郭亞寧 尹亞麗

(中國信息通信研究院數據研究中心,北京 100000)

0 引言

1976年,哈耶克在《貨幣的非國家化》一書里曾展望了數字貨幣的理論。進入21世紀,金融科技創(chuàng)新迎來“奇點式”的發(fā)展,其中,最引人注目的無疑是2008年中本聰等進行了基于區(qū)塊鏈技術的比特幣實踐。2019年Facebook公司發(fā)布了天秤幣白皮書,欲依托自身20億的用戶打破了傳統(tǒng)支付系統(tǒng)模式,這引起了包括美聯儲在內的世界主要國家的中央銀行和金融機構的關注,大多數國家的央行和金融機構認為天秤幣將會對各國央行發(fā)行的法定貨幣產生嚴重沖擊,特別是對美元的全球化產生了極大的威脅。本文通過比特幣、天秤幣這兩種基于區(qū)塊鏈技術的數字貨幣做全面介紹,加深讀者對數字貨幣的認識和理解。

1 比特幣

2008年中本聰發(fā)布的白皮書中提出比特幣原型,并于2009年1月3日問世。比特幣是一種數字貨幣生態(tài)系統(tǒng),比特幣的最小計量稱為satoshi,為比特幣的1億分之一。盡管比特幣沒有任何實際資產或者政府債權,但其交易價值一直處于持續(xù)走高的狀態(tài),截至2020年12月的數據顯示,一枚比特幣的價值約合2萬7千美元。

由于底層的區(qū)塊鏈技術使得比特幣具有去中心化、匿名性、難以被追溯、不易被篡改的特征,可能成為資本外逃或者洗錢等非法交易的犯罪工具,這給各個國家的金融管理體系帶來極大的挑戰(zhàn)[1]。2017年9月4日,央行、網信辦、工信部等七部門出手正式叫停ICO,并禁止數字貨幣在中國交易流通?，F如今全世界范圍內關于比特幣的爭論還未有定論,因此對這種加密貨幣,特別是對以區(qū)塊鏈為底層技術的加密貨幣發(fā)展的持續(xù)性關注仍然具有重要的意義[2]。

1.1 技術手段

比特幣的兩大核心技術——數字簽名和共識機制。

(1)數字簽名。在介紹數字簽名之前,要理解一個概念:非對稱加密。要了解它就要先明白什么是對稱加密算法。對稱加密的核心在于加密和解密時使用的是同一個秘鑰。而非對稱加密算法需要兩個密鑰來進行加密和解密,這兩個秘鑰分別稱為公鑰和私鑰。公鑰是對外公開的,私鑰是保密的,且公鑰是由私鑰通過橢圓曲線算法得到的。由于不涉及到私鑰傳輸,整個的信息通信過程會更安全[3]。數字簽名的信息及密傳輸和確認過程如下:

1)發(fā)送人通過Hash計算將正文縮寫成摘要;2)發(fā)送人通過自己的私鑰對摘要進行加密,形成簽名;3)接收人將自己的公鑰給發(fā)送人,并對正文加密;4)發(fā)送人將加密的正文、簽名以及自己的公鑰傳送給接收人;5)接收人用自己的私鑰、Hash算法對原文解密,得到摘要;6)再用發(fā)送人的公鑰對簽名解密,得到摘要;7)兩份摘要進行對比確認。

(2)共識機制。共識機制的目標是保證系統(tǒng)內所有節(jié)點賬本記錄信息相同。分布式記賬去中心化的特點使得體系內所有節(jié)點需要記錄交易信息,但如果賬本數據存在較大差異,則整個系統(tǒng)將陷入一種無序狀態(tài),可能導致“雙花”問題。為解決這個問題比特幣系統(tǒng)設計了一種“評價體系標準”對接點進行區(qū)分,即設置一個難題,讓最快找到難題答案的節(jié)點完成記賬工作,而其他節(jié)點跟隨記賬。

比特幣系統(tǒng)采用了一種名叫PoW的共識機制確保整體賬本的一致性[4]。Pow的核心是考驗各個節(jié)點的“計算能力”。系統(tǒng)會發(fā)布一個“難題”,題目與記賬內容有相關,題目的難度取決于之前各節(jié)點的計算能力。算力越強的節(jié)點更有可能先將題目的解找到,從而獲得記賬的權力,即得到一個新快。每個新塊都有一個頭塊和一個主塊。所有選定的交易都添加到主塊中。每個塊的內容包括:1)上一個塊哈希;2)時間戳,創(chuàng)建此塊的日期/時間;3)難度目標,為使塊生成時間保持在10分鐘以內,難度目標是一個可以自行調整的動態(tài)值;4)隨機數Nonce,一個初始化為0的計數器。具體流程如下:

1)當前區(qū)塊中含有一系列“交易單”。首先礦工要在該區(qū)塊中記錄第一筆交易,內容是系統(tǒng)支付給它的一定數量的比特幣獎勵;2)與此同時,在系統(tǒng)內其他用戶進行交易后生成了“交易單”,將“交易單”發(fā)送給礦工;3)當該名礦工搜集的交易數目足夠填滿這個區(qū)塊,就開始結算系統(tǒng)設定的難度;4)一旦有其他一個礦工計算出了難題的解(一個字符串),就會將區(qū)塊放在自己的區(qū)塊中,并向系統(tǒng)內的所有節(jié)點發(fā)布自己的答案進行下一步的驗證;5)當所有人驗證完畢,確認答案是正確之后,則記入這個區(qū)塊并放棄自己的計算,并將記錄的內容放到區(qū)塊中。因此,比特幣交易系統(tǒng)中所有的礦工的區(qū)塊記錄信息都始終保持一致。

