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区块链的关键技术特性 颠覆性的智能合约技术

时间:2020-06-15 03:28:43

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区块链的关键技术特性 颠覆性的智能合约技术

来源于:新三板路演

迄今为止,主要国家的央行都对数字货币表现出浓厚的兴趣,但法定数字货币仍停留在研讨阶段。各种代币风起云涌,其中最为显赫的是比特币,而比特币和区块链总是结合在一起。区块链技术的产生和发展离不开比特币。

1月3日,比特币诞生,其背后依托的区块链技术也逐渐被带到台前。然而,比特币的匿名性容易滋生洗钱等非法行为,加之比特币化身投机对象甚至资产泡沫,对比特币的监管趋于严格,作为其底层技术的区块链也逐渐与比特币分道扬镳。区块链是一种基于互联网的去中心化分布记账系统,采用工作量证明机制(POW)和权益证明机制(POS)就交易的合法性和准确性在网络中达成共识,其核心在于去中心化,无须借助第三方证明。区块链在金融、经济、社会等方面有广泛的应用场景,同时也存在诸多问题亟待改进。

本章的主要观点如下:区块链是比特币的技术承载但不等同于比特币,区块链作为一种技术手段是中性的,而比特币则存在着诸多不确定性和隐藏风险。对区块链的研究探索逐渐脱离比特币,区块链作为底层技术可以被广泛地应用于金融和社会领域。比特币与数字货币存在重大差异,比特币匿名匿踪并在一定程度上剥夺了央行的发钞权,不存在成为法定数字货币的可能。

比特币在本质上甚至和货币的信用演化和载体演化史背道而驰。央行发行货币的根本目的是维持人类文明和经济增长的无限可能,而比特币数量上的有限性却决定了比特币作为本位货币,不可避免地将带来长期通货紧缩。央行发行货币服务于经济增长、通货稳定和国际收支平衡,央行虽能获取铸币税但从不以此为目的,而比特币生态圈最实质的关注点就是比特币的不断涨价。央行发行货币以国家信用为背书,而比特币以技术途径的免信用机制令人生疑。央行发行的货币是以在计价、交易、储藏时被广泛接受的一般等价物为前提,而比特币却是在发行后以广泛搭建商圈使其具有非常有限的交换价值变现场景。比特币很可能是令人怀疑的国际性“郁金香泡沫”,尽管它披着技术和金融的外衣。本章对区块链与比特币发行进行梳理,具体如下:第一节是引言;第二节介绍了区块链的产生与发展,包括起源、关键技术、应用场景、国内外机构的态度和存在的问题;第三节介绍了比特币的发行与交易机制 ;第四节总结了比特币的特征和优缺点 ;第五节表述了比特币和数字货币的关系;第六节是结语。

区块链的关键技术特性

1.数据的非对称加密算法

区块链为数字资产的存储、记录、交易提供了渠道,信息真实性和交易安全性通过非对称加密算法实现。非对称加密技术下,加密过程和解密过程使用非对称的密码,即公钥和私钥。公钥是加密过程中用到的密码,全网公开可见,所有人都可以用自己的

公钥加密信息。私钥是解密过程中用到的密码,只有信息拥有者才知道,其他人无法通过公钥推算得到相应的私钥。

例如,在比特币系统中,信息发送者使用接收者的公钥对信息进行加密然后发送给后者,后者利用自己的私钥对信息进行解密。

2.基于时间戳的链式区块结构

为了区分交易的先后顺序,可以对以区块形式存在的一组数据进行随机散列操作即加盖时间戳,该时间戳证实了特定的数据为了获取相应的随机散列值必然在某个时刻是存在的。每个时间戳都将其前一个时间戳纳入自身的随机散列值,后续的时间戳会增强之前的时间戳,并逐渐形成一个链条(chain),也就是区块链。

3.分布式节点的共识机制

比特币的区块链通过POW来确保分布式系统中高效地达成共识,其核心是通过引入分布式节点的算力竞争来保证数据一致性和共识的安全性。

具体来看,各个节点基于各自的计算机算力相互竞争来解决一个求解复杂但容易验证的数学难题,从而获取给定区块的记账权。该数学难题为寻找一个随机数使给定区块的随机散列值小于或者等于一个目标随机散列值。目标随机散列值通常由多个前导零构成,前导零越多,目标随机散列值越小,找到满足要求的随机数的难度越大。

