張小偉，江東，袁野

1. 東北大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；2. 北京理工大學(xué)計算機學(xué)院，北京 100081

1 引言

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IoT）的發(fā)展，基于IoT的智慧世界系統(tǒng)（智慧電網(wǎng)、智慧交通、智慧城市）發(fā)展迅速，來自各種設(shè)備或應(yīng)用程序的日志文件、數(shù)據(jù)庫文件、視頻、圖片、文檔等數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長[1-5]。數(shù)據(jù)作為一種新的生產(chǎn)要素，促進(jìn)及引領(lǐng)了新一輪的科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)增長。然而，在大數(shù)據(jù)繁榮發(fā)展的背后有一個問題不容忽視，即“數(shù)據(jù)孤島”。不同的企業(yè)甚至不同的部門之間的數(shù)據(jù)無法流通，如統(tǒng)計局和醫(yī)院等機構(gòu)長期存儲大量個人信息數(shù)據(jù)，滴滴和美團(tuán)等企業(yè)掌握了大量的用戶信息及出行信息，若無法將數(shù)據(jù)以合理的價格銷售，不僅無法最大化數(shù)據(jù)擁有者的收益，還會為維護(hù)和存儲數(shù)據(jù)耗費大量財力。近年來發(fā)展迅速的機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練以提高測試精度，但是由于數(shù)據(jù)收集困難，導(dǎo)致訓(xùn)練精度無法提升，因此數(shù)據(jù)需求者需要一個渠道來獲得大量且可靠的數(shù)據(jù)?；谏鲜鲂枨螅琌liveira A C等人[6]提出了數(shù)據(jù)即服務(wù)（data as a service，DaaS）的概念。在DaaS中，數(shù)據(jù)被認(rèn)為是一種商品，可以通過購買數(shù)據(jù)，并將其處理之后獲得知識，進(jìn)而幫助企業(yè)、政府做出決策。因此，在數(shù)據(jù)擁有者和數(shù)據(jù)需求者之間搭建一個數(shù)據(jù)交易平臺，越來越受到人們的關(guān)注。

要建立一個合理有效的數(shù)據(jù)交易市場，需要解決以下幾個問題。第一個問題是市場的參與者是誰？數(shù)據(jù)的參與者可以分為3類，分別是數(shù)據(jù)擁有者、數(shù)據(jù)消費者、交易中間人。數(shù)據(jù)擁有者通常為政府、私人企業(yè)（如微軟、雅虎、微博等）或者個人；數(shù)據(jù)消費者即數(shù)據(jù)需求者，可能為數(shù)據(jù)處理算法開發(fā)人員、數(shù)據(jù)分析師等；交易中間人即第三方交易平臺，如現(xiàn)有的貴陽大數(shù)據(jù)交易所、中關(guān)村數(shù)海大數(shù)據(jù)交易平臺等。按照交易中間人職能的不同，可以將其分為中間商和服務(wù)提供商，中間商負(fù)責(zé)連接數(shù)據(jù)擁有者和數(shù)據(jù)消費者，此時交易的是原始數(shù)據(jù)，如中關(guān)村數(shù)海大數(shù)據(jù)交易平臺；而服務(wù)提供商一般會對數(shù)據(jù)擁有者的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為數(shù)據(jù)消費者提供處理之后的數(shù)據(jù)，如貴陽大數(shù)據(jù)交易所。第二個問題是如何為確定交易的數(shù)據(jù)設(shè)定合理的價格？在設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)定價模型時，必須考慮相應(yīng)的市場結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)需求者和數(shù)據(jù)擁有者的需求，確保雙方的收益。第三個問題則與數(shù)據(jù)交易市場相關(guān)，即選擇何種數(shù)據(jù)交易市場才能確保市場參與者的需求得到滿足，實現(xiàn)公平、隱私保護(hù)等，如選用基于分布式的數(shù)據(jù)交易市場能夠解決隱私泄露的問題。為了解決上述問題，筆者對大數(shù)據(jù)交易市場進(jìn)行了全面的調(diào)查，以幫助希望了解該領(lǐng)域的新來者對這一復(fù)雜的學(xué)科和新興的研究領(lǐng)域有一個大致的了解。

2 數(shù)據(jù)定價及相關(guān)概念

2.1 數(shù)據(jù)的定義及特性

在大數(shù)據(jù)時代，每天都有接近25 TB的數(shù)據(jù)產(chǎn)生[7]。中國信息通信研究院發(fā)布的《大數(shù)據(jù)白皮書（2020年）》預(yù)測，2030年全球數(shù)據(jù)生產(chǎn)量將達(dá)到612 ZB，而2035年時將達(dá)到2 142 ZB，全球數(shù)據(jù)量將迎來爆發(fā)式的增長。

在從龐大的數(shù)據(jù)集中提取數(shù)據(jù)的價值時，經(jīng)常用數(shù)據(jù)挖掘和商業(yè)智能（business intelligence，BI）來描述大數(shù)據(jù)的處理過程，并且往往需要通過這些手段來發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值。數(shù)據(jù)的價值與數(shù)據(jù)的交易價格關(guān)系密切。

給數(shù)據(jù)一個確定的價格，將數(shù)據(jù)視為一種可以自由交易的商品，可以提高數(shù)據(jù)市場的流動性，從而創(chuàng)造更大的價值。然而相比于傳統(tǒng)的實物商品，數(shù)據(jù)商品在生產(chǎn)、分配和消費的流程中顯著降低了成本[8]，分別表現(xiàn)在商品的搜索成本、生產(chǎn)成本、復(fù)制成本、運輸成本和跟蹤與驗證成本這5個方面。并且，數(shù)據(jù)的特性導(dǎo)致數(shù)據(jù)的復(fù)制成本接近0，即邊際成本接近0，這導(dǎo)致無法使用邊際成本等于邊際收益的方式使數(shù)據(jù)產(chǎn)品的收益最大化，這與傳統(tǒng)的實物產(chǎn)品不同[9-10]。同樣，數(shù)據(jù)產(chǎn)品的一個明顯特征為非競爭性，即一個數(shù)據(jù)消費者消費一件數(shù)據(jù)商品并不會減少和降低其他數(shù)據(jù)消費者可以得到的產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量。但是數(shù)據(jù)同樣具有排他性，即數(shù)據(jù)消費者需要支付一定的費用來獲得數(shù)據(jù)的使用權(quán)。

