区块链技术：起源、原理和特征.docx

1、34 高 科 技 与 产 业 化 . 月 刊 COVER STORY 封面专题区块链、数字货币 与金融安全文 / 李 伟区 块 链 技 术 ： 起 源 、 原 理 和 特 征早 在 1991 年 ， 学 者 Stuart Haber 和W. Scott Stornetta 就 提 出 了 区 块 链 技 术（ Blockchain） ， 随 后 Haber 和 Stornetta 等 人 又 合 作 提 出 了 一 种 重 要 数 据 结 构 默 克 尔 树 （ Merkle Tree） ， 显 著 提 升 了 区 块 链 的 运 行 效 率 。 中 本 聪 （ Satoshi Nakamot

2、o） 于 2008 年 提 出 并 实 现 了 比 特 币 的 区 块 链 ， 此 后 比 特 币 区 块 链 发 展 为 全 球 性 的 数 字 货 币 交 易 全 局 账 本 。 通 过 解 决2017 年 7月 号 总 第 254期 35 “ 双 花 （ Double Spend） ” 问 题 ， 区 块 链 技 术 帮 助 比 特 币 成 为 首 个 不 需 要 信 任 第 三 方 的 数 字 货 币 ； 而 比 特 币 的 成 功 反 过 来 又 极 大 推 动 了 区 块 链 技 术 的 应 用 和 发 展 。 从 2014 年 开 始 ， “区 块 链 2.0”被 用 来 指 称

3、 有 别 于 比 特 币 区 块 链 的 新 型 区 块 链 （ 例 如 以 太 坊 （ Ethereum） 区 块 链 ） ， 其 特 征 是 允 许 用 户 编 写 更 复 杂 的 智 能 合 约 （ Smart Contract） ， 以 去 中 心 化 的 方 式 完 成 各 种 数 字 资 产 的 交 易 ， 最 终 实 现 自 治 的 、 可 编 程 的 数 字 社 会 。本 质 上 讲 ， 区 块 链 是 一 种 分 布 式 数 据 库 ， 用 来 存 放 不 断 增 长 的 交 易 记 录 ， 而 这 些 记 录 被 称 为 “区 块 ”。 通 过 使 用 对 等 网 和 分

4、布 式 时 间 戳 服 务 ， 区 块 链 技 术 实 现 了 自 主 管 理 ， 并 采 用 共 识 协 议 完 成 对 新 区 块 的 验 证 ， 以 保 证 记 账 数 据 的 真 实 性 。 区 块 链 是 对 等 网 技 术 、 密 码 技 术 、 分 布 式 存 储 技 术 以 及 虚 拟 机 技 术 的 集 大 成 者 ， 采 用 永 久 和 可 验 证 的 方 式 来 记 录 双 方 交 易 ， 形 成 一 种 具 有 开 放 性 和 分 布 性 的 可 信 公 共 账 本 。 因 此 ， 区 块 链 非 常 适 合 记 录 重 要 事 件 、 医 疗 记 录 以 及 存 证

5、类 应 用 ， 如 交 易 管 理 、 版 权 管 理 、 身 份 管 理 等 等 。 更 重 要 的 是 ， 比 特 币 区 块 链 采 用 经 济 激 励 机 制 鼓 励 个 体 参 与 ， 催 生 了 一 种 全 新 的 数 字 价 值 共 享 生 态 系 统 即 通 过 大 量 分 散 主 机 自 主 运 行 共 识 算 法 来 建 立 信 任 关 系 ， 不 再 需 要 信 任 第 三 方 作 为 中 介 。 如 果 用 一 句 话 来 解 释 区 块 链 的 原 理 ， 那 就 是 “少 数 服 从 多 数 ”。基 于 这 种 “ 共 识 决 定 一 切 ”的 原 理 ， 与 传

