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姚前:区块链与数字货币




中国人民银行科技司副司长、中国人民银行数字货币研究所筹备组组长姚前在《首届中国区块链应用论坛》上发表了题为《区块链与数字货币》的主题演讲。


以下为演讲实录:

尊敬的各位领导,女士们,先生们,很荣幸参加今天这个论坛!今天在座的有很多的是老朋友,其中赖茂生老师是我硕士毕业论文的答辩老师,过去有将近20年了,所以感觉到时间过得真快。我今天的演讲主题是“区块链与数字货币”。大家都知道,区块链和数字货币都是当今金融科技领域广泛探讨的热门话题。对区块链技术的研究在近几年来呈现了爆发式的增长态势。一些学者认为它是继大型机、个人电脑、互联网、移动互联网之后计算范式的第五次颠覆式创新以及下一代云计算的雏形。区块链有望像互联网一样彻底重塑人类社会活动形态,并实现从目前的信息互联网向价值互联网的转变。人民银行数字货币研究团队也一直在跟踪区块链技术,研究法定数字货币采用区块链技术的可行性与方案。今天,我想谈谈对区块链技术的一些理解,以及对法定数字货币的一些研究和探索思路,敬请大家批评指正。


何为区块链技术

区块链技术是以比特币为代表的数字加密货币体系的核心支撑技术。区块链技术的核心优势是不再需要一个传统的中心化机构,仅通过加密算法、共识机制、时间戳等技术手段,在分布式系统中实现了不依赖于某个信用中心的点对点交易、协调与协作,从而为中心化机构普遍存在的数据安全、协同效率、风险控制等问题提供解决方案。


区块链技术的定义

大家都知道,区块链技术起源于2008年由化名为中本聪的学者在密码学讨论组发表的一篇论文,目前尚未形成行业公认的区块链定义。狭义来讲, 区块链是一种按照时间顺序将数据区块以链条的方式组合成特定数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的去中心化共享总账,能够安全存储简单的、有先后关系的、能在系统内验证的数据。广义的区块链技术则是利用加密链式区块结构来验证与存储数据、利用分布式共识算法来新增和更新数据、利用运行在区块链上的代码,即智能合约,来保证业务逻辑的自动强制执行的一种全新的多中心化基础架构与分布式计算范式。


区块链系统组成

一个完整的区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中, 数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等技术;网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等;共识层主要封装网络节点的各类共识算法;激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来,主要包括经济激励的发行机制和分配机制等;合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约,是区块链可编程特性的基础;应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。
 

区块链技术与传统技术的对比

与传统技术向比,区块链具有以下四个方面的优势:

一是不可篡改,更加安全。在保护财产安全方面,通常我们可有两种途径:一个是把它藏起来,只有所有者才能拿到,比如黄金;或者是对外宣布财产的所有权,并以法律做背书,比如房产。传统信息安全方案属于第一种,它依赖于层层设防的访问控制。区块链则是第二种,通过区块链技术,记录交易的数据库任何人都可以共享。但由于巧妙的设计并辅以密码学和共识算法,区块链实现了数据库历史记录的不可篡改。实践证明,这样一个数据库可以确保市值达百亿美元的比特币在全球黑客的攻击下,运转稳定。

二是异构多活,可用性强。从区块链系统的架构看,每个系统参与方都是一个异地多活节点,远超两地三中心这样的冗余度,是天生的多活系统。如果某个节点遇到网络问题、硬件故障、软件错误或者被黑客控制,均不会影响系统以及其他参与节点。问题节点在排除故障并完成数据同步之后,便可以随时再加入到系统中继续工作。此外区块链中的节点通过点对点的通信协议进行交互,在保证通信协议一致的情况下不同节点可由不同开发者使用不同的编程语言、基于不同的架构、实现不同版本的全节点来处理交易。由此构成的软件异构环境确保了即便某个版本的软件出现问题,区块链的整体网络不会受到影响,这也是其高可用的基石所在。