2.2 常見的數(shù)據(jù)定價方式

Muschalle A等人[11]介紹了數(shù)據(jù)市場中可以參考的收費策略，主要包括如下幾種。

● 通過控制版本來收費，如企查查等應(yīng)用，用戶可以免費使用基礎(chǔ)版本查詢信息，但是如果需要更高級的信息，則需要購買專業(yè)版。

● 基于使用時間的收費，像撥號上網(wǎng)那樣，根據(jù)使用時長收取費用，但是該方式的缺陷是對于一個無法明確自己需求的數(shù)據(jù)需求者或者不熟悉購買方式的數(shù)據(jù)需求者而言，他需要花費大量時間，導(dǎo)致花費太高，從而可能抑制數(shù)據(jù)需求者的購買欲望。

● 以固定費用獲取一定量數(shù)據(jù)的永久使用權(quán)或應(yīng)用程序接口（application programming interface, API）的調(diào)用權(quán)。Kantere V等人[12]對該方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

● 以統(tǒng)一的定價對產(chǎn)品進(jìn)行收費，如參考文獻(xiàn)[13]中的方式，但是該方式缺乏靈活性。

● 組合定價，即固定的基礎(chǔ)費用加額外的單位費用。如各大電信運營商的收費分為基礎(chǔ)的套餐費用和在此基礎(chǔ)之上的額外單位費用。

數(shù)據(jù)交易市場中常見的數(shù)據(jù)定價方式可以分為：基于博弈論和拍賣的數(shù)據(jù)定價[14-18]、基于查詢的數(shù)據(jù)定價[19-21]、基于模型的數(shù)據(jù)定價（model-based pricing，MBP）[22-23]。其中，基于博弈論和拍賣的數(shù)據(jù)定價更注重價格發(fā)現(xiàn)的過程，利用數(shù)據(jù)交易市場的不同特點，使用不同的方式確定適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)價格。

2.3 數(shù)據(jù)定價模型的標(biāo)準(zhǔn)

由前文可知，有多種多樣的方法來設(shè)計和實現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的定價。針對如何衡量這些定價模型的優(yōu)劣以及一個優(yōu)秀的定價模型應(yīng)該滿足什么標(biāo)準(zhǔn)，Pei J[24]將數(shù)據(jù)定價的標(biāo)準(zhǔn)分為6類，具體如下。

● 誠實：參與數(shù)據(jù)交易的各方均有動力“說真話”，報出自己真實的估價。

● 收益最大化：無論是數(shù)據(jù)擁有者還是數(shù)據(jù)消費者，他們參與交易最直接的動力是使自身的利益最大化。

● 公平：數(shù)據(jù)的賣家能夠根據(jù)自身的貢獻(xiàn)量獲得公平的收入份額。

● 無套利定價：無法通過多個市場之間的價格差異來獲得收益。

● 隱私保護(hù)：能夠保護(hù)參與交易的各方的信息。

● 計算效率：由于數(shù)據(jù)商品自身的特性，如數(shù)據(jù)的時效性或多賣家多買家之間的適當(dāng)匹配機制，需要高速有效的計算方法。

本文將沿用這6個標(biāo)準(zhǔn)來衡量下述研究的優(yōu)劣。

大多數(shù)模型追求的是實現(xiàn)上述6個標(biāo)準(zhǔn)中的部分標(biāo)準(zhǔn)，而無法滿足全部要求。如Goldberg A V等人[25]的研究表明，在拍賣這一價格發(fā)現(xiàn)過程中，無法同時實現(xiàn)誠實、競爭性和無嫉妒性。因此，如何在諸多標(biāo)準(zhǔn)之間做出取舍也是當(dāng)前數(shù)據(jù)定價研究需要關(guān)注的主要內(nèi)容。此外，數(shù)據(jù)商品還具備其他特性，這些特性要求數(shù)據(jù)定價模型實現(xiàn)某些特殊的標(biāo)準(zhǔn)，具體如下。

● 某些數(shù)據(jù)可能是對時間敏感的，同一數(shù)據(jù)在不同時間段的價值可能會完全不同，因此對于該類數(shù)據(jù)的定價要求是實現(xiàn)較高的計算效率。

● 某些數(shù)據(jù)的價格可能與數(shù)據(jù)中包含的信息有相關(guān)性，而公布數(shù)據(jù)的價格可能會泄露數(shù)據(jù)的信息，因此對于該類數(shù)據(jù)的定價要求是實現(xiàn)無套利定價。

● 數(shù)據(jù)的價值并不取決于數(shù)據(jù)量，而是取決于其提供的信息量，對于該類數(shù)據(jù)的定價要求是實現(xiàn)誠實、公平、收益最大化等。

3 基于博弈論和拍賣的定價

博弈論和拍賣均是關(guān)于決策制定的研究，二者均需多方參與，如數(shù)據(jù)的擁有者、數(shù)據(jù)的消費者以及中間人，并且每個參與者做出的決策都會影響其余參與者做出的決策，即參與者之間相互影響，最終做出在當(dāng)前情況下的最優(yōu)決策。本節(jié)研究的是如何使用博弈論和拍賣的方式為數(shù)據(jù)設(shè)置合理價格。

