中央銀行加密貨幣

RSCoin作為一個學術(shù)研究模型具有較好的借鑒價值，但作為法定數(shù)字貨幣的生產(chǎn)系統(tǒng)還有很多細節(jié)需要進一步完善

在英格蘭銀行的建議下，英國倫敦大學學院的研究人員提出并開發(fā)了一個法定數(shù)字貨幣原型系統(tǒng)，即中央銀行加密貨幣（Centrally Banked Cryptocurrencies）——RSCoin系統(tǒng)。

對于這一有一定典范性的中央銀行數(shù)字貨幣原型構(gòu)想，實有研究的必要。本文詳細分析了RSCoin系統(tǒng)的核心功能、體系架構(gòu)、關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)和交易模型，對其功能擴展進行了展望，并且在此基礎上對RSCoin的優(yōu)缺點進行了剖析。

RSCoin作為一個學術(shù)研究模型具有較好的借鑒價值，但作為法定數(shù)字貨幣的生產(chǎn)系統(tǒng)還有很多細節(jié)需要進一步完善。

RSCoin系統(tǒng)概述

RSCoin項目的研發(fā)者認為，比特幣不適用于中央銀行發(fā)行數(shù)字貨幣的應用場景，這源于比特幣內(nèi)在機制存在的一些問題，主要包括如下方面：一是比特幣網(wǎng)絡的可擴展性差，無法承載大容量、高速率的貨幣交易，目前比特幣網(wǎng)絡中每秒最多進行7筆交易；二是去中心化的貨幣發(fā)行體系，導致中央銀行無法對貨幣供應進行宏觀調(diào)控，比特幣本身的價格極度不穩(wěn)定，不利于在更大范圍、更大規(guī)模上的應用，尤其是不利于在主權(quán)貨幣上使用。

針對以上問題，RSCoin的設計目標是站在中央銀行的視角，實現(xiàn)一種受中央銀行控制的、可擴展的數(shù)字貨幣，為中央銀行發(fā)行數(shù)字貨幣提供一套發(fā)行流通的參考框架和系列準則。

RSCoin解決方案的核心內(nèi)容主要有：

一是將貨幣的發(fā)行和交易總賬的維護分開，采用中心化的貨幣政策，貨幣由中央銀行統(tǒng)一發(fā)行，而交易賬本分布式存儲，由多個可信的mintettes（可理解為商業(yè)銀行）來記錄維護，最后由中央銀行進行統(tǒng)一對賬和管理。簡言之，系統(tǒng)總體設計采用了中央銀行—商業(yè)銀行的二元分層體系結(jié)構(gòu)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)了分層管理的分布式賬本；

二是mintettes由中央銀行授權(quán)接入系統(tǒng)，中央銀行對mintettes的行為進行審查，故不需要采用比特幣的工作量證明來達成共識；

三是RSCoin采用了一種稱為兩階段提交（Two-Phase Commit：2PC）的共識機制來進行分布式記賬，使得每秒可處理的交易能達到2000筆，通過提高mintettes的數(shù)量，每秒可處理的交易上限還能不斷提高，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的可擴展性。

RSCoin系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)

RSCoin系統(tǒng)中包含中央銀行、mintettes和最終用戶三類角色，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。中央銀行完全控制貨幣的產(chǎn)生，并通過生成全局賬本（higher-level block）向整個系統(tǒng)發(fā)布最終交易數(shù)據(jù)，全局賬本是最終交易賬本。中央銀行對mintettes進行授權(quán)認證，并定期向整個系統(tǒng)發(fā)布授權(quán)的mintettes列表。

mintettes得到授權(quán)后，在某個時間周期內(nèi)負責維護交易賬本。mintettes收集、校驗用戶提交的交易信息，經(jīng)驗證的交易由mintettes打包生成低層賬本（lower-level block）。mintettes定期將低層賬本交易數(shù)據(jù)提交到中央銀行，由中央銀行匯總生成全局賬本，并對外發(fā)布確認的交易數(shù)據(jù)。

最終用戶和央行之間不直接發(fā)生信息交互，而是通過mintettes這一中間層代為傳遞，匯總交易記錄；央行更多是沖突調(diào)解者、最后確認人，以及全局賬本這樣一個角色。

RSCoin和比特幣類似，采用的不是基于用戶賬號余額這樣的系統(tǒng)設計，而是基于交易流水（UTXO），即系統(tǒng)只記錄有效的轉(zhuǎn)賬憑證（可以拿支票做類比），只要用戶能夠證明其合法持有該轉(zhuǎn)賬憑證，就可以把該憑證轉(zhuǎn)讓給其他人。

RSCoin采用了分片的設計思想來提高系統(tǒng)的處理能力，具體做法是把mintettes分為若干小組，每組mintettes只維護系統(tǒng)全局賬本中的部分；然后把需要處理的交易按照一定的規(guī)則分發(fā)給不同的mintettes小組進行處理，從而提高整個系統(tǒng)的處理能力。這也是淘寶、微信這類高負載、海量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)通常所使用的方法，而這類系統(tǒng)的難點是要解決數(shù)據(jù)一致性的問題，在RSCoin中，就是要解決“雙花”的問題。

