区块链技术颠覆金融未来及在上海金融中心的发展建议

胡乃静，周欢，董如振

(上海金融学院，上海201209)

一、区块链技术基础

(一)区块链技术中的基本概念

1.交易单

类似于现实世界中的银行对账单，数字世界中对一笔交易信息的记录称作一个交易单，交易单中包含交易单编号、付款金额、收款人地址、数字签名、上一交易单编号、上一交易单数字签名等信息。

2.区块

数字世界中一段时间内发生的交易单通过密码学算法计算和记录在一个数据块中，称之为一个区块，类似于现实世界中的一页账本。在比特币世界中该时间段设置为10分钟，即每个块记录10分钟内发生的交易单信息。

3.区块链

将区块按时间序列以双向链表的形式链接起来，就形成了区块链。即在区块链中，除第一个区块(创世区块)外，其它每一个区块都能找到其上一个区块。

图1 区块链示意图

由于区块链中记录了所有的交易信息，所以在比特币世界中，区块链实际上就是比特币记录所有交易的公共账本。

4.区块链技术

区块链技术是指采用计算机密码学算法管理和维护区块链的技术方案，其实质是采用密码学方法通过去中心化和去信任的方式集体维护一个互联网底层的分布式数据库的技术实现。

(二)区块链技术特点

区块链技术本身并没有创新技术，而是将已有的技术通过创新的方式结合起来，通过构建P2P自组织网络、分布式账本、创造基于计算机算法而不依赖第三方的信任机制等，实现去中心化的信任。其特点如下：

1.去中心化

在传统交易中，如商家和消费者之间的交易，一般通过第三方中介(如银行)作为信任中心实现交易。区块链则认为第三方作为信任中心的存在，使得商家与消费者之间缺乏信任，需要获取客户不必要的信息；此外，第三方中介的存在，进一步增加了交易成本。因此，区块链技术去除第三方交易机构作为交易中心的模式，采用点对点的直接交易模式。

2.去信任

区块链采用分布式账本技术实现交易的信任，在分布式账本中，网络仅有一套账本，所有的节点均保留有同样的副本，且所有节点均参与账本的正确性检验，对于交易的信任来自于所有参与者对共识机制的认同。

3.高度安全性

区块链采用哈希算法和非对称加密算法对区块及其链接进行管理和追踪，具有极高的安全性，除非能够采用天文数字的CPU/GPU进行攻击，否则无法攻破。

4.匿名性

采用计算机算法实现了去信任的点对点直接交易模式，使得双方可以在匿名的情况下直接交易，不需要彼此信任。

(三)区块链技术的应用分类

区块链技术在应用过程中，不同机构、企业对去中心化的认识不同，导致了对区块链的公有链、联盟链、私有链的三种分类，三种链的最大区别在于共识机制和信任的建立不同，如下图所示：

图2 区块链技术的应用分类

1.公有链

无官方发行机构，参与者自发的行为。任何节点可以自由进出，基于工作量证明的共识机制，所有节点都可以参与共识过程。系统是开源的，开发者可根据源代码自己开发系统。代表是比特币和以太坊。

2.联盟链

加入需要申请和身份验证，并签订协议，采用基于协议的共识机制，由预设的某些节点进行记账，建立区块，实现分布式账本，全网所有节点都可以参与交易并查看所有账本。代表是R3的银行联盟。

3.私有链

建立在某个机构内部，具体规则由机构自己来设定。代表是Overstock。三种链的共同点包括公开透明、不可篡改、可追溯、时间序列、P2P和加密等。

二、区块链技术的安全性分析

区块链采用分布式账本技术实现了去中心化和去信任的点对点交易模式，因此，其安全性问题的核心是在缺失中心节点保证信任性的情况下交易的信任安全性保证问题。其信任的安全性保证主要通过计算机密码学算法保证。

(一)计算机密码学算法

1.哈希算法

哈希算法是由美国国家安全局(NSA)设计，由美国国家标准与技术研究院(NIST)发布的一系列算法，区块链技术主要采用其中的SHA256散列算法，该算法具有如下两个特点：