3.1 基于博弈論的定價

博弈論又被稱為對策論或賽局理論等，屬于運籌學(xué)的范疇，是一門有關(guān)“互動行為”的科學(xué)[26-28]。博弈論是一種方法，目前已被應(yīng)用于多種學(xué)科，如經(jīng)濟(jì)學(xué)、計算機科學(xué)、國際關(guān)系、軍事戰(zhàn)略等。博弈是指由兩個或兩個以上的理性人或組織，參加一系列具有競爭或?qū)剐再|(zhì)的行為。參與博弈的各方會受到一系列的環(huán)境約束（即規(guī)則），各自擁有不同的目標(biāo)或者利益，為了實現(xiàn)自己的目標(biāo)或?qū)⒗孀畲蠡?，參與者必須綜合考慮所有對手的全部可行動方案，并在其基礎(chǔ)上做出最有益于自己的決策。

為了理解博弈的含義，下面給出一些博弈方面的術(shù)語。

● 效用函數(shù)：效用函數(shù)是參與博弈的各方能夠從該次博弈中獲得的效用水平，反映了參與者對結(jié)果的期望。經(jīng)濟(jì)學(xué)中規(guī)定效用函數(shù)必須是可以量化的，它可以是連續(xù)函數(shù)，也可以是離散函數(shù)。效用的取值可以為正值，也可以為負(fù)值。參與博弈的每一方都有自己的效用函數(shù)，但是彼此并不一定了解對方的效用函數(shù)。

● 參與博弈的主體：博弈的參與者是一個能夠選擇合適的決策從而最大化自身效用的主體，該主體可以是個人，也可以是團(tuán)體，如國家、企業(yè)、組織等，以下簡稱參與人。

● 參與人可選擇的策略或者策略的組合：策略是指參與人選擇自身行動的規(guī)則，該規(guī)則將決定參與人在什么情況下選擇什么行動，如“敵進(jìn)我退，敵駐我擾，敵疲我打，敵退我追”是一種策略，這里，“敵”與“我”是參與博弈的雙方，“進(jìn)”“退”“駐”“擾”“?！薄按颉薄巴恕薄白贰笔?種不同的行動，由戰(zhàn)略規(guī)定于何時采取何種策略[29]。

在基于博弈論數(shù)據(jù)定價的過程中有諸多參與者，根據(jù)當(dāng)前的研究，可將參與者分為3類：數(shù)據(jù)擁有者（賣家）、數(shù)據(jù)消費者（買家）、中間人。通常情況下均假定參與博弈的各方均為“理性人”，即參與人的每一個經(jīng)濟(jì)活動都是利己的，試圖以最小的經(jīng)濟(jì)成本獲得最大的收益。

根據(jù)不同的博弈類型，可將現(xiàn)有常見的博弈論定價模型分為3類：基于非合作博弈（non-cooperative game）的定價模型、基于Stackelberg博弈的定價模型、基于討價還價博弈的定價模型。

3.1.1 基于非合作博弈的定價模型

非合作博弈是指一種參與人之間不可能組成聯(lián)盟或者達(dá)成一種具有約束力的協(xié)議的博奕類型[30]。

式（1）表明鑒于納什均衡狀態(tài)，賣家沒有動機改變自身的決策，因為那樣會使自身的預(yù)期收益變低。式（1）表明納什均衡是指在給定別人策略的情況下，做出相應(yīng)最優(yōu)的選擇。但是應(yīng)當(dāng)注意并不是所有的博弈均存在納什均衡，而且有時一個博弈中會存在多個納什均衡。因此，使用非合作博弈對數(shù)據(jù)集進(jìn)行定價的充分必要條件是該博弈有且只有一個納什均衡。

由于參與博弈的各方均為“理性人”，參與者會將自己的戰(zhàn)略建立在假定對手會將其收益最大化的基礎(chǔ)上。因此，完全競爭市場[31-33]中的均衡就是非合作博弈均衡。在這種市場中，每個參與者都會根據(jù)別人的價格策略來決定自己的價格策略。在完全競爭市場中，數(shù)據(jù)擁有者為了使自身的收益最大化，希望在銷售自身數(shù)據(jù)時價格盡可能高。數(shù)據(jù)消費者為了使自身的效用最大化，希望在得到數(shù)據(jù)時盡可能地壓低價格。在傳統(tǒng)的商品市場中，使用邊際成本等于邊際收益的方式使數(shù)據(jù)產(chǎn)品的收益最大化，但是數(shù)據(jù)商品的特性（即邊際成本接近0）導(dǎo)致無法使用上述方法實現(xiàn)利潤最大化。故Li Z N等人[34]提出了一種定價方法，該方法將所有需求者和供應(yīng)商都考慮在內(nèi)，在不降低價格的情況下得出適當(dāng)?shù)膬r格。但是，由于將動態(tài)創(chuàng)建大量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易，這通常會成為集中式定價系統(tǒng)的性能瓶頸，因此該方法對于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易是不切實際的。

3.1.2 基于Stackelberg博弈的定價模型

非合作博弈的納什均衡成立的前提是參與博弈的賣家彼此知道對方的策略，并且同時宣布自己的策略。然而，在現(xiàn)實生活中，這個前提成立的情況較少，參與者無法計算其納什均衡，因此他們無法為數(shù)據(jù)設(shè)定合理的價格。在現(xiàn)實中更常見的情形是：一個賣家（追隨者）等待其他賣家（領(lǐng)導(dǎo)者）先宣布自己的定價策略，然后追隨者在領(lǐng)導(dǎo)者做出定價策略的情況下，做出對應(yīng)策略的優(yōu)化，從而確定相對最優(yōu)的定價策略，這種博弈模式被稱為Stackelberg博弈[35]。

