比特幣、天秤幣兩種加密貨幣解析

郭亞寧 尹亞麗

(中國信息通信研究院數(shù)據(jù)研究中心,北京 100000)

0 引言

1976年,哈耶克在《貨幣的非國家化》一書里曾展望了數(shù)字貨幣的理論。進入21世紀(jì),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?shù)冗M行了基于區(qū)塊鏈技術(shù)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(lián)儲在內(nèi)的世界主要國家的中央銀行和金融機構(gòu)的關(guān)注,大多數(shù)國家的央行和金融機構(gòu)認(rèn)為天秤幣將會對各國央行發(fā)行的法定貨幣產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊,特別是對美元的全球化產(chǎn)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(shù)的數(shù)字貨幣做全面介紹,加深讀者對數(shù)字貨幣的認(rèn)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(shù)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(chǎn)或者政府債權(quán),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(shù)據(jù)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(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(wǎng)信辦、工信部等七部門出手正式叫停ICO,并禁止數(shù)字貨幣在中國交易流通?，F(xiàn)如今全世界范圍內(nèi)關(guān)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(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)字簽名和共識機制。

(1)數(shù)字簽名。在介紹數(shù)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(shù)字簽名的信息及密傳輸和確認(rèn)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(rèn)。

(2)共識機制。共識機制的目標(biāo)是保證系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)所有節(jié)點需要記錄交易信息,但如果賬本數(shù)據(jù)存在較大差異,則整個系統(tǒng)將陷入一種無序狀態(tài),可能導(dǎo)致“雙花”問題。為解決這個問題比特幣系統(tǒng)設(shè)計了一種“評價體系標(biāo)準(zhǔn)”對接點進行區(qū)分,即設(shè)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(nèi)容有相關(guān),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(quán)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(nèi)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(biāo),為使塊生成時間保持在10分鐘以內(nèi),難度目標(biāo)是一個可以自行調(diào)整的動態(tài)值;4)隨機數(shù)Nonce,一個初始化為0的計數(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)量的比特幣獎勵;2)與此同時,在系統(tǒng)內(nèi)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(dāng)該名礦工搜集的交易數(shù)目足夠填滿這個區(qū)塊,就開始結(jié)算系統(tǒng)設(shè)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(nèi)的所有節(jié)點發(fā)布自己的答案進行下一步的驗證;5)當(dāng)所有人驗證完畢,確認(rèn)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(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 實際應(yīng)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(shù)型增長趨勢,2021年2月22日的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)的交易峰值達(dá)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(xiàn)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(dāng)前全球約有1.8萬家企業(yè)接受比特幣支付。

不能否認(rèn)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(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、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(chǎn)或者政府債權(quán),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(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。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(chǎn)作抵押物。天秤幣(Libra)集成了聯(lián)盟鏈和Token兩種優(yōu)勢。吸取了比特幣沒有強大倍數(shù)的劣勢的經(jīng)驗,天秤幣通過和行業(yè)知名企業(yè)組成強大聯(lián)盟形成了較為可靠的信用背書能力,又通過數(shù)字資產(chǎn)抵押資產(chǎn)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(shù)字錢包服務(wù)。既可以獨立運行,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代意義。

天秤幣是一種采用拜占庭共識算法的聯(lián)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(jì),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(dá)成協(xié)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(shù)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(yīng)該達(dá)成協(xié)議,而且應(yīng)該就合理的計劃達(dá)成一致。

在互聯(lián)網(wǎng)大背景下,當(dāng)需要與不熟悉的對方進行價值交換活動時,人們?nèi)绾尾拍芊乐共粫黄渲械膼阂馄茐恼咂垓_、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(nèi)每個節(jié)點通信信息的一致性和不可逆性。即使整個網(wǎng)絡(luò)中1/3的節(jié)點出現(xiàn)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(wù)端:

1)Request:D發(fā)起投票請求,挑一個服務(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(jié)果。

2.2 Move編程語言

Move是為數(shù)字資產(chǎn)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(xiàn)自定義交易邏輯和智能合約。Move語言總結(jié)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(fù)制資源,目的是防止數(shù)字資產(chǎn)重復(fù)和丟失,以此來確保交易的安全性[6]。

3 總結(jié)

2008年,比特幣的橫空出世,開啟了人類對數(shù)字加密貨幣的探索之旅。經(jīng)歷了十余年的演變,到現(xiàn)如今各國央行第一次集體接受嚴(yán)肅的全球化數(shù)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(shù)字加密貨幣帶來的影響。經(jīng)歷了數(shù)年的數(shù)字加密貨幣的演變,各國央行推行由國家信用做背書的數(shù)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。