(1)固定长度。输入任意长度的数据，输出固定长度的数据，相同的数据输出结果相同，不同的数据输出结果不同。

(2)不可逆性。正向计算及其容易，反向计算(破解)极其困难，因其天文数字的计算量，在当前情况下被认为不可能。

2.非对称加密算法

用来对数据进行加密/解密的计算机算法，该算法具有一对不同数字的公开密钥和私有密钥，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，只有用对应的公开密钥才能解密;是公钥可向其他人公开、私钥则保密，其他人无法通过该公钥推算出相应的私钥。因加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以称之为非对称加密算法。

(二)交易单信任安全问题的实现分析

1.区块链中的交易单与传统对账单的不同

交易单中含有上一个交易单的编号及其付款人的签字信息，即说明本次交易单中付款金额的来源——上一个交易单的付款，因此与传统对账单不同，交易单中不仅有交易金额及交易人，更含有交易金额的来源及其证明(上一个交易单数字签名)

因此，一笔数字货币在不同的交易中的流转过程将按发生时间的先后时间序列链接起来，最终建立数字货币世界里统一的有前后次序的交易记录。

2.交易单的数字签名流程

(1)交易单的数字签名过程

将上一个交易单的信息、收款人地址两部分数据采用Sha26算法计算得到散列值X；付款人采用私钥对X进行加密，得到付款人数字签名。

(2)交易单的验证过程

使用付款人的公钥解密交易单中的付款人数字签名，获得散列值X；使用交易单中的收款人地址、上一个交易单的信息采用Sha26算法计算得到散列值Y；如果X=Y，则交易单有效。

从交易单的加密及解密过程可以看出，数字签名不仅仅与私钥有关，更与交易内容有关，即签名由付款人的密钥、收款人的地址以及上一个交易单的内容加密而成。

3.交易单的信任问题分析

(1)交易单传输的安全性问题

交易单经哈希算法和数字签名算法加密而成，加密算法因为天文数字的计算量几乎无法被攻破，使得交易单内容在网络中传输等安全可靠，几乎不可能被篡改。

(2)交易单的伪造问题

由于数字签名不仅仅与私钥有关，更与交易货币的所有相关内容有关，所以几乎不存在交易单的伪造问题：交易单中的金额伪造问题：交易单中记录了上一笔交易内容，建立了货币交易信息追踪记录，使得交易金额来源清晰，并可计算、可追踪，使得无法在交易单中作假交易金额。伪造交易单问题：每一笔货币都标记拥有者 (公钥)，只有拥有着对应的私钥才能生成数字签名，产生交易单，伪造者由于不拥有该笔货币的私钥，无法冒用交易者伪造交易单。

(3)交易单的公信力问题

网络中多有用户均对交易单进行验证，只有全网验证通过的交易单才是有效的交易单，全网验证形成了交易单的公信力。

(三)区块记账信任安全问题的实现分析

1.区块记账信任问题的提出

(1)记账的信任问题

交易单创建后采用全网络传播的方式，每个节点都可以得到交易单并验证，因此，如果有一个诚实的节点，根据交易单的时间次序，创建区块并链接，其它所有节点均可以得到副本，就可以形成全网统一的分布式账本。问题是谁是诚实的节点。

(2)诚实节点问题

区块链认为，如果一个节点在提供信息之前付出了巨大的工作量，那么他是诚实节点的概率最高。因此得到一个结论——最诚实的节点是最勤劳的节点，但诚实的节点需要提供工作量证明其是勤劳的节点。

(3)工作量证明问题

一个节点如果想作为诚实的节点承担记账工作，需要重复上亿次做一些毫无意义的运算(俗称挖矿)。运算结果可以被所有人容易的证明他确实做了这些工作。

2.工作量证明——挖矿算法

挖矿算法的实质是寻找一个随机数，通常需要反复尝试上亿次，成功者即初步获得创建块的权利，寻找流程如下：计算数字世界中已经创建好的帐本链中最后一个区块的散列值P；不断接收在网络中传播且没有被放入区块的交易单，检验这些交易单，剔除掉不合理的，组成新的区块，计算其散列值Q；猜一个幸运随机数N，将N与P、Q送入sha256散列函数，得到一个256位的散列值M；检查M这个整数，前面若干位(比如96位)是否都是0？即是否符合“工作量证明难度”；若是，则工作量证明结束；否则，转入第二个流程继续循环运算。