比特币系统采用移动平均目标的方法动态调整寻找随机数的难度,以此来控制区块平均生成时间为10分钟左右。一旦CPU(中央处理器)耗费的工作量满足POW,除非再重新完成相当的工作量,否则该区块将不能被修改。POW的本质是一个CPU一票。一般而言,最长的链包含最多的工作量,如果大多数的CPU被诚实的节点控制,诚实的链条将以最快的速度增长并且超过其他的竞争链。

若一个攻击者想要修改过去的一个区块,就需要重新完成该区块和之后所有区块的工作量,然后赶超诚实节点的工作量。随着后续区块不断地被添加到区块链上,攻击者

赶超诚实节点的可能性将会呈指数化递减。POW解决了比特币发行、交易和验证的问题,并通过算力竞争保障了系统的安全性。然而寻找随机散列值的工作并不产生额外的价值,其消耗的算力资源和电力成本被诟病为资源浪费。现阶段主要有两种共 识机制改进POW:POS和股份授权证明机制(DPOS)。

POS采用权益证明来替代工作量证明。具体来看,系统根据币龄(节点占有货币的数量与占有时间的乘积)计算权益,最高权益而非最高算力的节点将获得“记账权”,累计消耗币龄最多的区块将被链接到主链,这就大大节约了算力,使“挖矿”的成本远低于POW之下的成本。

DPOS的思路是减少参与维护工作的节点的数量。由系统的各个节点票选出节点代表,节点代表轮流打包交易并生成新的区块,可以从中获得手续费收入但是同时也要缴纳一定保证金。节点代表需要对其他节点负责实现赢利,否则将会被收回代表权。在DPOS下,每个节点都能够自主“投票”,而非必须遵循最高算力或权益节点。

4.灵活可编程的智能合约

智能合约是由密码学家尼克·萨博(Nick Szabo)于1994年在其论文《智能合约》(Smart Contracts)中提出来的 。尼克·萨博将智能合约定义为“一套数字形式定义的承诺,包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议”。这些承诺定义了合约参与方的权利和义务,而数字形式意味着权利义务需要被写入代码中由计算机网络自动执行。

在区块链技术出现以前,由于没有可信的执行环境,智能合约一直没有流行开来。区块链技术为其提供了可信的执行环境,不仅可以支持可编程合约,而且具有去中心化、不可篡改、可回溯等特征,天然适合于智能合约。

在区块链背景下,智能合约不再仅仅是一个计算机程序,它本身也充当参与者的角色。智能合约可以对收到的信息进行回应,接收和储存价值,以及向外发送信息和价值。其工作原理在于,当数据和描述信息传入智能合约后,合约资源集合中的资源状态会被更新,进而触发智能合约进行状态机判断。如果自动状态机中某个或某几个动作的触发条件满足,则由状态机根据预设信息选择合约动作自动执行。

需要注意的是,智能合约只是一个事务处理系统,使数字化承诺在满足触发条件时被自动执行,而不会产生或者修改智能合约。智能合约的突破得益于以太坊的出现,反过来也推动了以太坊的发展。以太坊是基于区块链技术的智能合约和去中心化应用平台,内置图灵完备的编程语言,允许在上面创建任何交易类型和应用。11月,以太坊创始人维塔里克·比特林(VitalikButerin)创建了初始的以太坊概念和初始代码,并于当年12月发布以太坊原始概念白皮书,其目标是将区块链技术所具有的去中心化、开放和安全这三大特点引入几乎所有能被计算的领域。

因此,以太坊从创始之初就并非以创造或者炒作某种加密货币为目的,而是致力于成为一个通用的、提供超强图灵完备脚本语言的优秀底层协议,从而极大地拓展了区块链的功能,使其可以管理金融和非金融类型的应用,而不是止步于加密货币。基于以太坊的智能合约使用户可以很方便地构建复杂的电子资产、消费模式等各种去中心化的应用。

智能合约技术是区块链应用中最主要的特征,也是区块链被称为颠覆性技术的主要原因。智能合约可以帮助实现可编程货币和金融功能,提高自动化交易水平和交易效率,降低金融交易及合约执行成本,便于交易行为的管理,因此得到国内外金融机构和央行的关注。

未来,区块链的应用可能更多是向智能合约的方向发展,并对数字货币和其他金融领域产生重大影响。但需要指出的是,区块链是技术手段,尽管它对比特币的形成和发展发挥了重要作用,但技术本身是中性的,并不构成对比特币正当性和科技创新性的背书。

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