比特幣、天秤幣兩種加密貨幣解析

郭亞寧 尹亞麗

(中國(guó)信息通信研究院數(shù)據(jù)研究中心,北京 100000)

0 引言

1976年,哈耶克在《貨幣的非國(guó)家化》一書(shū)里曾展望了數(shù)字貨幣的理論。進(jìn)入21世紀(jì),金融科技創(chuàng)新迎來(lái)“奇點(diǎn)式”的發(fā)展,其中,最引人注目的無(wú)疑是2008年中本聰?shù)冗M(jìn)行了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的比特幣實(shí)踐。2019年Facebook公司發(fā)布了天秤幣白皮書(shū),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(lián)儲(chǔ)在內(nèi)的世界主要國(guó)家的中央銀行和金融機(jī)構(gòu)的關(guān)注,大多數(shù)國(guó)家的央行和金融機(jī)構(gòu)認(rèn)為天秤幣將會(huì)對(duì)各國(guó)央行發(fā)行的法定貨幣產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊,特別是對(duì)美元的全球化產(chǎn)生了極大的威脅。本文通過(guò)比特幣、天秤幣這兩種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字貨幣做全面介紹,加深讀者對(duì)數(shù)字貨幣的認(rèn)識(shí)和理解。

1 比特幣

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

由于底層的區(qū)塊鏈技術(shù)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(qián)等非法交易的犯罪工具,這給各個(gè)國(guó)家的金融管理體系帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)[1]。2017年9月4日,央行、網(wǎng)信辦、工信部等七部門(mén)出手正式叫停ICO,并禁止數(shù)字貨幣在中國(guó)交易流通。現(xiàn)如今全世界范圍內(nèi)關(guān)于比特幣的爭(zhēng)論還未有定論,因此對(duì)這種加密貨幣,特別是對(duì)以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)的加密貨幣發(fā)展的持續(xù)性關(guān)注仍然具有重要的意義[2]。

1.1 技術(shù)手段

比特幣的兩大核心技術(shù)——數(shù)字簽名和共識(shí)機(jī)制。

(1)數(shù)字簽名。在介紹數(shù)字簽名之前,要理解一個(gè)概念:非對(duì)稱加密。要了解它就要先明白什么是對(duì)稱加密算法。對(duì)稱加密的核心在于加密和解密時(shí)使用的是同一個(gè)秘鑰。而非對(duì)稱加密算法需要兩個(gè)密鑰來(lái)進(jìn)行加密和解密,這兩個(gè)秘鑰分別稱為公鑰和私鑰。公鑰是對(duì)外公開(kāi)的,私鑰是保密的,且公鑰是由私鑰通過(guò)橢圓曲線算法得到的。由于不涉及到私鑰傳輸,整個(gè)的信息通信過(guò)程會(huì)更安全[3]。數(shù)字簽名的信息及密傳輸和確認(rèn)過(guò)程如下:

1)發(fā)送人通過(guò)Hash計(jì)算將正文縮寫(xiě)成摘要;2)發(fā)送人通過(guò)自己的私鑰對(duì)摘要進(jìn)行加密,形成簽名;3)接收人將自己的公鑰給發(fā)送人,并對(duì)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(duì)原文解密,得到摘要;6)再用發(fā)送人的公鑰對(duì)簽名解密,得到摘要;7)兩份摘要進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)。

(2)共識(shí)機(jī)制。共識(shí)機(jī)制的目標(biāo)是保證系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)賬本記錄信息相同。分布式記賬去中心化的特點(diǎn)使得體系內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)需要記錄交易信息,但如果賬本數(shù)據(jù)存在較大差異,則整個(gè)系統(tǒng)將陷入一種無(wú)序狀態(tài),可能導(dǎo)致“雙花”問(wèn)題。為解決這個(gè)問(wèn)題比特幣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種“評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)接點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分,即設(shè)置一個(gè)難題,讓最快找到難題答案的節(jié)點(diǎn)完成記賬工作,而其他節(jié)點(diǎn)跟隨記賬。