3.记账的信任性分析

(1)无中心环境下的记账无序问题

挖矿的工作量证明机制，建立了无中心的有序记账机制，一方面实现了筛选诚实节点的竞争规则；另一方面，挖矿的幸运者才有权力记账，实现了在无中心主导的节点无序环境下，建立了节点的有序记账规则。

(2)伪造者事后篡改账本问题

时间序列的交易记账链接不仅保证区块便于计算跟踪，更加避免了区块事后被伪造者篡改。如果伪造者要篡改区块链中的某个区块，不仅需要篡改该区块，还需要篡改该区块之后所链接的所有区块，除非伪造者拥有天文数字的计算力，否则其伪造区块的速度由于低于区块链增长的速度，被伪造的区块就马上会被发现并被弃用。

(3)账本的校验与丢失问题

全网所有用户验证区块中的交易单，保证了区块内容与次序的真实；同时，所有节点保存同一份交易账本，交易数据不会丢失。

三、区块链技术的颠覆性

区块链技术可分为分布式账本和智能合约两个技术层面，其给金融领域的应用带来了颠覆性的发展。

(一)分布式账本技术

1.分布式账本概念

账本——网络中按时间序列采用双向链表的形式链接各个区块的区块链称之为账本，区块中记录着一组交易单的交易信息。

分布式——账本在整个网络中只有唯一一份，但网络中的所有节点均有副本，并因此实现账本共享。

技术——实现分布式账本的计算机密码学算法等技术，用于对账本的访问控制管理，主要包括哈希散列算法和非对称加密算法等。

2.分布式账本的优点

相比于传统账本，分布式账本具有如下优点：

(1)去中心化。无视距离的点对点交易，去除第三方为中心的控制力。

(2)记账方式不同。不遵循金融体系的账本记录的钱帐分离准则，而通过精巧的数据结构实现钱帐合二为一，可实现实时平帐而无须时候审计。

(3)安全性更高。账本不会丢失——全网所有节点均有一套账本；记账无法作假——全部节点审核对账，使记账者无法作假；减少交易欺诈——与交易内容关联的数字签名，使交易无法作假；事后无法篡改——天文数字的计算量需求，使篡改账本无法做到。

(4)对账更容易。交易按时间序列的链接技术，使交易的追踪便捷容易。

(5)降低交易成本。传统交易需多个参与方(买家、买家银行、货运公司、中间人、卖家、卖家银行)，去第三方直接交易，可提高效率，降低成本。

(二)智能合约(smart contract)

1.智能合约的概念

智能合约是指在数字世界用计算机语言取代法律语言记录条款合约，其实质是一个计算机化的交易协议，用来自动执行合约条款。

2.智能合约与传统合约的区别

(1)合约形式上

传统合约——真实世界里的法律规则，由法规框架、法条及监管等一系列规则组成，以约束参与者行为。

智能合约——数字世界里的技术规则，由软件编码的、算法决定运行的一系列规则体现。但该技术规则由法律规则转换而来。

(2)合约执行上

传统合约由双方或多方约定，基本用于存档，与执行无关。

智能合约同样是约定，但在满足条件的情况下会自动按照合约执行。

3.智能合约的优点

(1)能减少信任来实现交易——传统合约需要互相信任彼此会履行义务，而智能合约同样是协议，但通过程序执行，无须信任彼此。

(2)自动执行，无需传统人力流程，可以大大提高效率，并降低传统所需的人力和证明材料等成本。

(3)由程序执行，人为不能干预，能够减少商业欺诈、降低执法成本。

4.智能合约与分布式账本的关系

分布式账本是互联网中安全的、去中心化的记录交易信息的数据库；智能合约则是互联网中按照预订规则管理分布式账本的各类应用软件。

(三)颠覆性

1.分布式账本对于信用的革命性

互联网金融在中国发展迅猛，但无论是第三方支付、P2P或者众筹等其他互联网金融模式，都没有改变目前金融的本质架构，他们均是平台经济，作为第三方信任的交易中心，同时链接供给与需求双方，与传统金融不同的是其采用互联网的线上交易模式，而传统金融采用的是网点等线下交易模式。