6、统 的 中 心 化 数 据 库 系 统 相 比 ， 区 块 链 具 有 以 下 重 要 特 征 ： 第 一 ， 区 块 链 上 的 信 息 不 可 篡 改 。 由 于 采 用 共 识 算 法 和 增 量 记 账 方 式 ， 区 块 链 上 信 息 不 能 被 删 除 和 更 改 ， 除 非 控 制 全 网 一 半 以 上 计 算 能 力 ， 而 通 常 这 几 乎 是 不 可 能 的 ； 第 二 ， 区 块 链 消 除 了 单 一 故 障 点 。 通 过 将 账 本 数 据 分 布 存 储 于 全 球 网 络 中 的 分 散 节 点 ， 与 中 心 化 算 法 相 比 ， 区 块 链 消 除

7、了 单 一 故 障 点 黑 客 难 以 攻 破 所 有 的 区 块 链 节 点 ， 而 且 位 于 不 同 地 点 的 分 散 节 点 几 乎 不 可 能 全 部 同 时 出 现 故 障 ； 第 三 ， 区 块 链 允 许 开 放 接 入 。 开 放 接 入 意 味 着 任 何 人 都 可 以 接 入 到 区 块 链 中 ， 而 无 需 其 他 人 批 准 。 这 种 开 放 性 使 得 区 块 链 无 需 防 范 破 坏 者 的 加 入 ， 因 此 也 不 需 要 对 接 入 进 行 访 问 控 制 。数 字 货 币 ： 产 生 、 发 展 与 影 响如 前 所 述 ， 区 块 链 技 术

8、是 随 着 比 特 币 的 发 展 而 逐 步 得 到 推 广 应 用 的 ， 因 此 我 们 无 法 离 开 数 字 货 币 来 谈 论 区 块 链 区 块 链 是 技 术 ， 而 数 字 货 币 则 是 其 具 体 应 用 。 2008 年 10 月 31 日 ， 中 本 聪 在 一 个 密 码 学 邮 件 列 表 中 首 次 公 布 了 比 特 币 的 设 计 原 理 和 实 现 方 式 。 在 2009 年 1 月 ， 比 特 币 区 块 链 网 络 正 式 开 始 运 行 ， 中 本 聪 挖 出 了 首 个 比 特 币 区 块 （ 即 创 世 块 ） 并 获 得 50 个 比 特 币

9、 。 当 时 ， 比 特 币 的 用 户 多 数 属 于 酷 爱 科 技 的 自 由 主 义 者 ， 而 比 特 币 的 早 期 交36 高 科 技 与 产 业 化 . 月 刊 专家视野COVER STORY 封面专题易 市 场 隐 藏 在 匿 名 网 络 中 ， 用 户 可 以 在 “丝 绸 之 路 ”这 样 的 灰 色 交 易 市 场 上 订 购 商 品 并 用 比 特 币 支 付 。 随 后 一 些 正 规 企 业 也 逐 步 开 始 接 受 比 特 币 ， 发 展 到 现 在 ， 数 字 货 币 已 经 得 到 广 泛 的 认 可 ， 不 再 被 怀 疑 为 是 金 融 骗 局 或 者

10、 非 法 工 具 。到 目 前 为 止 ， 数 字 货 币 的 总 市 值 已 接 近 1000 亿 美 元 ， 并 呈 现 出 以 下 发 展 趋 势 ： 第 一 ，数字货币的使用趋于普及化。早在 2015 年 ， 全 球 接 受 比 特 币 支 付 的 商 家 就 已 经 超 过 十 万 家 。 与 此 同 时 ， 很 多 数 字 货 币 交 易 所 提 供 全 天 候 交 易 服 务 。 另 外 ， 数 字 货 币 相 关 的 各 种 衍 生 产 品 也 在 不 断 涌 现 ， 如 数 字 货 币 合 约 交 易 、 数 字 货 币 硬 件 钱 包 、 数 字 货 币 指 数 基 金 等

11、 ； 第 二， 数 字 货 币 的 类 型 呈 现 多 样 化。 截 止 2017 年 7 月 ， 数 字 货 币 的 种 类 已 超 过900 多 种 。 与 数 字 货 币 早 期 阶 段 相 比 ， 目 前 比 特 币 不 再 一 枝 独 大 ， 其 他 数 字 货 币 市 值 总 和 已 超 过 比 特 币 ， 这 说 明 未 来 数 字 货 币 将 呈 现 百 花 齐 放 的 形 态 ； 第 三， 数 字 货 币 的 地 位 正 逐 步 走 向 合 法 化 。 越 来 越 多 的 国 家 对 开 始 支 持 比 特 币 ， 德 国 、 日 本 、 加 拿 大 、 俄 罗 斯 等 重