1.2 實際應用

近年來比特幣的價格波動較大,2020年9月以后,比特幣的價格呈顯出指數型增長趨勢,2021年2月22日的數據顯示比特幣單價沖上5萬8千美元,超過同期1盎司黃金的價格。但有數據顯示比特幣的交易量是7筆/每秒,而2020年“雙十一”購物節(jié)期間,網絡的交易峰值達到約58.3萬筆/每秒,因此用比特幣作為日常的支付手段是不現實的[5]。

由于比特幣的價格的持續(xù)上漲,支持比特幣作為交易支付方式的行為也逐漸增多。不少跨國公司甚至國家都同意使用比特幣完成交易支付。截至當前全球約有1.8萬家企業(yè)接受比特幣支付。

不能否認的是,比特幣帶動了全球科技公司對加密貨幣和區(qū)塊鏈技術追逐的熱潮。但是由于比特幣系統(tǒng)具有去中心化、匿名性的特征,使得每一筆交易都難以追蹤,成為偷稅、洗錢、非法交易的工具,這給政府監(jiān)管和打擊犯罪帶來巨大的挑戰(zhàn)。同時比特幣沒有任何實際資產或者政府債權,也沒有國家信用做背書,并不能形成全球通用的支付手段,市場影響力也將會在未來產生下滑。

2 天秤幣

2019年6月18日,Facebook發(fā)布了天秤幣白皮書。最初由美元、英鎊、歐元、日元這四種法定貨幣計價的一籃子低波動性資產作抵押物。天秤幣(Libra)集成了聯盟鏈和Token兩種優(yōu)勢。吸取了比特幣沒有強大倍數的劣勢的經驗,天秤幣通過和行業(yè)知名企業(yè)組成強大聯盟形成了較為可靠的信用背書能力,又通過數字資產抵押資產解決了Token波動問題。Libra向Facebook全球24億用戶群開放,平臺龐大的用戶體量是解決了天秤幣活躍用戶問題。在L i b r a白皮書1.0版本中也明確提到:在未來Facebook會推出數字錢包服務。既可以獨立運行,也可以SDK形式嵌入到服務中。天秤幣的愿景是作為一種全球性的數字原生貨幣,集穩(wěn)定性、低通貨膨脹性、全球化、可互換性于一體,其目的是參與跨境支付服務,它的誕生具有深刻的時代意義。

天秤幣是一種采用拜占庭共識算法的聯盟鏈。采用了包括拜占庭共識算法(BFT)、Move編程語言。

2.1 拜占庭共識算法(BFT)

拜占庭算法(ByzantineFaultTolerance,BFT)是圖靈獎得主LeslieLamport提出。先來了解一下拜占庭將軍問題:公元6世紀,強大的拜占庭帝國的幾支部隊在一個敵人的城市之外扎營,每支部隊都由自己的將軍指揮,將軍只能通過信使互相溝通。在觀察敵人后,他們必須決定共同的行動計劃。然而,其中一些將軍可能是叛徒,試圖阻止忠誠的人達成協議。將軍必須決定何時攻擊這座城市,但他們需要大部分軍隊同時進行攻擊才有勝算。為了取得戰(zhàn)斗的勝利,將軍必有一個算法來保證:

1)所有忠誠的將軍采取同一行動計劃;2)少數叛徒不能使忠誠的將軍采取不良計劃。

忠誠的將軍們都會按照算法所說的去做。無論叛徒做什么,算法都必須保證上述條件1)。忠誠的將軍不僅應該達成協議,而且應該就合理的計劃達成一致。

在互聯網大背景下,當需要與不熟悉的對方進行價值交換活動時,人們如何才能防止不會被其中的惡意破壞者欺騙、迷惑從而作出錯誤的決策。天秤幣使用共識機制確保系統(tǒng)內每個節(jié)點通信信息的一致性和不可逆性。即使整個網絡中1/3的節(jié)點出現故障時,系統(tǒng)仍然能順利運行。

拜占庭算法的流程如,其中D為發(fā)送請求端,R0、R1、R2、R3為服務端:

1)Request:D發(fā)起投票請求,挑一個服務發(fā)送即可,這里選擇R0;2)Pre-Prepare:率先收到的R0節(jié)點廣播到R1、R、R3,進入Prepare階段;3)Prepare:R0、R1、R2、R3互相廣播,告知其他節(jié)點已收到投票請求,并進入了Prepare階段;4)Commit:處在Prepare階段的節(jié)點收到2/3節(jié)點的返回后表示都在Prepare階段,則廣播自己進入Commit階段;5)Reply:在Commit階段的節(jié)點收到其他2/3節(jié)點都進入Commit階段了,則對C進行反饋,宣布自己的投票結果。

2.2 Move編程語言

Move是為數字資產而生的智能合約平臺型語言,是一種新的編程語言,用于在Libra區(qū)塊鏈中實現自定義交易邏輯和智能合約。Move語言總結為以下特點:每個資源有且只有一個唯一的所有者,不允許移動或復制資源,目的是防止數字資產重復和丟失,以此來確保交易的安全性[6]。

3 總結

2008年,比特幣的橫空出世,開啟了人類對數字加密貨幣的探索之旅。經歷了十余年的演變,到現如今各國央行第一次集體接受嚴肅的全球化數字貨幣申請,也是全球第一次集體從實踐角度系統(tǒng)評估數字加密貨幣帶來的影響。經歷了數年的數字加密貨幣的演變,各國央行推行由國家信用做背書的數字貨幣的熱潮洶涌而至,新一輪的貨幣戰(zhàn)爭正在進行之中。