押池作为支撑。

FRAX 可以根据其价值铸造和赎回$ 1，部分以 USDC，部分以 FXS，具体取决于当前的抵押比率。抵押比率参数每小时按照当前 FRAX 价格变化 0.25% [*]：

• 如果价格在固定汇率之上持续足够长的时间（即人们对稳定币有信心），抵押比率会降低。
• 如果价格在固定汇率之下持续足够长的时间（即人们失去信心），抵押比率会增加。

FRAX 依赖于铸币收益机制来稳定其价格：

• 如果 FRAX/USDC < 1$ → 以低于 1 美元的价格购买 FRAX 焚烧以获得价值 1$ 的 USDC + FXS。这样，价格会提高。
• 如果 FRAX/USDC > 1$ → 以价值 1美元的 USDC + FXS 铸造 FRAX，并将其出售以获得更多的 USDC 价值。这样，价格会降低。

1. 死亡螺旋思维实验

如果 FRAX V1 抵押比率降低至，例如 75%，那么协议的状态将变得危险地类似于失败的 Titan/Iron。因此，FRAX V1 协议存在银行挤兑的风险。

FRAX V2 协议是一个更复杂的案例，超出了本文的范围。

2. 庞氏骗局思维实验

如果你尝试将 FRAX 与每年上涨 20% 的指数挂钩，会发生什么？

价格将跌破固定汇率，这将推动抵押比率达到100%。但固定汇率将继续上升，因此用户必须支付更多的美元获取1个 FRAX。因此，早期用户将能够以增加的抵押量焚烧他们的 FRAX，损害较新的用户。

存在一个可能性，即最后的持有者可能根本无法提取任何资金。考虑一个例子：

1. 固定汇率和价格为 1$，抵押比率为 100%。
2. 用户 №1 用 200$ 铸造 200 FRAX。
3. 固定汇率和价格上涨至 2$。
4. 用户 №2 用 200$ 铸造 100 FRAX。
5. 总 FRAX 供应量为 300，总池价值为 400$。
6. 用户 №1 焚烧 200 FRAX 换取 400$。
7. 总 FRAX 供应量为 100，总池价值为 0$。
8. 现在用户 №2 无法焚烧任何 FRAX，因为池中没有资金。

3. 预言机弱点

Frax 协议使用 Chainlink 预言机 + Uniswap 1 小时 TWAP。FXS 的价格是根据 Chainlink 提供的 ETH/USD 价格与 Uniswap 提供的 ETH/FXS 价格计算的。这创造了套利的机会：如果当前 FXS 的价格远低于滞后预言机中的价格，则在市场上以低价购买 FXS，然后焚烧以铸造和出售新的 FRAX，将推动 FXS 的价格上涨，而 FRAX 的价格下跌。

4. 治理攻击

Frax 治理模块源自维护 Compound，与 Frax Shares (FXS) 作为系统中的投票代币。

从 etherscan.io（2022 年 11 月 9 日）可以看出：

• FXS 当前价格为 4.61 美元。
• FXS 总供应量为 99,822,984 FXS，所以控制股份（50%）应为 49,911,492 FXS。
• FXS 的流通供应量价值 303,097,331美元，完全稀释后的 $550,024,642。
• FRAX 的总价值是 $1,223,556,231。

似乎在政府获取控制股份的成本为 $4.61 * 49,911,492 FXS = $230,091,978，这比 FRAX 稳定币的整体价值低四倍，但实际情况是一旦攻击者开始从市场上购买如此大数量的代币，FXS 的价格将暴涨，他们所需支出的总金额将会更高。

5. 特定算法问题

FRAX V1 具备铸币收益机制。正如上面提到的，FRAX V1 可能会重复 Titan/Iron 的死亡螺旋场景。

还应注意，在银行挤兑的情况下，存在 某些用户无法取回资金的风险。考虑一个例子：

1. 抵押比率为 50%。
2. 用户 №1 用抵押 100$ 和火焚烧 100$ FXS 铸造 200 FRAX。
3. 抵押比率为 100%。
4. 用户 №2 用 100$ 铸造 100 FRAX。
5. 现在铸造了 300 FRAX，池中有 200$。
6. 用户 №1 焚烧 200 FRAX，取回 200$。
7. 现在用户 №2 无法取回他们的资金，因为池中余额为 0$。

Rai Reflex Index (RAI)

RAI 是一种以 ETH 为基础的超额抵押稳定币，具有浮动固定汇率。

为了铸造 RAI，用户创建一个抵押债务位置 (CDP)，当出现以下情况时可能会变得不健康：

• 抵押品（ETH）的价格大幅下降；
• 固定汇率大幅上涨。

如果用户的债务变得不健康，则抵押品将以折扣出售。这提供了某种保证，即稳定币的价值不会低于所锁定的抵押品的价值。

RAI 依赖于套利来稳定其价格：

• 如果 RAI/USD < 固定汇率：从市场中购买 RAI 并将其焚烧以偿还债务是有利可图的。
• 如果 RAI/USD > 固定汇率：铸造 RAI 并以美元出售，期望价格更低是有利可图的。