三是新型协作机制,效率更高。对于公司间的大规模多边协作,在区块链应用之前,通常只有两种解决方法。其一,在多个主体之间向上寻找共同的“上级”机构,实现对整个组织进行协调。它的局限在于:某些场景很难找到一个所有市场参与方共同认可的信任中心,并且对于中心而言,由于优先级的存在,不一定能够及时、有效地满足所有协作需求。其二,参与方让渡部分权利共同组建第三方机构完成协作。它的局限在于:若制度不能满足第三方机构的营利和管理需要,其往往能够成为各参与方的实际权力中心。区块链提供了另一种方法:以对等的方式把参与方连接起来,由参与方共同维护一个系统,通过共识机制和智能合约来表达协作规则,实现更有弹性的协作方式。因为参与方职责明确,不用向第三方机构让渡权力,无需维护第三方信任机构的成本,有利于各方更好地开展协作。作为信任机器,区块链有望成为低成本、高效率的一种全新的协作模式,形成更大范围、更低成本的新协同机制。

四是智能合约更加先进。智能合约具有透明可信、自动执行、强制履约的优点。尽管如此,自尼克·萨博1993年提出以来,智能合约始终停留在理念层面。重要原因在于,长久以来没有支持可信代码运行的环境,无法实现自动强制执行。而区块链第一次让智能合约的构想成为现实。本质上讲,智能合约就是运行在区块链上的一段代码,和运行在服务器上的代码并无太大差别,唯一的区别是可信度更高。首先,可信是因为智能合约的代码是透明的,对于用户来讲,只要能够接入到区块链中,用户就可以看到编译后的智能合约,可以对代码进行检查和审计。其次,可信还来源于智能合约的运行环境,一个程序的运行结果除了与程序代码有关,还和提供给程序处理的数据有关。因此,智能合约一旦被部署到区块链上,程序的代码和数据就是公开透明的,无法被篡改,并且一定会按照预先定义的逻辑去执行,产生预期中的结果。如果基于代码的智能合约能够被法律体系所认可,那么依托程序的自动化优势,通过组合串联不同的智能合约,达到不同的目的,能够使我们加速走向更为高效的商业社会。


作为近年来兴起并快速发展的新技术, 区块链必然会面临各种制约其发展的问题和障碍。

总体看来,包括三个方面:

一是性能问题有待突破。从目前的情况看,区块链的性能问题主要体现为吞吐量和存储带宽的矛盾。以比特币为例,在公有链中,每秒7笔的处理能力远不能满足整个社会的支付需求;同时,全部交易数据需要占用庞大的存储空间。如果只是简单提高区块大小来提高吞吐量,比特币很快就会变成只有少数几个大公司能够运行的系统,有违去中心化的设计初衷。在比特币、以太坊等公有链系统中,上述矛盾是系统设计时面临的最大挑战。在联盟链中,因为参与记账的节点可选可控,最弱节点的能力上限不会太低,并且可以通过资源投入获得改善,再针对性地替换掉共识算法等组件最终获得性能的全方位提升。但作为智能合约基础支撑的联盟链另有考验:智能合约运行时会互相调用并读写区块数据,因此交易的处理时序特别重要,节点在处理或者验证交易的时候无法并行,只能逐笔进行,这会制约节点的处理能力。

区块链第二个劣势,隐私保护有待加强。传统上数据是保存在中心服务器上的,由系统运营方保护数据隐私。但在公有链中,没有中心化的运营方,每一个参与者都能够获得完整的数据备份,这也意味着公有链的数据库是透明的。比特币对隐私保护的解决思路是,通过隔断交易地址和地址持有人真实身份的关联,来达到匿名的效果。所以虽然能够看到每一笔转账记录的发送方和接受方的地址,但无法对应到现实世界中的具体某个人。对于比特币而言,这样的解决方案也许够用。但如果区块链需要承载更多的业务,比如实名资产,又或者通过智能合约实现具体的借款合同等,这些合同信息如何保存在区块链上,验证节点在不知晓具体合同信息的情况下如何执行合同,这就需要关注同态加密、零知识证明等新型密码学方案在区块链问题上的应用进展。此外,通过合理设计系统上链的数据,安排链外信息交换通道等机制,也可以规避一些隐私保护的难点。