12、要 国 家 都 已 经 承 认 比 特 币 的 货 币 地 位 ， 而 韩 国 正 积 极 推 动 比 特 币 跨 境 转 汇 服 务 合 法 化 。 数 字 货 币 在 全 球 范 围 的 合 法 化 趋 势 已 经 成 为 不 可 逆 转 的 潮 流 。随 着 数 字 货 币 市 值 的 快 速 增 长 、 使 用 普 及 化 以 及 地 位 合 法 化 ， 以 比 特 币 为 代 表 的 数 字 货 币 已 经 对 全 球 经 济 和 社 会 发 展 产 生 了 重 要 影 响 。 一 方 面 ， 数 字 货 币 作 为 金 融 科 技 的 创 新 成 果 ， 将 对 社 会 和 经 济

13、 带 来革 命 性 变 化 。 如 果 使 用 得 当 并 充 分 发 挥 其 积 极 作 用 ， 那 么 数 字 货 币 作 为 万 维 网 技 术 之 后 最 重 要 的 技 术 发 明 之 一 ， 将 极 大 地 造 福 人 类 的 生 产 和 生 活 。 但 是 另 一 方 面 ， 现 有 数 字 货 币 的 匿 名 性 和 去 中 心 化 特 性 的 确 会 带 来 一 些 困 扰 ， 对 现 有 金 融 秩 序 带 来 不 可 预 知 的 影 响 ， 甚 至 导 致 金 融 领 域 的 波 动 和 社 会 动 荡 。 因 此 ， 是 否 完 全 接 受 数 字 货 币 在 全 世

14、界 范 围 内 仍 然 是 有 争 议 的 话 题 。 当 以 比 特 币 为 代 表 的 数 字 货 币 不 断 发 展 壮 大 时 ， 正 确 看 待 其 正 反 两 方 面 的 作 用 ， 努 力 化 解 可 能 的 风 险 才 是 唯 一 正 确 的 途 径 。金 融 安 全 ： 加 强 对 数 字 货 币 的 技 术 监 管虽 然 比 特 币 是 技 术 上 的 发 明 和 创 新 ， 但 是 这 种 发 明 完 全 颠 覆 了 现 有 的 货 币 发 行 和 流 通 模 式 。 比 特 币 的 去 中 心 化 思 想 与 互 联 网 的 设 计 思 路 一 脉 相 承 ， 但 是

15、却 与 现 有 金 融 秩 序 背 道 而 驰 。 因 此 ， 当 以 比 特 币 为 代 表 的 数 字 货 币 发 展 到 一 定 规 模 时 ， 必 然 会 对 现 在 的 金 融 行 业 带 来 不 确 定 的 风 险 ， 特 别 是 在 汇 率 、 货 币 储 备 、 货 币 政 策 、 税 收 ， 投 资 等 方 面 。 事 实 上 ， 以 比 特 币 为 代 表 的 数 字 货 币 已 经 成 为 重 要 的 金 融 资 产 ， 有 预 测 认 为 其 市 值 将 在 未 来 十 年 内 增 长 到 万 亿 美 元 规 模 ， 届 时 必 将 对 经 济 和 金 融 领 域 造

16、成 严 重 冲 击 。 同 时 ， 在 全 球 经 济 一 体 化 的 大 背 景 下 ， 数 字 货 币 甚 至 有 可 能 成 为 国 家 之 间 经 济 博 弈 的 重 要 手 段 。 因 此 ， 国 家 金 融 管 理 部 门 需 要 对 数 字 货 币 进 行 全 方 位 监 管 ， 并 提 早 制 定 应 对 措 施 。专家视野2017 年 7月 号 总 第 254期 37 然 而 ， 由 于 数 字 货 币 完 全 由 技 术 推 动 ， 行 政 手 段 很 难 达 到 全 面 监 管 的 目 的 。 实 际 上 ， 数 字 货 币 的 很 多 问 题 都 需 要 技 术 手 段