RSCoin系統(tǒng)的另一部分擴展性來源于，系統(tǒng)讓最終用戶承擔了較多的任務，很多的信息同步和協(xié)調(diào)工作是由用戶來完成。舉個例子，可以通過讓用戶自行辦理的辦法實現(xiàn)跨行轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)：銀行之間不直接傳遞交易信息，而是由轉(zhuǎn)出行給用戶出具證明（由加密算法保證其不可纂改），用戶再跑去轉(zhuǎn)入行執(zhí)行存款，最終實現(xiàn)跨行轉(zhuǎn)賬，減輕銀行跨行信息系統(tǒng)的壓力。

下面以用戶發(fā)起一筆轉(zhuǎn)賬請求為例，描述RSCoin系統(tǒng)的交易模型（見圖2）：

（一）用戶首先找到自己的轉(zhuǎn)賬憑證，然后根據(jù)該轉(zhuǎn)賬憑證上的編號，根據(jù)一個確定性的規(guī)則得到該轉(zhuǎn)賬憑證的所屬mintettes組，類似于根據(jù)身份證號我們能推算出出生地。因為一個mintettes組只持有部分賬本數(shù)據(jù)，所以正確找到保存該轉(zhuǎn)賬憑證的mintettes組是必須的。

（二）然后用戶發(fā)送自己合法持有該憑證的證明（即用戶簽名）給一個mintettes組中的所有成員，該組成員各自核準并給用戶出具證明（mintettes的簽名）。

（三）用戶收集到足夠多的mintettes簽名后，就可以把所有mintettes簽名連同憑證和自己的簽名一起發(fā)送給本次交易接受方的mintettes組中的一個，獲得一個確認簽名。

（四）對于用戶而言，轉(zhuǎn)賬過程到此就完成了，最后得到的這個簽名可以作為轉(zhuǎn)賬完成的證據(jù)。

對于接受交易的mintettes而言，還要負責把該筆交易數(shù)據(jù)寫入到其所在mintettes組的低層賬本中去，最后再統(tǒng)一匯總到央行的全局賬本中。

RSCoin的論文中沒有涉及在一個mintettes組中，各個mintettes如何互相同步保證數(shù)據(jù)一致性，也沒有談及mintettes的賬本如何匯總到央行的賬本，二者恰恰是最需要關(guān)注的部分。

如果忽略上述兩個未被描述的細節(jié)，RSCoin還是能實現(xiàn)如下的安全標準：一是沒有發(fā)生貨幣“雙花”；二是不可否認記賬：用戶收到的來自交易輸出所有者mintettes發(fā)送的確認信息后，交易一定會被加入到賬本。若交易未加入到賬本，該確認信息可用于投訴mintettes；三是定時的個人審計：用戶有查看mintettes的低層賬本的權(quán)利，以確保mintettes沒有做出違法操作；四是普遍的審計：任何有查看權(quán)利的用戶都能查看mintettes的低層賬本，而mintettes不能進行篡改、遺漏、添加交易等行為；五是任何有查看權(quán)利的用戶可以監(jiān)察mintettes是否正確遵循協(xié)議，而這可以作為mintettes獲得交易費多少的證明。

RSCoin系統(tǒng)功能擴展

根據(jù)中央銀行需要，通過在基本RSCoin系統(tǒng)基礎上設計運行機制、修改系統(tǒng)運行參數(shù)，可以實現(xiàn)一些擴展功能。

（一）激勵機制。通過設計適當?shù)募顧C制，mintettes會完成更多的工作，例如生成更多的低層賬本，減輕中央銀行的負擔；可以要求mintettes在中央銀行繳存交易準備金，并規(guī)定mintettes只能校驗小于準備金大小的交易金額，mintettes如果有不誠實的行為就會受到懲罰等。

（二）快速交易確認。中央銀行定期發(fā)布包含該周期內(nèi)所有交易的全局賬本，在這個時間點交易會被正式記錄到賬本中。但mintettes可以在更短的時間周期內(nèi)就提供證明，證明用戶的交易是有效的，并且對用戶承諾交易會被記錄到中央銀行的賬本中，用戶可以在一個記賬周期內(nèi)進行多筆交易，而不像其他加密數(shù)字貨幣需要等待區(qū)塊鏈生成幾個數(shù)據(jù)塊后才能確認交易，這樣處理使得用戶體驗更好。

（三）多重銀行與外匯。如果多個中央銀行采用此框架部署自身的數(shù)字貨幣系統(tǒng)，全球用戶就可以使用不同的數(shù)字貨幣進行交易。這些貨幣之間保持獨立性，中央銀行不能跟蹤其他中央銀行范圍內(nèi)的交易。在第三方機構(gòu)介入的情況下，可以進行外匯兌換交易。