三是区块链升级修复机制有待探索。与中心化系统的升级方式不同,在公有链中,因为节点数量庞大,参与者身份匿名,不可能关闭系统集中进行升级。在具体实践中,公有链社区摸索出了“硬分叉”和“软分叉”等升级机制,但遗留问题有待观察。此外,由于公有链不能“关停”,其错误修复也异常棘手,一旦出现问题,尤其是安全漏洞,将非常致命。通过放松去中心化这个限制条件,很多问题能找到解决的方案。比如在联盟链这样的多中心系统中,通过关闭系统来升级区块链底层,或者紧急干预,回滚数据等,必要时都是可用的手段,这些手段有助于控制风险、纠正错误。而对于常规代码升级,通过分离代码和数据,结合多层智能合约结构,实现可控的智能合约更替。


法定数字货币的形态、运行框架、体系

鉴于区块链技术的上述特点,我们认为区块链可作为央行发行法定数字货币的备选技术之一。于此同时,我们也要对这一技术进行持续改进和优化,以适用于法定数字货币体系,如法定数字货币的产生、流通、清点核对及消亡全过程登记,可参考区块链技术,建立集中/分布相对均衡的簿记登记中心。目前我们对于我国法定数字货币设计的初步考虑是:由央行主导,在保持纸币发行的同时,发行以加密算法为基础的数字货币,M0的一部分由数字货币构成。为充分保障数字货币的安全性,发行者可采用安全芯片为载体,来保护密钥和算法运算过程的安全。我国法定数字货币发行总体框架可以描述为:根据现行人民币管理原则,法定数字货币的发行和回笼基于“中央银行-商业银行”的二元体系来完成,中央银行负责法定数字货币的发行与验证监测,商业银行从中央银行申请到法定数字货币后,直接面向社会,负责提供法定数字货币流通服务与应用生态体系构建服务。

我国法定数字货币体系的核心要素可概括为一种币、两个库、三个中心。具体而言,包括以下几项构成要素:一是法定数字货币私有云:用于支撑法定数字货币运行的底层基础设施。二是数字货币:由央行担保并签名发行的,代表具体金额的加密数字串。三是数字货币发行库:央行在法定数字货币私有云上存放法定数字货币发行基金的数据库。四是数字货币商业银行库:商业银行存放法定数字货币的数据库,可以在本地也可以在法定数字货币私有云上。五是数字货币数字钱包:指在流通市场上,个人或单位用户使用法定数字货币的客户端,此钱包可以基于硬件也可以基于软件。六是认证中心:央行对法定数字货币机构及用户身份信息进行集中管理,它是系统安全的基础组件,也是可控匿名设计的重要环节。七是登记中心:记录法定数字货币及对应用户身份,完成权属登记;记录流水,完成法定数字货币产生、流通、清点核对及消亡全过程登记。八是大数据分析中心:进行反洗钱、支付行为分析、监管调控指标分析等。


人民银行开展数字货币研究情况

人民银行一直高度关注数字货币发展,并积极开展相关研究工作。从2014年起就成立了发行法定数字货币的专门研究小组,对数字货币相关问题进行前瞻性研究,论证央行发行法定数字货币的可行性。2015年又充实力量,对数字货币发行和业务运行框架、数字货币的关键技术、数字货币发行流通环境、数字货币面临的法律问题、数字货币对经济金融体系的影响、法定数字货币与私人发行数字货币的关系、国际上数字货币的发行经验等进一步深入研究,形成了人民银行发行数字货币的系列研究报告,央行发行法定数字货币的原型方案已完成两轮修订。这些研究成果,有的已经向国家知识产权局递交了专利申请书,有的则以专题形式择要在《中国金融》发表。目前,人民银行的数字货币研发工作正在进入新的阶段,内容包括加强内外部交流与合作、设立专门研究机构、进一步完善法定数字货币发行和流通体系、加快法定数字货币原型构建、深入研究并尝试应用法定数字货币涉及的各类信息技术等。

结语

那么今天我们看到有工行的张艳副总也在座,工行、中行还有其他几个机构已经跟央行在合作开发基于数字货币和区块链的数字票据平台,我们希望在这样一个可控的环境下来做深入的探索。在这个进程中,我们将本着科学、严谨、开放的态度,积极探索、审慎实践,不排斥任何安全有效的新技术、新方法,也期待与社会各界进行广泛深入的交流合作,以共同推动中国法定数字货币早日成为现实,为国家经济社会发展做出贡献。

我的演讲就到这里,谢谢大家!

来源:CIO时代网

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