比特币不是区块链技术的唯一实践

行业观点

自2009年比特币问世以来，比特币实践区块链及相关技术已有7年多时间。 需要指出的是，比特币并不是区块链技术的唯一实践，甚至加密货币也不是区块链技术唯一可能的实践。 区块链技术在任何需要支付结算的场合都是一种可选的技术方案。 比特币和其他加密货币背后的理念并不是区块链技术支持的唯一意识形态。 区块链技术在金融行业具有广泛的应用潜力。

什么是区块链技术

区块链技术本质上是一种分布式数据库技术。 所谓分布式数据库，是指数据分别存储在通过互联网连接的多台计算机上，用户可以通过整个互联网访问和修改数据的数据库组织形式。 分布式数据库的组织结构比传统数据库更松散，相应的规模也更容易扩展。 传统数据库往往建立在一组或一组服务器上，需要专门的维护人员进行维护。 传统数据库的访问速度受限于机房的光纤传输速度和服务器的处理能力，存储容量受限于服务器的存储容量。 理论上，分布式数据库可以通过整个互联网访问任意一个镜像，访问速度受限较少。 在存储容量方面，由于分布式数据库可以以块为单位存储在任何一台计算机上，要扩大数据库的规模，只需要增加用于存储数据的计算机数量，而无需修改现有的存储单元（计算机） . 升级。

可以想象，这种技术适用于构建访问量大、数据规模快速增长的数据库。 在这方面，此类数据库是存储金融行业交易数据的可行选择。 也就是说，基于分布式数据库的记账系统，或称“分布式记账系统”，可以满足金融行业交易数据的存储和访问需求。 目前，基于区块链的分布式账本系统已经有了一些实践，其中最重要的就是各种加密货币。 一般来说，加密货币系统的基石是分布式账本系统和加密算法。 前者保证用户可以验证收到的电子货币的真实性，后者保证用户的财产安全。 一般来说，为了调动用户的积极性，贡献自己的计算资源来生成服务于全网用户的区块，加密货币系统也会有一定的奖励机制。 奖励可以直接用新产生的数字货币（比特币，所谓“挖矿”收益）奖励，也可以从交易中抽取佣金。

分布式账本系统有两种可能的组织形式：一种是只记录交易，不记录账户余额； 另一种是记录交易和账户余额。 两种组织形式各有优缺点。 只记录交易，不记录账户余额，是比特币系统的组织形式。 这种组织形式在查询余额和确认交易时速度较慢，但​​可修改的记录较少，在安全性和稳定性方面更好，并且节省存储空间。 既记录交易又记录账户余额的组织形式在查询余额时速度更快，但占用的存储空间更多，为黑客攻击留下更多入口。 两种组织形式的取舍取决于会计系统的服务对象是看重实时服务还是看重计算机资源的占用。

分布式账本系统使发行“去中心化”的加密货币成为可能。 只要约定货币发行方式，公开相关程序源码，全社区监督，就可以保证货币发行不以个人或组织的意志为转移（所谓“中央”）。 当然，去中心化并不是加密货币的必要元素。 如果央行控制加密货币的发行机制，加密货币也可以成为国家信用的载体。 区块链技术可以为加密货币提供防伪机制，降低对假币的调查和执法成本。

比特币在实践中

在现有的加密货币实践中，比特币是起步最早、交易量最大、故事最多的一种。 截至撰写本文时，比特币区块链上有超过 390,000 个区块，每个比特币的市场价格超过 300 美元。 比特币是最活跃的加密货币。 多家比特币交易所每日总交易量超过300万美元，每天用比特币购买的服务和商品总价值超过1亿美元。 这甚至不是比特币的上限。 平均每 10 分钟就会出现一个新的比特币区块，每个区块最多可以处理大约两千笔交易。 也就是说，比特币系统每天可以处理约30万笔交易，目前实际每天交易约20万笔。 可以想象，比特币系统目前的设定，每天可以承载3亿美元的资金流。 而3亿美元的资金流转是在一个物理地址遍布全球的分布式数据库中进行的。 任何一个国家都很难监管流经比特币系统的财富。 同时，目前的交易费用低于信用卡公司。 那么，如果通过比特币系统支付是安全的，比特币无疑将成为一种有吸引力的支付工具。

比特币的安全机制包括以下设计：

非对称加密

比特币的非对称加密是依靠公钥、私钥、数字签名和三者联动的加密算法来保证用户账户权限的安全。 只有用户知道私钥，并且只有私钥可以用来从他们的账户中转出比特币。 一个私钥对应一个公钥，大家都知道。 数字签名是两者之间的中介。 一对公钥和私钥通过加密算法可以生成完全相同的数字签名。 而如果公钥和私钥不是一对，那么生成的数字签名也不相同。

如果用户A要支付100个比特币给用户B，A会先用自己的私钥生成一个数字签名，然后向全网发出声明支付100个比特币给B的公钥。 B收到这份声明后，通过不断追溯本次交易使用的比特币来源，可以确认对方确实有财力支付给他100个比特币。

