比特币、天秤币两种加密货币解析

郭亚宁 尹亚丽

(中国信息通信研究院数据研究中心,北京 100000)

0 引言

1976年,哈耶克在《货币的非国家化》一书里曾展望了数字货币的理论。进入21世纪,金融科技创新迎来“奇点式”的发展,其中,最引人注目的无疑是2008年中本聪等进行了基于区块链技术的比特币实践。2019年Facebook公司发布了天秤币白皮书,欲依托自身20亿的用户打破了传统支付系统模式,这引起了包括美联储在内的世界主要国家的中央银行和金融机构的关注,大多数国家的央行和金融机构认为天秤币将会对各国央行发行的法定货币产生严重冲击,特别是对美元的全球化产生了极大的威胁。本文通过比特币、天秤币这两种基于区块链技术的数字货币做全面介绍,加深读者对数字货币的认识和理解。

1 比特币

2008年中本聪发布的白皮书中提出比特币原型,并于2009年1月3日问世。比特币是一种数字货币生态系统,比特币的最小计量称为satoshi,为比特币的1亿分之一。尽管比特币没有任何实际资产或者政府债权,但其交易价值一直处于持续走高的状态,截至2020年12月的数据显示,一枚比特币的价值约合2万7千美元。

由于底层的区块链技术使得比特币具有去中心化、匿名性、难以被追溯、不易被篡改的特征,可能成为资本外逃或者洗钱等非法交易的犯罪工具,这给各个国家的金融管理体系带来极大的挑战[1]。2017年9月4日,央行、网信办、工信部等七部门出手正式叫停ICO,并禁止数字货币在中国交易流通。现如今全世界范围内关于比特币的争论还未有定论,因此对这种加密货币,特别是对以区块链为底层技术的加密货币发展的持续性关注仍然具有重要的意义[2]。

1.1 技术手段

比特币的两大核心技术——数字签名和共识机制。

(1)数字签名。在介绍数字签名之前,要理解一个概念:非对称加密。要了解它就要先明白什么是对称加密算法。对称加密的核心在于加密和解密时使用的是同一个秘钥。而非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密,这两个秘钥分别称为公钥和私钥。公钥是对外公开的,私钥是保密的,且公钥是由私钥通过椭圆曲线算法得到的。由于不涉及到私钥传输,整个的信息通信过程会更安全[3]。数字签名的信息及密传输和确认过程如下:

1)发送人通过Hash计算将正文缩写成摘要;2)发送人通过自己的私钥对摘要进行加密,形成签名;3)接收人将自己的公钥给发送人,并对正文加密;4)发送人将加密的正文、签名以及自己的公钥传送给接收人;5)接收人用自己的私钥、Hash算法对原文解密,得到摘要;6)再用发送人的公钥对签名解密,得到摘要;7)两份摘要进行对比确认。

(2)共识机制。共识机制的目标是保证系统内所有节点账本记录信息相同。分布式记账去中心化的特点使得体系内所有节点需要记录交易信息,但如果账本数据存在较大差异,则整个系统将陷入一种无序状态,可能导致“双花”问题。为解决这个问题比特币系统设计了一种“评价体系标准”对接点进行区分,即设置一个难题,让最快找到难题答案的节点完成记账工作,而其他节点跟随记账。

比特币系统采用了一种名叫PoW的共识机制确保整体账本的一致性[4]。Pow的核心是考验各个节点的“计算能力”。系统会发布一个“难题”,题目与记账内容有相关,题目的难度取决于之前各节点的计算能力。算力越强的节点更有可能先将题目的解找到,从而获得记账的权力,即得到一个新快。每个新块都有一个头块和一个主块。所有选定的交易都添加到主块中。每个块的内容包括:1)上一个块哈希;2)时间戳,创建此块的日期/时间;3)难度目标,为使块生成时间保持在10分钟以内,难度目标是一个可以自行调整的动态值;4)随机数Nonce,一个初始化为0的计数器。具体流程如下:

1)当前区块中含有一系列“交易单”。首先矿工要在该区块中记录第一笔交易,内容是系统支付给它的一定数量的比特币奖励;2)与此同时,在系统内其他用户进行交易后生成了“交易单”,将“交易单”发送给矿工;3)当该名矿工搜集的交易数目足够填满这个区块,就开始结算系统设定的难度;4)一旦有其他一个矿工计算出了难题的解(一个字符串),就会将区块放在自己的区块中,并向系统内的所有节点发布自己的答案进行下一步的验证;5)当所有人验证完毕,确认答案是正确之后,则记入这个区块并放弃自己的计算,并将记录的内容放到区块中。因此,比特币交易系统中所有的矿工的区块记录信息都始终保持一致。