比特幣系統(tǒng)采用了一種名叫PoW的共識(shí)機(jī)制確保整體賬本的一致性[4]。Pow的核心是考驗(yàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的“計(jì)算能力”。系統(tǒng)會(huì)發(fā)布一個(gè)“難題”,題目與記賬內(nèi)容有相關(guān),題目的難度取決于之前各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力。算力越強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)更有可能先將題目的解找到,從而獲得記賬的權(quán)力,即得到一個(gè)新快。每個(gè)新塊都有一個(gè)頭塊和一個(gè)主塊。所有選定的交易都添加到主塊中。每個(gè)塊的內(nèi)容包括:1)上一個(gè)塊哈希;2)時(shí)間戳,創(chuàng)建此塊的日期/時(shí)間;3)難度目標(biāo),為使塊生成時(shí)間保持在10分鐘以內(nèi),難度目標(biāo)是一個(gè)可以自行調(diào)整的動(dòng)態(tài)值;4)隨機(jī)數(shù)Nonce,一個(gè)初始化為0的計(jì)數(shù)器。具體流程如下:

1)當(dāng)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(nèi)容是系統(tǒng)支付給它的一定數(shù)量的比特幣獎(jiǎng)勵(lì);2)與此同時(shí),在系統(tǒng)內(nèi)其他用戶進(jìn)行交易后生成了“交易單”,將“交易單”發(fā)送給礦工;3)當(dāng)該名礦工搜集的交易數(shù)目足夠填滿這個(gè)區(qū)塊,就開(kāi)始結(jié)算系統(tǒng)設(shè)定的難度;4)一旦有其他一個(gè)礦工計(jì)算出了難題的解(一個(gè)字符串),就會(huì)將區(qū)塊放在自己的區(qū)塊中,并向系統(tǒng)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)發(fā)布自己的答案進(jìn)行下一步的驗(yàn)證;5)當(dāng)所有人驗(yàn)證完畢,確認(rèn)答案是正確之后,則記入這個(gè)區(qū)塊并放棄自己的計(jì)算,并將記錄的內(nèi)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(shí)際應(yīng)用

近年來(lái)比特幣的價(jià)格波動(dòng)較大,2020年9月以后,比特幣的價(jià)格呈顯出指數(shù)型增長(zhǎng)趨勢(shì),2021年2月22日的數(shù)據(jù)顯示比特幣單價(jià)沖上5萬(wàn)8千美元,超過(guò)同期1盎司黃金的價(jià)格。但有數(shù)據(jù)顯示比特幣的交易量是7筆/每秒,而2020年“雙十一”購(gòu)物節(jié)期間,網(wǎng)絡(luò)的交易峰值達(dá)到約58.3萬(wàn)筆/每秒,因此用比特幣作為日常的支付手段是不現(xiàn)實(shí)的[5]。

由于比特幣的價(jià)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(guó)公司甚至國(guó)家都同意使用比特幣完成交易支付。截至當(dāng)前全球約有1.8萬(wàn)家企業(yè)接受比特幣支付。

不能否認(rèn)的是,比特幣帶動(dòng)了全球科技公司對(duì)加密貨幣和區(qū)塊鏈技術(shù)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(qián)、非法交易的工具,這給政府監(jiān)管和打擊犯罪帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。同時(shí)比特幣沒(méi)有任何實(shí)際資產(chǎn)或者政府債權(quán),也沒(méi)有國(guó)家信用做背書(shū),并不能形成全球通用的支付手段,市場(chǎng)影響力也將會(huì)在未來(lái)產(chǎn)生下滑。

2 天秤幣

2019年6月18日,Facebook發(fā)布了天秤幣白皮書(shū)。最初由美元、英鎊、歐元、日元這四種法定貨幣計(jì)價(jià)的一籃子低波動(dòng)性資產(chǎn)作抵押物。天秤幣(Libra)集成了聯(lián)盟鏈和Token兩種優(yōu)勢(shì)。吸取了比特幣沒(méi)有強(qiáng)大倍數(shù)的劣勢(shì)的經(jīng)驗(yàn),天秤幣通過(guò)和行業(yè)知名企業(yè)組成強(qiáng)大聯(lián)盟形成了較為可靠的信用背書(shū)能力,又通過(guò)數(shù)字資產(chǎn)抵押資產(chǎn)解決了Token波動(dòng)問(wèn)題。Libra向Facebook全球24億用戶群開(kāi)放,平臺(tái)龐大的用戶體量是解決了天秤幣活躍用戶問(wèn)題。在L i b r a白皮書(shū)1.0版本中也明確提到:在未來(lái)Facebook會(huì)推出數(shù)字錢(qián)包服務(wù)。既可以獨(dú)立運(yùn)行,也可以SDK形式嵌入到服務(wù)中。天秤幣的愿景是作為一種全球性的數(shù)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(wù),它的誕生具有深刻的時(shí)代意義。