在Stackelberg博弈中，賣家1（領(lǐng)導(dǎo)者）首先確定自己的定價策略v1，賣家2（追隨者）在觀測到v1后，確定自己的定價策略v2。因為賣家2是在觀察到v1之后確定自己的定價策略的，所以該博弈是完美信息動態(tài)博弈。賣家1率先行動，無法觀察到v2，因此，賣家2的定價策略應(yīng)該是一個由V1決定的V2，是一個映射函數(shù)T，即V1→V2。Haddadi S等人[36]證明，相較于使用其他模型，使用Stackelberg博弈模型，領(lǐng)導(dǎo)者可以獲得更大的收益。Lyu X Y等人[15]指出，在數(shù)字市場中參與Stackelberg博弈的各方均可實現(xiàn)利益最大化，尤其是對于領(lǐng)導(dǎo)者而言，可將其效用最大化。

Mei L J 等人[16]討論了針對純捆綁定價和分開定價兩種情況，在數(shù)據(jù)擁有者和中間商之間搭建Stackelberg博弈模型（其中數(shù)據(jù)擁有者為領(lǐng)導(dǎo)者，中間商為追隨者）、實現(xiàn)雙方利益最大化的條件下，數(shù)據(jù)擁有者應(yīng)該采取何種定價方式才能使得自身利益最大化。參考文獻(xiàn)[16]雖然涉及數(shù)據(jù)定價的問題，卻忽略了數(shù)據(jù)交易市場信息不完全以及市場競爭的客觀條件。

Liu K等人[37]搭建了一個兩階段的Stackelberg博弈模型來解決數(shù)據(jù)需求者的定價和購買問題。在最簡單的情況下，市場包含多個數(shù)據(jù)擁有者i= { 1 , 2,…,N}、一個數(shù)據(jù)需求者、一個中間商。Liu K等人[37]假設(shè)：中間商可以獲得數(shù)據(jù)擁有者的名單以及數(shù)據(jù)需求者和數(shù)據(jù)擁有者的交易相關(guān)信息。第一階段，每一個數(shù)據(jù)擁有者對自己擁有的數(shù)據(jù)設(shè)定合理的價格，中間商作為領(lǐng)導(dǎo)者，將定價策略的集合展示給數(shù)據(jù)需求者；第二階段，數(shù)據(jù)需求者作為追隨者，根據(jù)給出的定價策略空間，決定自己的購買策略；最后，中間商根據(jù)數(shù)據(jù)擁有者的服務(wù)質(zhì)量以及數(shù)據(jù)需求者的購買意愿來決定由數(shù)據(jù)擁有者中的贏家與數(shù)據(jù)需求者發(fā)生交易，(pi,xi)表示以單價p從數(shù)據(jù)擁有者i處購買了數(shù)量為x的數(shù)據(jù)。

Xu C Z等人[38]在數(shù)據(jù)擁有者、服務(wù)提供商和數(shù)據(jù)需求者之間構(gòu)建了一個3層的Stackelberg博弈模型。在該模型中，第一層的Stackelberg博弈發(fā)生在數(shù)據(jù)擁有者和服務(wù)提供商之間，數(shù)據(jù)擁有者決定原始數(shù)據(jù)的價格，服務(wù)提供商根據(jù)定價策略做出相應(yīng)的購買策略。在第二層，服務(wù)提供商在購買原始數(shù)據(jù)之后需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，并且提供N種不同精度版本的數(shù)據(jù)供數(shù)據(jù)需求者選擇，并為其設(shè)置合理的價格。在第三層，數(shù)據(jù)需求者選擇要購買的數(shù)據(jù)版本，并決定購買的數(shù)量。

使用Stackelberg博弈進(jìn)行數(shù)據(jù)定價[16,37-41]的缺陷在于：在這種模型中，每個數(shù)據(jù)擁有者需在主供應(yīng)商宣布價格后宣布自己的價格，但在數(shù)據(jù)交易環(huán)境中，確定主要數(shù)據(jù)擁有者的方式困難且效率低下，使得該模型在數(shù)據(jù)交易市場中的實施難度較大。

3.1.3 基于討價還價博弈的定價模型

討價還價博弈指的是由兩名或者更多的參與人就如何分配一個物品達(dá)成協(xié)議，為了達(dá)成這種協(xié)議所有參與人需要進(jìn)行談判。假設(shè)在一個簡單的數(shù)據(jù)交易市場中，只有當(dāng)數(shù)據(jù)擁有者和數(shù)據(jù)需求者對某種數(shù)據(jù)商品的銷售價格達(dá)成一致時，交易才會發(fā)生。

Jung K等人[17]使用差分隱私（differential privacy，DP）的方式給原始數(shù)據(jù)或查詢出來的結(jié)果增加噪聲，這是因為DP提供了一個令人信服的方式來衡量隱私（如隱私的損失ε）。近年來有很多面向數(shù)據(jù)擁有者的基于隱私損失方面的定價策略[42-48]。Jung K等人[17]提出了一種公平協(xié)商的方式，采用Rubinstein討價還價模型來確定數(shù)據(jù)的價格以及隱私損失的價值，保證了公平交易。

討價還價博弈適用于復(fù)雜談判條件下的談判，且其最后的解是合作博弈最終的解決方案，因此其常被用于諸多領(lǐng)域的資源分配，如無線體域網(wǎng)（wireless body area network，WBAN）[46]、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network，WSN）[47]、頻譜分配[48]。但是在討價還價博弈中，需要供需雙方通過談判達(dá)成協(xié)議，而談判過程通常是耗時和浪費資源的，故將該模型應(yīng)用于數(shù)據(jù)交易市場存在一定困難。