1.2 实际应用

近年来比特币的价格波动较大,2020年9月以后,比特币的价格呈显出指数型增长趋势,2021年2月22日的数据显示比特币单价冲上5万8千美元,超过同期1盎司黄金的价格。但有数据显示比特币的交易量是7笔/每秒,而2020年“双十一”购物节期间,网络的交易峰值达到约58.3万笔/每秒,因此用比特币作为日常的支付手段是不现实的[5]。

由于比特币的价格的持续上涨,支持比特币作为交易支付方式的行为也逐渐增多。不少跨国公司甚至国家都同意使用比特币完成交易支付。截至当前全球约有1.8万家企业接受比特币支付。

不能否认的是,比特币带动了全球科技公司对加密货币和区块链技术追逐的热潮。但是由于比特币系统具有去中心化、匿名性的特征,使得每一笔交易都难以追踪,成为偷税、洗钱、非法交易的工具,这给政府监管和打击犯罪带来巨大的挑战。同时比特币没有任何实际资产或者政府债权,也没有国家信用做背书,并不能形成全球通用的支付手段,市场影响力也将会在未来产生下滑。

2 天秤币

2019年6月18日,Facebook发布了天秤币白皮书。最初由美元、英镑、欧元、日元这四种法定货币计价的一篮子低波动性资产作抵押物。天秤币(Libra)集成了联盟链和Token两种优势。吸取了比特币没有强大倍数的劣势的经验,天秤币通过和行业知名企业组成强大联盟形成了较为可靠的信用背书能力,又通过数字资产抵押资产解决了Token波动问题。Libra向Facebook全球24亿用户群开放,平台庞大的用户体量是解决了天秤币活跃用户问题。在L i b r a白皮书1.0版本中也明确提到:在未来Facebook会推出数字钱包服务。既可以独立运行,也可以SDK形式嵌入到服务中。天秤币的愿景是作为一种全球性的数字原生货币,集稳定性、低通货膨胀性、全球化、可互换性于一体,其目的是参与跨境支付服务,它的诞生具有深刻的时代意义。

天秤币是一种采用拜占庭共识算法的联盟链。采用了包括拜占庭共识算法(BFT)、Move编程语言。

2.1 拜占庭共识算法(BFT)

拜占庭算法(ByzantineFaultTolerance,BFT)是图灵奖得主LeslieLamport提出。先来了解一下拜占庭将军问题:公元6世纪,强大的拜占庭帝国的几支部队在一个敌人的城市之外扎营,每支部队都由自己的将军指挥,将军只能通过信使互相沟通。在观察敌人后,他们必须决定共同的行动计划。然而,其中一些将军可能是叛徒,试图阻止忠诚的人达成协议。将军必须决定何时攻击这座城市,但他们需要大部分军队同时进行攻击才有胜算。为了取得战斗的胜利,将军必有一个算法来保证:

1)所有忠诚的将军采取同一行动计划;2)少数叛徒不能使忠诚的将军采取不良计划。

忠诚的将军们都会按照算法所说的去做。无论叛徒做什么,算法都必须保证上述条件1)。忠诚的将军不仅应该达成协议,而且应该就合理的计划达成一致。

在互联网大背景下,当需要与不熟悉的对方进行价值交换活动时,人们如何才能防止不会被其中的恶意破坏者欺骗、迷惑从而作出错误的决策。天秤币使用共识机制确保系统内每个节点通信信息的一致性和不可逆性。即使整个网络中1/3的节点出现故障时,系统仍然能顺利运行。

拜占庭算法的流程如,其中D为发送请求端,R0、R1、R2、R3为服务端:

1)Request:D发起投票请求,挑一个服务发送即可,这里选择R0;2)Pre-Prepare:率先收到的R0节点广播到R1、R、R3,进入Prepare阶段;3)Prepare:R0、R1、R2、R3互相广播,告知其他节点已收到投票请求,并进入了Prepare阶段;4)Commit:处在Prepare阶段的节点收到2/3节点的返回后表示都在Prepare阶段,则广播自己进入Commit阶段;5)Reply:在Commit阶段的节点收到其他2/3节点都进入Commit阶段了,则对C进行反馈,宣布自己的投票结果。

2.2 Move编程语言

Move是为数字资产而生的智能合约平台型语言,是一种新的编程语言,用于在Libra区块链中实现自定义交易逻辑和智能合约。Move语言总结为以下特点:每个资源有且只有一个唯一的所有者,不允许移动或复制资源,目的是防止数字资产重复和丢失,以此来确保交易的安全性[6]。

3 总结

2008年,比特币的横空出世,开启了人类对数字加密货币的探索之旅。经历了十余年的演变,到现如今各国央行第一次集体接受严肃的全球化数字货币申请,也是全球第一次集体从实践角度系统评估数字加密货币带来的影响。经历了数年的数字加密货币的演变,各国央行推行由国家信用做背书的数字货币的热潮汹涌而至,新一轮的货币战争正在进行之中。