固定汇率由抵押赎回价格决定。它不断以正或负的比例改变：

• 当 RAI 的市场价格 > 抵押赎回价格：这意味着人们更有信心，应该激励铸造更多 RAI，以推动价格的下降。抵押赎回价格变化率变为负值。清算的可能性降低。
• 当 RAI 的市场价格 < 抵押赎回价格：这意味着人们正在失去信心，应该激励更多焚烧 RAI，以推动价格的上涨。抵押赎回价格变化率变为正值。清算的可能性增加。

这是来自 Vitalik Buterin 的帖子的视觉示意：

1. 死亡螺旋思维实验

RAI 可以安全地逐渐减小吗？Vitalik Buterin 提供了良好的理由，说明 RAI 算法可以安全地处理需求突然下降的情况。

2. 庞氏骗局思维实验

RAI 能否应对持有需求超过借款需求的情况？Vitalik Buterin 认为 RAI 具备应对此类情况的良好机制：RAI 的浮动目标可以随着赎回率为负而下降。这相当于对持有者设置了负利率。

3. 预言机弱点

文档声明 RAI 使用 Chainlink 预言机 + Uniswap V2 TWAP 来确定 ETH/USD 价格。RAI团队承认，使用任何预言机都可能存在风险——例如存在共谋的风险。这可以被认为是一种不太可能发生的事件。

对 Uniswap V2 TWAP 的价格操纵攻击由于 ETH/USD 流动池中大量流动性看来代价过于昂贵。

可以看到，预言机每大约 1.5 小时更新一次抵押品价格，这对协议来说看似频繁。

4. 治理攻击

FLX 治理代币 的流通量为 $2,638,736，完全稀释后为 $13,274,844。 RAI 稳定币 的市值为 $9,916,797。

由于只有约 15% 的 FLX 是流动性的，因此很难买入控制协议的股份。同时，FLX 代币似乎到目前为止并没有太多的治理功能。

5. 抵押问题

有关当前债务/铸造统计数据，请访问 stats.reflexer.finance。

该算法即使在熊市中也表现得非常适应：目前没有不健康的清算头寸。

MakerDAO的DAI

DAI 是一种结合了中心化与去中心化抵押的混合借贷系统 [*]。

DAI 由多种机制稳定：

1. 全球结算预期：当全球结算发生时，DAI 持有者有权获取以抵押品支付的目标值的 DAI。对可能的未来全球结算的预期推动当前价格趋向于固定汇率。
2. 稳定化投机：投机当他们预期价格最终会恢复到固定汇率，而不需要他们的行动时，将会对 DAI 进行重新挂钩。
3. CDP 创建者进行价格操纵：在固定汇率时发行 DAI 的人，有动机在其价格低于开设 CDP 时回购 DAI，因而帮助提升价格。当 DAI 在应用固定汇率交易时，CDP 创建者可能希望创建更多 CDP。此外，CDP 会被自动清算，这也会推高 DAI 的价格。
4. MKR 稀释：通过 MKR 稀释尝试偿还 CDP 的债务的“债务拍卖”。债务拍卖用新铸造的 MKR 买入 DAI来偿还债务。这样 DAI 被焚烧以取消 CDP 尚未偿还的 DAI 债务。债务拍卖的目的是确保即使 CDP 中的抵押品不足也能偿还债务。
5. 链外稳定：Maker 可能会利用 MKR 销售的链外资金，通过各种方式稳定价格，有效地维护 DAIs 的买卖墙。

1. 死亡螺旋思维实验

DAI 能否安全地逐渐减小？首先需要注意的是，DAI 的价格不能低于 0.5$，因为至少 50% 的 DAI 是由美元稳定资产支持的。其次需要注意的是前一部分中提到的多种不同价格控制机制。 这些机制允许 DAI 社区相当好地稳定代币的价格。但是，即使在最坏的情况下，还有全球结算的最后手段机制：由 MKR 持有者选择的应急预言机可以停止协议以安全地解开所有抵押品。

2. 庞氏骗局思维实验

DAI 是由大量中心化稳定资产（超过 50%）支持的：

因此，它是一种混合稳定币。

它具有稳定-稳定铸造的机制，可以应对DIA 价格高于固定汇率的事件。

3. 预言机弱点

MakerDAO 使用 定制的预言机网络 应该每当价格变动 0.5% 或更多时在区块链上更新价格 https://blog.makerdao.com/makerdao-approves-4-new-light-feeds-for-oracles。抵押品的最终价格是从不同信息源生成的中位数价格进行计算——这有助于过滤掉异常值。