3.2 基于拍賣的定價

拍賣是流行的數(shù)據(jù)交易機制之一。一般來說，拍賣是一種經(jīng)濟(jì)驅(qū)動的方案，其目的是通過買賣雙方的競價過程分配商品，并建立相應(yīng)的價格[49]。當(dāng)前對拍賣理論的研究[50-51]以及拍賣理論在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用[52-55]已經(jīng)有了很好的探索。在信息不對稱的經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，拍賣是一種形式簡單卻又具備完整定義，能夠確保公平和效率，以及賣方的收益最大化的方案，因此在解決大數(shù)據(jù)交易問題方面拍賣機制顯示出巨大的潛力。在對大數(shù)據(jù)交易市場中拍賣理論的相關(guān)工作做出總結(jié)之前，首先介紹拍賣機制的基本概念。

● 投標(biāo)方：投標(biāo)人，指在市場上投標(biāo)并以購買商品為目的的人，即買方。在大數(shù)據(jù)市場中，一般由數(shù)據(jù)需求者充當(dāng)買方。

● 拍賣商：拍賣商扮演的是代理角色，與上述中間商的作用相似，負(fù)責(zé)運行拍賣流程，確定獲勝者，并進(jìn)行支付和分配。

● 賣方：指希望通過售賣數(shù)據(jù)增加自身收益的個人或團(tuán)體，如數(shù)據(jù)擁有者。

● 投標(biāo)人的估價：在拍賣過程中，投標(biāo)方和賣方都對他們需要或出售的每一單位商品進(jìn)行估價。此外，估價可以高于或低于最終清算價格，這是由拍賣商在拍賣過程中決定的。

● 結(jié)算價格：拍賣中最終成交的價格（買賣雙方同意達(dá)成交易的價格），即落錘價。拍賣價格有兩種類型，即要價和競價。賣方提出一個要價（即出售該商品的價格），而投標(biāo)方可以提出一個投標(biāo)價格（表示他們?yōu)楂@得該商品所愿意提交的價格）。結(jié)算價格則是由拍賣商根據(jù)社會福利最大化等優(yōu)化目標(biāo)來確定的最終交易價格。

根據(jù)參與拍賣的投標(biāo)方和賣方人數(shù)的不同，可以將目前基于拍賣定價方式的數(shù)據(jù)市場的研究分為單邊拍賣（單個賣方、多個投標(biāo)方）和雙邊拍賣（多個賣方、多個投標(biāo)方）?；谂馁u的大數(shù)據(jù)交易市場的典型框架如圖1所示[56]。

圖1 基于拍賣的大數(shù)據(jù)交易市場的典型框架[56]

3.2.1 單邊拍賣

在單邊拍賣中，賣方提交競價到拍賣商，拍賣商根據(jù)不同的拍賣機制，確定最后的勝利者。其市場結(jié)構(gòu)如圖2所示，通常數(shù)據(jù)擁有者是“資源優(yōu)勢方”，而最終的價格是由其和數(shù)據(jù)需求者即投標(biāo)方共同決定的，投標(biāo)方被稱為“信息優(yōu)勢方”。

圖2 單邊拍賣的市場結(jié)構(gòu)

（1）第k價格密封拍賣

第一價格密封拍賣和第二價格密封拍賣是重要的兩種第k價格密封拍賣的方式。在第一價格密封拍賣中，投標(biāo)方以密封的形式獨立出價，獲勝的投標(biāo)方是出價最高的人，需要支付最高的價格來獲得商品，最終的成交價為其中P是投標(biāo)方的競價集。第二價格密封拍賣又被稱為Vickrey拍賣，投標(biāo)方同樣以密封的形式獨立 出價，獲勝的投標(biāo)方是出價最高的人，獲勝者需要支付第二高的價格來贏得拍賣，即其中pi是獲勝者所出的最高價格。

雖然第一價格密封拍賣機制在現(xiàn)實中的應(yīng)用很多，但是它也有許多缺點。首先，投標(biāo)方很難計算出應(yīng)如何報價；其次，賣方或者拍賣的設(shè)計方很難預(yù)測拍賣中會發(fā)生什么，難以保證投標(biāo)方之間不結(jié)成聯(lián)盟，信息不對等的情況會阻礙公平的實現(xiàn)；最后，拍賣的獲勝者可能會出現(xiàn)“贏者詛咒”的現(xiàn)象。

在第二價格密封拍賣中，每個投標(biāo)方的占優(yōu)策略是使出價等于自己對這件商品的完全估價，也就是說，對于投標(biāo)方而言，此時誠實才是最好的競拍策略。因此投標(biāo)方報出的價格是真實且可信的，并且保證了最終的拍賣品歸屬于出價最高者，因此該密封拍賣是具有帕累托效率的。理論上講，第二價格密封拍賣是理想化的，滿足以下條件。

● 強動機保證：第二價格密封拍賣是占優(yōu)策略激勵相容的。

● 高性能保證：第二價格密封拍賣機制能夠使社會福利最大化。

● 計算高效：第二價格密封拍賣可以在輸入量的多項式時間內(nèi)實施。

但是，在市場中實現(xiàn)第二價格密封拍賣是困難的，如投標(biāo)方之間形成聯(lián)盟、拍賣商和投標(biāo)方之間串通、拍賣商的品德敗壞等問題都會影響這種拍賣方式的有效性。

（2）VCG拍賣

VCG（Vickrey-Clarke-Groves）拍賣是Vickrey拍賣的廣義形式，是將單物品拍賣形式的Vickrey拍賣一般化為多物品拍賣的形式[57]。假設(shè)市場中有M個商品需要出售，表示為ti表示第i件商品，以及市場中有N個投標(biāo)方，表示為bi表示第i個投標(biāo)方。VCG拍賣背后的原理為獲勝者需補償其獲得物品所造成的其他N-1個投標(biāo)方的社會價值損失。例如，在Vickrey拍賣中，獲勝者對其他投標(biāo)方造成的社會價值的損失等于出價第二高的競價（假定投標(biāo)方都是真實出價），而這恰好是Vickrey拍賣的支付規(guī)則。因此，在VCG拍賣中，根據(jù)VCG拍賣規(guī)則，如果vi(tj)是最高的，則投標(biāo)方bi獲得商品tj，投標(biāo)方ib需要支付的價格為：