分布式账本技术采用点对点的交易模式实现了去除第三方作为交易中心，同时通过密码学算法实现了双方交易的信任，颠覆了以往以央行纸币为基础的信用模式，建立了以计算机算法为保证的分布式信用模式，即实现了新的信用模式。

2.智能合约对于产业结构的革命性

智能合约尽管只是一段程序代码，但由于它具有代表人类直接参与帐户修改、进行价值传递等，因此，它不再只被视作一段计算机程序，而被认为是一个可以被信任的代理，能够自主的参与经济活动。

以分布式账本为例，未来可能不再是会计人员进行帐务管理，而可能是一段代码，它总是按照事先预定的规则执行操作，处理信息，接收、储存和发送价值等，因此，目前的部分工作有可能会被智能合约替代，比如会计、律师、审计等等。

3.区块链技术带来的互联网颠覆性

区块链技术的相关技术革命性会对目前互联网及其商业运作模式造成颠覆，人类数千年来的经济贸易活动可能会通过数以亿计的分布式账本和相应的智能合约迁移至互联网中运行，进而可能实现互联网的升级，即由目前信息服务为主的互联网升级为以价值传递为主的互联网，最终实现社会的颠覆性发展。

影响社会组织方式——分布式账本实现了去中心化，建立了去信任的点对点交易模式，经济交易模式的改变，会使得社会组织方式发生变化。

改变产业结构——智能合约作为自主参与经济活动的代理，能够高效、准确、自动地执行，现实世界中的某些部分工作岗位将会被取代，从而使产业结构发生变化。

四、区块链技术在金融领域的发展

(一)拥抱区块链的金融行业

区块链技术以其运用计算机技术去中心化和去信任的点对点交易模式、提高资本市场的运行效率、减少金融交易中的欺诈、降低交易成本，同时具有极高的安全性等优势，引发了金融领域的创新和应用。

1.各国政府

目前美国各州、法国、德国等开始了对区块链的相关立法，英国政府于2016年1月发布研究报告，积极推行区块链在金融和政府事务中的应用，中国则成立了区块链的研究机构，加快数字货币的研究。目前各国均将重点放在金融领域的应用中，英国走在最前端，侧重于智能合约、汇款方面的应用；美国侧重于二级市场交易、银行业汇款方面；欧洲侧重于银行业汇款方面；日韩侧重于银行业业务方面。非金融行业之外的应用，各国政府则主要侧重于认证、智能合约方面。

2.国际金融组织

国际货币基金组织、国际清算银行、欧洲央行等发布相关研究报告倡导区块链技术的相关尤其是支付结算领域的应用。

3.银行机构

R3CEV公司建立了由美国银行、花旗银行、德意志银行、摩根斯坦利、汇丰银行等43家银行参与的区块链联盟，这些银行产值超过6000亿美元，欲联合打造区块链行业标准，提高银行结算支付的效率，降低跨境支付的成本；瑞银集团在伦敦成立了区块链金融研发实验室；西班牙银行、高盛分别投资区块链创业公司，开展区块链技术储备工作；花旗银行已开发测试过3条区块链。

4.证券交易

2015年12月，纳斯达克率先在个股交易商使用区块链技术，随后澳大利亚证券交易所(ASX)宣布全力推进区块链技术，此外伦敦证券交易所(LSE)、迪拜多种商品交易中心(DMCC)、日本交易所集团(JPX)等发表声明关注区块链。

5.会计审计

普华永道开始组建区块链技术团队，调查其客户对于区块链技术的潜在应用，以及推动金融行业对于该技术的理解程度。德勤、安永宣布进军区块链，正在尝试将区块链技术应用到客户端的自动审核及众包公司在应用程序上的咨询服务。

(二)区块链技术在上海国际金融中心建设中的复合发展建议

上海正在建设科技创新中心，科技创新对于上海国际金融中心的发展无疑有积极的促进作用，区块连技术作为一种创新的技术方式，对金融的影响尤其巨大，高度重视区块链技术对于上海金融中心的创新驱动、转型发展无疑有巨大的推动作用。

结合上海国际金融中心的目前建设发展，重视在人民币跨境支付系统建设、金融综合监管体系、中小微企业发展等领域的应用开展，但更需要开展顶层设计，重视区块链技术在各个方面的复合性发展。