预言机网络迄今为止表现良好，并且没有相关的黑客事件。

4. 治理攻击

MKR 持有者负责治理 Maker 协议，包括调整 DAI 稳定币的政策、选择新的抵押品类型和改善治理本身。

• DAI 的流通价值为 $5,424,214,393。
• MKR 治理代币的流通价值为 $697,860,750，完全稀释后为 $752,863,885（92%）。

因此，控制 MKR 的最小成本将在 $376,431,942。这比 DAI 的流通价值低 7 倍，但这是目前攻击者所需支付的最低金额。在现实中，一旦攻击者开始从自由市场购买如此大量的 MKR，其价格将会暴涨。如果 MKR 的价格至少上涨十倍，这是非常可能的，那么将没有动机进行敌意收购。

5. 抵押问题

DAI 的抵押比率为 137%——这是合理的。

FTX 崩溃不应影响 DAI，因为 FTT 并没有在 MakerDAO 中用作抵押品。

两年前由于极度波动发生过一次脱锚事件：DAI 抵押品的价值迅速下跌，用户因对 DAI 稳定币的需求增加而无法偿还债务。没人想要铸造新币，因为担心被清算。DAI 的价格飙升。通过引入使用 USDC 稳定币铸造 DAI 的能力，解决了这个问题。

Ampleforth

Ampleforth 协议以 CPI 调整的 2019 年美国 dollar 为目标，并且基于价格自动扩展或收缩用户钱包中的代币数量 [*]。

重新调整每天下午2点 UTC 执行，仅当目标偏离调整阈值（可调，目前为 5%）时才适用。

Ampleforth 协议中的供应变化是成比例且不稀释的。如果某用户在重新调整前占有网络 Y% 的份额，那么除非该用户买入或卖出更多 AMPL，否则该用户将始终拥有 Y%的份额。

重新调整通过一条 S 型曲线平滑，使供应变化限制在其渐进克拉斯中。它具有可确定以下参数的形状参数：下渐进、上渐进和曲线的陡峭度（增长率）。这些参数目前设置为 -0.1、0.1 和 3。

1. 死亡螺旋思维实验

AMPL 是一种高度波动的稳定币：

图表显示 AMPL 的价格可能在 0.22$ 到接近 4$ 之间波动，但随着时间推移，算法会稳定在流通中的 AMPL 数量并将其价值恢复到固定汇率。

技术上，即使价格跌至 0.01$，算法仍然能够将 AMPL 的价格恢复到固定汇率。唯一的问题是人们的资金可能会亏损。

考虑一个例子：

1. 你用 100$ 购买 100 AMPL。
2. AMPL 的价格跌至 0.22$。
3. 为了增加需求，你钱包中的代币数量收缩，因此你将拥有，比如说 10 AMPL。
4. 现在 AMPL 的价格恢复到 1$。
5. 但你钱包中只有 10 AMPL。

这种收缩可能会引起恐慌。

一项有趣的说明：FTX 交易所持有价值为 AMPL 的 $885,212。

2. 庞氏骗局思维实验

如果稳定币价格上涨，会发生什么？重新调整算法应该能够应对这一问题，并相应加大用户钱包中代币数量，逐渐将价格拉低。

3. 预言机弱点

Ampleforth 使用两个去中心化的 Chainlink 预言机网络：一个市场预言机用于 AMPL/USD 的当前加权平均价格 (VWAP)，另一个消费者价格指数 (CPI) 预言机用于确定一个根据通货膨胀调整后的美元的目标价格。

Chainlink 数据难以被操控，因此我们可以说 AMPL 本身没有预言机问题。从价格表看，价格更新之间的时间间隔是合理选择的。

4. 治理攻击

社区成员可以投票执行带有其 FORTH 代币的脚本。

• AMPL 完全稀释后价值为 $35,925,389.34。
• 治理代币 FORTH 的价值为 $25,729,170/$45,434,754 (56%)。

可想而知，控制 FORTH 的股份理论上可以买入大约 $25,729,170。这是最低成本——实际上可能会成倍增加。最低成本不到总 AMPL 价值的两倍，因此没有实际的敌意收购动机。

5. 重新调整问题

是否存在可能导致供应溢出或下溢的 DOS？

有一个要求是总生产量不得超过 MAX_SUPPLY [*]：

assert(supplyAfterRebase <= MAX_SUPPLY);

没有最低供应的门槛。

在发生溢出或下溢的情况下，rebase() 方法将会反转，供应量不会变化。这是预期的行为，不会导致永久性 DOS。

结论

在本文中，我们提供了一个安全检查清单，并用它来分析几个有趣的算法稳定币。你可以使用相同的检查清单来分析其他稳定币的陷阱，甚至是一些最不寻常的（例如DYAD）。安全第一，避免陷入常见的陷阱！

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