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

2.1 拜占庭共識(shí)算法(BFT)

拜占庭算法(ByzantineFaultTolerance,BFT)是圖靈獎(jiǎng)得主LeslieLamport提出。先來(lái)了解一下拜占庭將軍問(wèn)題:公元6世紀(jì),強(qiáng)大的拜占庭帝國(guó)的幾支部隊(duì)在一個(gè)敵人的城市之外扎營(yíng),每支部隊(duì)都由自己的將軍指揮,將軍只能通過(guò)信使互相溝通。在觀察敵人后,他們必須決定共同的行動(dòng)計(jì)劃。然而,其中一些將軍可能是叛徒,試圖阻止忠誠(chéng)的人達(dá)成協(xié)議。將軍必須決定何時(shí)攻擊這座城市,但他們需要大部分軍隊(duì)同時(shí)進(jìn)行攻擊才有勝算。為了取得戰(zhàn)斗的勝利,將軍必有一個(gè)算法來(lái)保證:

1)所有忠誠(chéng)的將軍采取同一行動(dòng)計(jì)劃;2)少數(shù)叛徒不能使忠誠(chéng)的將軍采取不良計(jì)劃。

忠誠(chéng)的將軍們都會(huì)按照算法所說(shuō)的去做。無(wú)論叛徒做什么,算法都必須保證上述條件1)。忠誠(chéng)的將軍不僅應(yīng)該達(dá)成協(xié)議,而且應(yīng)該就合理的計(jì)劃達(dá)成一致。

在互聯(lián)網(wǎng)大背景下,當(dāng)需要與不熟悉的對(duì)方進(jìn)行價(jià)值交換活動(dòng)時(shí),人們?nèi)绾尾拍芊乐共粫?huì)被其中的惡意破壞者欺騙、迷惑從而作出錯(cuò)誤的決策。天秤幣使用共識(shí)機(jī)制確保系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通信信息的一致性和不可逆性。即使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中1/3的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)仍然能順利運(yùn)行。

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

1)Request:D發(fā)起投票請(qǐng)求,挑一個(gè)服務(wù)發(fā)送即可,這里選擇R0;2)Pre-Prepare:率先收到的R0節(jié)點(diǎn)廣播到R1、R、R3,進(jìn)入Prepare階段;3)Prepare:R0、R1、R2、R3互相廣播,告知其他節(jié)點(diǎn)已收到投票請(qǐng)求,并進(jìn)入了Prepare階段;4)Commit:處在Prepare階段的節(jié)點(diǎn)收到2/3節(jié)點(diǎn)的返回后表示都在Prepare階段,則廣播自己進(jìn)入Commit階段;5)Reply:在Commit階段的節(jié)點(diǎn)收到其他2/3節(jié)點(diǎn)都進(jìn)入Commit階段了,則對(duì)C進(jìn)行反饋,宣布自己的投票結(jié)果。

2.2 Move編程語(yǔ)言

Move是為數(shù)字資產(chǎn)而生的智能合約平臺(tái)型語(yǔ)言,是一種新的編程語(yǔ)言,用于在Libra區(qū)塊鏈中實(shí)現(xiàn)自定義交易邏輯和智能合約。Move語(yǔ)言總結(jié)為以下特點(diǎn):每個(gè)資源有且只有一個(gè)唯一的所有者,不允許移動(dòng)或復(fù)制資源,目的是防止數(shù)字資產(chǎn)重復(fù)和丟失,以此來(lái)確保交易的安全性[6]。

3 總結(jié)

2008年,比特幣的橫空出世,開(kāi)啟了人類對(duì)數(shù)字加密貨幣的探索之旅。經(jīng)歷了十余年的演變,到現(xiàn)如今各國(guó)央行第一次集體接受嚴(yán)肅的全球化數(shù)字貨幣申請(qǐng),也是全球第一次集體從實(shí)踐角度系統(tǒng)評(píng)估數(shù)字加密貨幣帶來(lái)的影響。經(jīng)歷了數(shù)年的數(shù)字加密貨幣的演變,各國(guó)央行推行由國(guó)家信用做背書(shū)的數(shù)字貨幣的熱潮洶涌而至,新一輪的貨幣戰(zhàn)爭(zhēng)正在進(jìn)行之中。