1.建立政、产、学、研的复合推进机制

区块链作为一种新型的去信任方式，致力于提高组织的运行效率，可以应用在各种领域中。政府作为传统的信任化中心，应该发挥主导作用，探讨区块链发展的路线图，建立相应的支持纲要计划，并进一步与产业、学术界紧密合作，以促进区块链的全面应用发展。

学术界作为区块链技术的研究发展中心，应以产业界的需求为指导，结合行业特征，进一步开发算法尤其是结合不同领域的应用层算法的研发，确保技术的健壮性、可扩展性和安全性，提升区块链技术在部署应用时的高性能、低延时的特性，使产业界应用更加健壮、安全。

产业界作用区块链的应用中心，在不同的应用领域可以建立领域联盟的应用中心，尝试建立区块链的应用案例，测试并使用该案例，以检测区块链技术在该业务领域带来的技术先进性及其不足，通过进一步的研发改进不足以提升在实务领域的应用性。

2.推进信息技术与金融业务、法律规则等行业领域的复合发展

区块链的技术创新属于信息技术领域，其对金融业务具有颠覆作用，但其应用尤其是智能合约的应用需要在法律法规的监管框架下执行，因此，区块链的应用发展需要实现多行业领域的复合推进。

使用区块链技术对金融的业务流程进行创新实现，并需要与法律或法规的监管规则结合起来，形成技术规则。因此，一方面，区块链技术要根据金融业务要求和法律规则进行技术提升，重点关注隐私保护、网络安全、监管合规等。一方面金融业务需要根据技术的提供能力和法律的监管变化进行业务创新；另一方面，监管规则需要根据技术实施和应用的新情况与时俱进，改进监管规范。最终通过三者的相互影响实现复合发展。

3.发展区块链技术与大数据、云计算等技术的复合应用

2015年9月，国务院正式印发《促进大数据发展行动纲要》，赋予了大数据作为建设数据强国、提升政府治理能力、推动经济转型升级的战略地位，区块链中的分布式账本技术其实质是一种互联网底层的分布式数据库技术，不同于以往任何一种数据库形式，是一种按照时间顺序将事件数据排列的“时间轴数据库”。

大数据尽管目前在国内如火如荼，但存在整合困难等治理难题，随着数据量的积累，治理将会更加困难，而区块链技术将会避免这一难题，可能会重构大数据，基于区块技术的分析和挖掘，将会有效避免有效数据的收集和清洗，大大降低成本和提高效率。此外，云计算作为节点支撑区块链技术的应用，可发展中心化的自媒体和社区系统等，也会大大推进区块链技术的应用。

4.重视区块链技术与金融等复合的人才培养

上海金融中心建设中人才不足的问题由来已久，而随着上海金融市场体系的建设，复合型的金融信息技术人才将成为阻碍上海金融软实力发展的重要因素，其专业人才需要能够非常清晰的掌握金融企业的运营思路，同时又要有互联网思维，能把金融机构的运营嫁接在互联网工具上，并确保其安全稳定。

区块链技术人才信息、金融甚至法律多维复合的特点，决定了其人才培养具有特殊性，因此，应该建立以掌握区块链技术为基础，熟悉金融业务为应用，了解法律知识为保障的复合、新型的人才知识体系，培养中重视解决实务问题的应用能力培养，尝试开展与行业企业紧密结合的办学模式改革，学生在学校、行业交互学习的方式，由高校教师承担学科基础课程和专业理论课程，行业专家承担应用型专题讲座课程、实验、实习等教学任务，形成高校与行业复合的培养模式。

[1]Technical report by the UK government chief scientific adviser [EB/OL]， available： https：//www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment data/le/492972/gs-16-1-distributed-ledger-technology.pdf， February 21， 2016.

[2]Joseph Bonneau， Bitcoin and Cryptocurrency Technologies， Arvind Narayanan [EB/OL]，http：//www.coursera.org/， Feb 9， 2016.

[3]IMF Staff Team， Virtual Currencies and Beyond： Initial Considerations[EB/OL]， http：//www.scribd.com.

[4]UNRISD Workshop， How Can Cryptocurrency and Blockchain Technology Play a Role in Building Social and Solidarity Finance[EB/O L]， http：//www.unrisd.org， February 2016.