Network Topology, System Mechanics and Behavioral Dynamics in Interbank Payment Systems

Abstract

The financial crisis of 2007-09 showed that financial institutions are highly interconnected and that the dynamic behavior of complex financial systems is hard to foresee. This Dissertation applies and develops new quantitative methods that describe the interbank payment functions of the financial system, both during normal circumstances and during times of crisis. First, it describes the topology of interactions among financial institutions using methods developed in network theory. Using empirical analysis of transaction data from the Fedwire interbank payment system of the Federal Reserve, it finds that the payment networks are complex with scale-free degree distributions and contain core banks that process a very high proportion of the total value. Second, it develops simulation models of the interbank payment systems and provides approximations of their liquidity flow mechanics. The simulation models are used to evaluate the efficiency and safety of alternative system designs. Third, it proposes an agent-based model of the interbank payment system and derives a liquidity demand function for it. The model is also used to forecast the collective behavior of banks when mechanisms that allow them to save liquidity are introduced to the system.

Vuosien 2007-2009 finanssikriisi osoitti, että rahoituslaitokset ovat tiiviisti kytköksissä toisiinsa ja että kompleksisen rahoitusjärjestelmän dynaamista käyttäytymistä on vaikea ennustaa. Väitöskirjassa sovelletaan ja kehitetään uusia matemaattisen mallintamisen menetelmiä, jotka kuvaavat rahoitusjärjestelmän maksuliiketoimintoja sekä normaaliolosuhteissa että kriisiaikana. Ensiksi väitöskirjassa kuvataan rahoituslaitosten vuorovaikutussuhteita verkostoteorian avulla. Empiirinen analyysi Yhdysvaltain keskuspankin Fedwire -järjestelmän maksuliikeaineistolla osoittaa verkkojen olevan kompleksisia ja mittakaavasta riippumattomia. Verkkojen ytimenä toimivien pankkien havaittiin suorittavan suurimman osan maksuliikkeestä. Toiseksi väitöskirja kehittää maksujärjestelmien simulointimalleja ja approksimaatioita niiden likviditeettivirtojen mekaniikasta. Malleja käytetään erityyppisten maksujärjestelmien tehokkuuden ja turvallisuuden arvioimiseen. Kolmanneksi väitöskirjassa esitetään agenttipohjainen malli maksujärjestelmistä ja johdetaan sen avulla likviditeetin kysyntäfunktio. Mallia käytetäänlisäksi pankkien kollektiivisen käyttäytymisen ennustamiseen, kun järjestelmään lisätään likviditeettiä säästäviä toimintamekaniikkoja.