其中，vi(tj)表示投標(biāo)方bi對商品tj的出價，表示由M件商品創(chuàng)造的社會價值。VCG拍賣的結(jié)果是貝葉斯納什均衡的[58]。

盡管理論上VCG拍賣能夠使投標(biāo)方“說真話”，且能夠?qū)崿F(xiàn)社會福利最大化，但是VCG拍賣機制在實際的運用中存在一些障礙，如偏好獲取困難，計算福利最大化結(jié)果或者近似福利最大化結(jié)果十分困難，以及VCG拍賣機制的收益和激勵可能表現(xiàn)不好。

（3）組合拍賣

在大數(shù)據(jù)市場中，數(shù)據(jù)需求者對數(shù)據(jù)的需求是多樣化的，單一的數(shù)據(jù)可能無法滿足其需求，且一般需要大量的數(shù)據(jù)才能達(dá)到其要求。在這種市場需求下，組合拍賣的方式被提出。在這種方式下，賣家提供靈活的可捆綁銷售的多種物品的商品組合[59]，投標(biāo)方提出自己的需求及報價，而拍賣商根據(jù)競價中包含的約束條件和賣方的物品分配能力，找到最優(yōu)的分配，從而確定拍賣中最終勝利的賣家。與上述密封競價等標(biāo)準(zhǔn)的拍賣方式相比，組合拍賣的優(yōu)勢是經(jīng)濟(jì)效率高、買家收益最大化、賣家收益最大化等。然而，在組合拍賣中，計算拍賣最終的獲勝者是一個NP問題，這意味著在現(xiàn)實世界中很難找到最優(yōu)的分配。

上述各種拍賣方式在實際應(yīng)用中均有優(yōu)缺點，而第一價格密封拍賣和第二價格密封拍賣由于具有簡單和隱私保護(hù)等特點，相較于其他的拍賣方式，在實際中應(yīng)用得更加廣泛[60]。參與拍賣的各方會根據(jù)需求的不同采取不同的拍賣方式。

首先，為了盡可能地保護(hù)隱私，以及促使數(shù)據(jù)擁有者將數(shù)據(jù)分享出來，需要一定的獎勵機制。而差分隱私提供了衡量隱私的方式，如隱私的損失可以被量化，因此隱私被視為一種可替代的商品，其價格可以通過拍賣的方式確定[61-63]。

其次，在數(shù)據(jù)交易市場中，“聰明的”投標(biāo)方可能會操縱拍賣的過程，從而導(dǎo)致不真實的競價。特別地，投標(biāo)方可以通過創(chuàng)建多個身份來影響拍賣的結(jié)果，這被稱為假名投標(biāo)（false-name bids）[64]。為了解決這個問題，An D等人[56]提出了一種多輪假名驗證拍賣（multi-round false-name proof auction，MFPA）的方式，從而構(gòu)建了一個真實的數(shù)據(jù)交易市場。

在初始的基于拍賣的數(shù)據(jù)定價方面的研究中[54,65-66]，大多數(shù)拍賣中由數(shù)據(jù)擁有者充當(dāng)拍賣商的角色，在賣家自身運營的平臺上進(jìn)行銷售，在拍賣過程中，來自投標(biāo)方的信息向賣家開放。另外，隨著數(shù)據(jù)擁有者的增加，由每個數(shù)據(jù)擁有者自行維護(hù)拍賣平臺的方式效率低下、不方便。因此，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中建立第三方數(shù)據(jù)交易平臺是一種更加現(xiàn)實的方法。Gao W C等人[67]提出由客觀的第三方中間商平臺充當(dāng)拍賣商，這樣不僅保證了客觀性，也防止拍賣商和數(shù)據(jù)擁有者或數(shù)據(jù)需求者之間達(dá)成某種協(xié)議。此外，Gao W C等人[67]解決了信息物理系統(tǒng)（cyber-physical system，CPS）中的隱私保護(hù)問題。他們提出了一種通用的隱私保護(hù)拍賣方案（privacy-preserving auction scheme，PPAS），其中拍賣商和中間平臺兩個獨立實體組成了一個不可信的第三方交易平臺。通過實現(xiàn)同態(tài)加密和一次性填充，可以確定拍賣過程中的贏家，并對所有競價信息進(jìn)行偽裝，并且他們設(shè)計的系統(tǒng)不基于某種特定的拍賣方式，故適用于各種拍賣規(guī)則。

3.2.2 雙邊拍賣

雙邊拍賣是現(xiàn)實世界中常用的拍賣方式之一，它被廣泛應(yīng)用于證券交易所[68]、智能電網(wǎng)[54,69]等場景。在雙邊拍賣中，多個數(shù)據(jù)擁有者和數(shù)據(jù)需求者同時向拍賣商提交自己的要價和出價，其市場結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 雙邊拍賣的市場結(jié)構(gòu)

當(dāng)且僅當(dāng)數(shù)據(jù)擁有者的要價po小于等于數(shù)據(jù)需求者的出價pc時，拍賣商決定最后的結(jié)算價格p。拍賣的過程通常如下，每一個賣家（即數(shù)據(jù)擁有者）對于自己所要銷售的物品都有一個邊際成本MC，賣家的收益是產(chǎn)品的價格P與邊際成本的差值(P-MC)，賣家的目標(biāo)是獲得盡可能多的收益，即價格盡可能高，但是同時又需要與市場中的其他賣家競爭，若競爭失敗，則賣家的收入為0。每一個買家（即數(shù)據(jù)需求者）對于產(chǎn)品都有一個邊際收益MR，買家的收益是邊際收益與產(chǎn)品價格的差值(MR-P)，買家的目標(biāo)是獲得盡可能多的收益，即價格盡可能低，但是又需要與市場中的其他買家競爭，若競爭失敗，則買家的收益為0。對于賣家而言，每一輪的要價都必須低于上一輪；而對于買家而言，每一輪的出價都必須高于上一輪。市場中買家和賣家的數(shù)量足夠多時，產(chǎn)品價格的形成如圖4所示。