17、 才 能 解 决 ， 如 以 下 三 个 实 例 ： 第 一 ， 数 字 货 币 的 安 全 性 问 题 。 在 数 字 货 币 发 展 史 上 ， 多 次 出 现 重 大 的 安 全 问 题 ， 导 致 其 价 格 大 幅 波 动 、 市 场 动 荡 、 甚 至 分 裂 。 2011 年 6 月 ， 由 于 存 在 安 全 漏 洞 ， 日 本 最 大 的 比 特 币 交 易 所 Mt.Gox 的 比 特 币 价 格 从 15 美 元 暴 跌 至 1 美 分 ， 之 后 更 出 现 管 理 者 监 守 自 盗 导 致 大 量 投 资 者 利 益 受 损 。 2011 年 8 月 ， 比 特 币

18、 交 易 平 台 MyBitcoin 遭 到 黑 客 攻 击 ， 价 值 超 过 80 万 美 元 的 78000 个 比 特 币 下 落 不 明 。 现 有 的 数 字 货 币 交 易 所 仍 然 需 要 技 术 强 化 以 提 高 安 全 性 。 第 二 ， 数 字 货 币 交 易 的 追 踪 问 题 。 比 特 币 被 人 攻 击 的 一 个 重 要 原 因 就 是 其 匿 名 性 ， 为 洗 钱 、 黑 市 交易 等 非 法 活 动 提 供 了 便 利 。 而 对 于 此 类 交 易 行 为 ， 只 有 采 用 技 术 手 段 进 行 分 析 和 追 踪 才 能 对 其 进 行 有 效

19、 监 管 。 事 实 上 ， 目 前 多 数 数 字 货 币 相 关 案 件 都 是 通 过 数 据 分 析 和 身 份 追 踪 破 获 的 。 第 三 ， 数 字 货 币 市 场 的 稳 定 性 问 题 。 从 诞 生 之 日 起 ， 比 特 币 价 格 在 9 年 间 增 长 超 过 270 万 倍 。 仅 今 年 5 个 月 上 涨 就 超 过 100%， 而 有 时 候 又 能 一 夜 价 格 腰 斩 ， 暴 涨 暴 跌 几 乎 成 为 比 特 币 的 常 态 。 因 此 ， 如 何 采 用 技 术 手 段 对 比 特 币 价 格 进 行 预 警 和 干 预 ， 对 于 保 证 市 场

20、 稳 定 性 具 有 重 要 的 意 义 。毫无疑问，上述问题要求对数字货币的 实 现 方 法 和 运 营 机 制 进 行 技 术 革 新 ， 以 达 到 有 效 监 管 的 目 的 。 为 此 ， 笔 者 建 议 国 家 从 三 个 方 面 开 展 相 关 工 作 ： 第 一， 通 过 科 技 规 划 的 方 式 对 数 字 货 币 监 管 共 性 核 心 技 术 和 基 础 方 法 的 研 究 进 行 资 助 ， 如 通 过 基 金 委 、 科 技 部 等 科 研 主 管 部 门 进 行 立 项 ， 鼓 励 信 息 领 域 和 金 融 领 域 开 展 交 叉 合 作 研 究 ， 解 决 数

21、 字 货 币 领 域 中 存 在 的 重 要 技 术 问 题 。 第 二 ， 成 立 专 门 的 工 程 中 心 ， 在 国 家 层 面 对 各 种 数 字 货 币 进 行 技 术 监 管 ， 实 时 监 测 市 场 运 行 、 追 踪 异 常 行 为 ， 并 规 避 可 能 的 市 场 风 险 。 第 三 ， 建 议 推 出 产 业 扶 持 政 策 ， 支 持 我 国 企 业 进 入 数 字 货 币 领 域 ， 开 展 相 关 技 术 、 应 用 以 及 衍 生 品 的 研 发 ， 构 建 自 主 可 控 的 数 字 货 币 生 态 系 统 ， 保 持 整 个 行 业 的 稳 定 健 康 发 展 ， 应 对 数 字 货 币 带 来 的 未 知 风 险 ， 迎 接 全 新 数 字 化 社会的到来。作者单位 ： 中国科学院计算技术研究所