RSCoin系統(tǒng)優(yōu)缺點分析

RSCoin采用多項獨特設計以區(qū)別于以往的加密數(shù)字貨幣：

（一）中心化貨幣發(fā)行。RSCoin模型框架與以比特幣為代表的加密數(shù)字貨幣最重要的區(qū)別就是貨幣可控發(fā)行。在RSCoin模型設計中，中央銀行使用密碼技術(shù)控制數(shù)字貨幣的生成，貨幣生成后存放在中央銀行，由中央銀行實施集中管控，并根據(jù)策略向mintettes或最終用戶投放。這種可控發(fā)行機制的設計能滿足中央銀行貨幣政策調(diào)控的需要。

（二）分布式賬本維護。RSCoin模型框架采用貨幣發(fā)行控制與賬本維護相分離的設計，mintettes由中央銀行授權(quán)進行交易賬本的維護，采用分片策略為每個授權(quán)機構(gòu)分配用戶，以增加可靠性和安全性。

（三）交易容量可擴展。通過分析消息交互情況，在理論上可以得出交易處理容量會隨著mintettes數(shù)量的增加而線性增長的結(jié)論。這意味著mintettes數(shù)量越多，系統(tǒng)交易容量就會越大。其原型系統(tǒng)在亞馬遜云上的測試結(jié)果表明，在3個mintettes的情況下，系統(tǒng)交易的容量為每秒400筆左右。每增加一個mintettes，交易容量每秒增加66筆左右，部署30個mintettes，可提供2000筆/秒的交易容量及少于1秒的交易速度。

（四）交易賬本可審計。RSCoin使用交叉日志機制保證賬本具有較高的透明度和可審計性。日志內(nèi)容包括授權(quán)機構(gòu)與用戶交互、用戶提交交易憑證等關(guān)鍵行為的簽名記錄，任何試圖修改交易記錄或攻擊行為都會造成日志信息不一致，中央銀行或?qū)徲嫏C構(gòu)就能及時發(fā)現(xiàn)問題。

但RSCoin也存在如下一些不足：

（一）RSCoin使用二層分布式賬本，通過增加mintettes數(shù)量提高系統(tǒng)的處理能力，但并沒有減少總賬本的數(shù)據(jù)量。而對于更為龐大和復雜的系統(tǒng)，總賬本的數(shù)據(jù)量和系統(tǒng)的可靠性及效率之間需要找到一個平衡點，RSCoin對此僅做了簡單的處理，并未深入探究；

（二）在二層分布式記賬方法中，RSCoin將大量的對賬工作交由中央銀行來處理，中央銀行可能成為系統(tǒng)的瓶頸，因此這一方案是否最優(yōu)也有待商榷；

（三）RSCoin沒有進一步對中央銀行應該如何對賬、中央銀行對賬結(jié)果如何反饋給底層mintettes進行描述，從協(xié)議角度看是不完備的；

（四）RSCoin照搬了比特幣記錄交易流水的記賬模式，沒有使用銀行業(yè)應用的復式記賬法，因此有觀點認為銀行業(yè)務人員是否習慣這種體系，有待觀察；

（五）RSCoin只是一個概念原型系統(tǒng)，并未能實現(xiàn)現(xiàn)實世界中的眾多支付、交易功能。

從業(yè)務角度出發(fā)，RScoin隱含了一個全局賬本，即央行負責每筆交易最終的確認，這就存在著全社會統(tǒng)一賬戶體系的概念，對于中央銀行—商業(yè)銀行的二元體系有可能構(gòu)成沖擊。

另外由于采用的是DLT技術(shù)，而且是記錄交易的UTXO方式，所以身份認證是系統(tǒng)不可分割的一部分，這也會帶來狹義銀行的風險及另起爐灶的質(zhì)疑。為解決這些潛在的問題，筆者給出了數(shù)字貨幣錢包基于銀行賬戶分層并用的思路，希望借此可將數(shù)字貨幣這一業(yè)界寵兒有機融入現(xiàn)存體系。

法定數(shù)字貨幣當然不會依賴于某一特定技術(shù)，包括區(qū)塊鏈。但不管怎么說，RSCoin作為一個學術(shù)研究模型具有較好的借鑒價值，比如金融區(qū)塊鏈聯(lián)盟R3提出的Corda模型在架構(gòu)上隱含了對其思想的參考。

RSCoin模型還有很多細節(jié)需要進一步推敲和完善，最近國際上央行對于法定數(shù)字貨幣模型的測試工程（如加拿大銀行的Jasper）也有在不同架構(gòu)和應用場景上的探索，法定數(shù)字貨幣發(fā)行及流通體系的研究大幕已徐徐拉開。

（姚前，工學博士、教授級高工，現(xiàn)任職于中國人民銀行。本文為作者學術(shù)觀點，與所在單位無關(guān)。編輯：王東）