圖4 雙邊拍賣市場價格的形成

Jiao Y T等人[70]首先根據(jù)數(shù)據(jù)量大小對大數(shù)據(jù)分析性能的影響定義了數(shù)據(jù)成本和效用，然后提出真實、合理、計算效率高的貝葉斯 利潤最大化拍賣模型。通過求解利潤最大化拍賣模型，得到最優(yōu)服務(wù)價格和數(shù)據(jù)量，從而解決服務(wù)商的利潤最大化問題。參考文獻(xiàn)[70]是一篇引入服務(wù)提供商角色的文獻(xiàn)。服務(wù)提供商（即中間商）負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)擁有者的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)擁有者進(jìn)行隱私補償，同時利用自身的專業(yè)性對收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，滿足數(shù)據(jù)消費者的需求，其為買家提供的是服務(wù)而不是原始數(shù)據(jù)。但是該參考文獻(xiàn)假定市場中的服務(wù)提供商是壟斷者，這在現(xiàn)實場景中較難實現(xiàn)，不滿足客觀需求。而Cao X Y等人[71]著眼于數(shù)據(jù)交易與市場交易效率的協(xié)調(diào)，提出了一種迭代拍賣機制來協(xié)調(diào)交易，并以社會福利最大化為目標(biāo)。在參考文獻(xiàn)[71]中，數(shù)據(jù)擁有者與數(shù)據(jù)消費者直接發(fā)生交易，交易的是原始數(shù)據(jù)。然而上述激勵機制忽視了數(shù)據(jù)消費者之間既有偏好又有復(fù)雜的利益沖突關(guān)系這一事實。Cai H等人[72]提出了DTPCI這種雙邊拍賣機制來應(yīng)對市場偏好的多樣性、數(shù)據(jù)消費者之間復(fù)雜的利益沖突關(guān)系以及交易雙方的戰(zhàn)略選擇這三大挑戰(zhàn)。上述研究大多基于集中式的數(shù)據(jù)交易市場，存在集中式數(shù)據(jù)交易市場常有的問題，如數(shù)據(jù)擁有者的隱私泄露、數(shù)據(jù)丟失等問題。而Li Z N等人[34]則聚焦于基于分布式的數(shù)據(jù)交易市場，并且提出了具有稀疏信息的經(jīng)紀(jì)人來管理和調(diào)整交易市場，采用了一種迭代雙邊拍賣的方案。該方案由經(jīng)紀(jì)人解決計算資源交易的分配問題，并設(shè)計了一個特定的價格規(guī)則來誘導(dǎo)計算資源的買家和賣家以真實的方式投標(biāo)，從而實現(xiàn)了社會福利最大化，并且實現(xiàn)了安全的數(shù)據(jù)交易。

關(guān)于拍賣市場研究的進(jìn)一步分析見表1。

表1 不同拍賣機制在數(shù)據(jù)定價中的應(yīng)用

4 數(shù)據(jù)交易市場

數(shù)據(jù)定價和數(shù)據(jù)交易是一個相輔相成的過程。因為數(shù)據(jù)具有商業(yè)價值，所以大數(shù)據(jù)市場以及數(shù)據(jù)交易市場成為實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的最有效的市場。第3節(jié)總結(jié)了一些常見的基于博弈論和拍賣的數(shù)據(jù)定價模型，本節(jié)將系統(tǒng)地研究數(shù)據(jù)交易平臺，并基于現(xiàn)有的研究將數(shù)據(jù)交易市場劃分為集中式數(shù)據(jù)交易市場和分布式數(shù)據(jù)交易市場。

4.1 集中式數(shù)據(jù)交易市場

縱觀關(guān)于數(shù)據(jù)交易的研究，根據(jù)是否有第三方參與，可以將數(shù)據(jù)交易劃分為有中間商的數(shù)據(jù)交易市場[16,21,43,75]和無中間商的數(shù)據(jù)交易市場[10,54,65-66,76]，根據(jù)為買家提供的服務(wù)可以劃分為買家提供原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交易[10,16,21,71]和為買家提供處理后的數(shù)據(jù)（如對數(shù)據(jù)加入噪聲從而保護(hù)數(shù)據(jù)所有者的隱私，或經(jīng)預(yù)處理直接獲得滿足客戶需求的數(shù)據(jù)）的數(shù)據(jù)交易[43,75]。關(guān)于集中式數(shù)據(jù)交易市場的進(jìn)一步分析見表2。

表2 集中式市場中各種定價模型的應(yīng)用

在沒有中間商作為中介的框架中，數(shù)據(jù)擁有者和數(shù)據(jù)需求者直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交易，這種交易方式可以避免為第三方支付交易費用，可以讓交易雙方更了解雙方的需求，從而降低交易價格。然而在沒有第三方平臺的交易市場中，數(shù)據(jù)擁有者需要自己搭建數(shù)據(jù)交易市場，并且由于市場中存在多個數(shù)據(jù)擁有者，賣方之間的數(shù)據(jù)可能會形成“孤島”；而且，對于買家而言，由于信息不對稱，從多個數(shù)據(jù)擁有者的交易平臺中分別購買數(shù)據(jù)會消耗大量的精力和金錢，且存在購買數(shù)據(jù)與需求不匹配的可能，從而降低買家購買的欲望。為了解決上述難題，現(xiàn)有的關(guān)于數(shù)據(jù)交易市場的框架大多存在一個或多個中間商充當(dāng)?shù)谌狡脚_。但是該框架在解決上述難題的同時也帶來了新的問題，如第三方平臺的信任危機以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品接近0的復(fù)制成本，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)被非法篡改、用戶隱私泄露等潛在的問題。

4.2 分布式數(shù)據(jù)交易市場

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交易是在一個集中式的市場中進(jìn)行的，這就需要可靠的權(quán)威機構(gòu)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換。在這項工作中，為了解決潛在的問題，將區(qū)塊鏈技術(shù)[77]應(yīng)用于數(shù)據(jù)交易市場，從而構(gòu)建去中心化的數(shù)據(jù)交易市場。去中心化的數(shù)據(jù)交易市場可以擺脫單點性能瓶頸和單點故障問題，并且允許參與數(shù)據(jù)交易的多方之間建立去中心化的信任和依賴，其吸引了越來越多的關(guān)注。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，其特點是防篡改、可跟蹤性和公共可訪問性，其中共識機制確保了同步。為此，目前的研究設(shè)計了一個聯(lián)合體區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，以創(chuàng)建P2P（peer-to-peer）交易市場，提高數(shù)據(jù)所有者節(jié)點、服務(wù)提供商節(jié)點、數(shù)據(jù)消費者節(jié)點和礦工之間數(shù)據(jù)交易的安全性。在數(shù)據(jù)市場中，區(qū)塊鏈的引入可以解決集中式數(shù)據(jù)市場的弊端，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)交易的去中心化提供了另一種可能。

數(shù)據(jù)交易屬于在線的商業(yè)交易，參與者之間存在固有的不信任問題，這是因為沒有任何先驗的交易在前。而這種初始的不信任可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)交易陷入僵局，參與者沒有動力進(jìn)行交易。因此Delgado-Segura S等人[78]提出了一個公平的比特幣數(shù)據(jù)交易的基礎(chǔ)協(xié)議，建立了一個公平的數(shù)據(jù)交易市場。因為該協(xié)議是原子性的，所以該交易過程可以隨時完成或終止，以確保數(shù)據(jù)提供商和數(shù)據(jù)消費者都沒有遭受損失。但是該數(shù)據(jù)交易市場的缺點是不能辨別虛假信息，且一次只能考慮一個交易流程。

Liu K等人[37]利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)市場體系，提出了一個邊緣/云計算輔助的、區(qū)塊鏈增強的框架，以應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)市場中安全、信任和效率的挑戰(zhàn)；并在其中搭建了兩階段的Stackelberg博弈，以解決數(shù)據(jù)需求者的定價和購買問題，為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)市場設(shè)計了最優(yōu)定價機制，從而最大化贏家和消費者的利潤。

此外，Chuang I H等人[76]提出了一種信任感知物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（trustaware IoT data economic system，TIDES）。Yu Y等人[79]提出了一種基于比特幣的用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易的加密貨幣LRCoin。Zhou J Y等人[80]在區(qū)塊鏈上結(jié)合數(shù)據(jù)嵌入和相似度學(xué)習(xí)提出了分布式數(shù)據(jù)銷售，這種方法權(quán)衡了數(shù)據(jù)檢索的有效性和數(shù)據(jù)索引的泄漏風(fēng)險之間的關(guān)系。汪靖偉等人[81]提出搭建一個基于區(qū)塊鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交易市場分別需要考慮如下幾個設(shè)計目標(biāo)：去中心化、公平性、隱私性、有效性和經(jīng)濟(jì)激勵。

盡管基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)定價可以解決大多數(shù)集中式數(shù)據(jù)定價市場帶來的潛在問題，但是基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)定價也面臨許多難題，如固有的物理約束、有限的計算和存儲資源限制了使用更復(fù)雜的應(yīng)用程序的機會。為了解決計算和存儲資源有限的問題，Li Z N等人[34]通過引入邊緣云計算來增強基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)定價，提供了強大的計算資源和可擴展性。其中邊緣提供了有限的低時延的計算和存儲資源，而云計算可以提供強大的計算和存儲資源，但是缺點是時延較高。而Li Z N等人[34]將二者結(jié)合，并且采用了非合作博弈的模型，更加符合現(xiàn)實的數(shù)據(jù)交易市場。

盡管基于區(qū)塊鏈的去中心化數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)可以支持鏈上數(shù)據(jù)的安全性，但是需要更多努力來確保用戶收集并記錄在區(qū)塊鏈上的鏈下數(shù)據(jù)的可信性，即分布式數(shù)據(jù)市場也帶來了隱私和安全問題。

5 總結(jié)

本文研究了數(shù)據(jù)定價的相關(guān)問題。具體來說，首先分析了數(shù)據(jù)作為商品相較于傳統(tǒng)的實物產(chǎn)品的特性與區(qū)別，并且回顧了常見的數(shù)據(jù)產(chǎn)品定價策略和定價準(zhǔn)則。對于數(shù)據(jù)定價以及建立一個高效的數(shù)據(jù)交易市場，明確了其重要性，對不同的市場結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)定價策略以及數(shù)據(jù)定價模型進(jìn)行了分類，并指出了各種類型的優(yōu)勢和局限性。然后研究了博弈論和拍賣策略，詳細(xì)介紹了不同的方案、交易平臺及相關(guān)問題，并對現(xiàn)有的基于博弈論和拍賣的數(shù)據(jù)定價模型進(jìn)行了回顧，分析了這些研究對數(shù)據(jù)定價的貢獻(xiàn)及局限性。最后討論了傳統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)交易市場和近年熱門的基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)定價方式，并討論了兩種數(shù)據(jù)交易市場的優(yōu)劣，分析了這兩種交易平臺未來的改進(jìn)方向。本文旨在讓大家了解常見的數(shù)據(jù)定價的方式和方法，以及數(shù)據(jù)定價領(lǐng)域存在的尚未解決的難題，以期進(jìn)一步推動大數(shù)據(jù)交易的發(fā)展。