全回溯

比特币的唯一原始来源是给予创建区块的用户的奖励。 由于比特币区块的内容是对全网公开的，因此接收比特币的用户只要追溯自己收到的比特币的原始来源，就可以确认自己收到的比特币的真实性。 一笔比特币交易涉及至少一个传出方的公钥和至少一个传入方的公钥。 只要使用转账方A的公钥，被转账方B就可以查到A收到比特币的交易，或者A可以“挖出”比特币的记录。 如果从A转给B的比特币是从C那里收到的，那么B可以继续追溯，找出C是从谁那里收到比特币的，或者C是什么时候挖到比特币的。 以此类推，如果B收到的所有比特币都是真实的，那么B就可以追溯到这些比特币是什么人、什么时候挖出来的。 一旦B通过回溯知道他收到的所有比特币的来源是真实可靠的，那么B就会向全网发送确认交易的声明。 该声明与A的转账声明共同构成确认交易。 交易确认后，将进入待处理队列，等待被纳入某个区块，被全网永久记录。

计算竞赛

由于比特币转账声明是向全网发布的，理论上，全网所有安装了比特币客户端的计算机都有可能处理这笔交易，并将其包含在自己生成的区块中。 但是，一笔交易只需要出现在一个区块中。 这样就需要有某种机制来保证一个确认的交易只进入一个区块。 比特币采用的机制是“计算竞赛”。 每个比特币用户都可以参加计算竞赛。 用户需要将自己的公钥和最新区块的相关信息代入一个迭代公式，不断迭代，直到迭代结果满足一定条件，才会被认定为合法结果。 迭代多少步是随机的。 但用户计算机的计算能力越强，产生统计上合法结果的速度就越快。 第一个获得合法结果的用户将处理全网的一部分未决交易（一般最多2000笔），生成新区块，并获得一定数量的比特币（目前为25/块）作为奖励。

通过计算竞赛和与之相关的奖励，比特币系统确保了两件事：

1. 新的区块会不断产生，所以每一笔确认的交易最终都会被某个区块记录下来。

2. 除非出现极其罕见的情况最初比特币区块奖励是多少，否则一笔交易只会被一个区块记录。

而如果出现极其罕见的情况，一笔交易同时被两个合法区块记录，比特币系统将等待这两个区块的后续区块。 哪个区块有更长的后续链，哪个区块所在的链被定义为“主链”，记录在另一个区块及其后续区块中的交易将无效。

比特币的这三种设计在实践中被证明足以防止“51%攻击”和“一币双花”等攻击。 按照目前整个比特币网络的算力，破解比特币系统的成本在数亿美元。 以比特币目前的总市值数十亿计，很难想象攻击比特币系统会在经济上有利可图。 因此，如果只考虑安全性，比特币系统算得上是一种成功的实践。

比特币生态

由于比特币的唯一来源是合法区块的产生，因此使用自己的电脑参加计算比赛赚取比特币是一种赚钱的方式。 将参加计算竞赛获得比特币的过程形象地称为“挖矿”，将参加计算竞赛的个人称为“矿工”。 由于个人单独创造合法区块的概率太小，矿工自发组成一个群体，通过分布式计算技术建立“矿池”，共同“挖矿”，共享收益。 所谓“矿池”是一种分布式计算，将迭代工作分配给多台计算机同时运行，在迭代出合法解后，将获得的比特币按照一定规则分配给参与计算工作的个人并创建合法的块。 网络组织。 “挖矿”的运作模式与公募基金非常相似，只是矿工加入“矿池”不是直接投入资金，而是投入用资金购买的电脑和电力。 在“矿池”的带动下，专门的“挖矿”设备——“矿机”也取代了个人电脑成为挖矿的主流设备。 “矿机”使用的计算芯片功能单一，只能用于计算比特币内置的“计算竞赛”题目。 这种芯片比可以执行多种功能的个人计算机芯片便宜。 但有人计算，以目前“矿机”的零售价、升级速度和电价计算，挖矿的净利润越来越薄，甚至有转负的趋势。 一台“矿机”的主要利润其实是在生产商和销售商之间瓜分的。

“矿池”取代个体矿工成为“挖矿”的主力军，是一个非常有趣的社会学和政治现象。 “矿池”的出现和发展，无异于原始人类结成部落，争夺生存资源的行为。 目前，比特币社区仍是一个没有政府、只有部落（“矿池”）的“原始社会”，但可以预见，如果自行发展，很快就会出现许多类似于现代国家的政治现象。 目前，比特币社区出现了党派之争。 它的开发团队分裂了，一个团队致力于扩展比特币系统的承载能力和开发新的比特币系统。 大多数人仍然支持使用当前的比特币系统。 与此同时，中国三大“矿池”合计算力超过全网50%的情况也引起了其他国家比特币用户的不满。 针对中国矿池的阴谋指控在英语网络社区中无处不在。 比特币社区从一个完整的社区分裂成几个小社区也不是没有可能。 如果比特币社区继续进化下去，我们可能会看到类似于民族国家的比特币小社区，甚至小社区之间以黑客技术为武器的网络战争。

目前，由于使用比特币支付的交易频率越来越高，比特币系统的设计负荷频繁逼近上限，随之而来的是用户体验的下降和交易手续费的增加。 一些比特币开发者认为，在不久的将来，比特币交易费用可能会超过信用卡交易费用。 当时考虑到比特币也存在汇率风险，比特币唯一的比较优势就是避免监管。

比特币被滥用

比特币的所有权不能直接追溯到自然人或法人，只能追溯到公钥，因此比特币成为灰色交易的首选支付方式。 建立在暗网上的交易平台“丝绸之路”以只接受比特币而闻名，受到了不法分子的欢迎。 2011年建立的“丝绸之路”网站充斥着毒品、色情制品和军火的交易。 到 2013 年被查封时，该网站的交易额保守估计超过 10 亿美元。 它的创始人通过收取交易费赚取了数百万美元。

“丝路”网站承载的灰色交易，很可能只是比特币支持的灰色交易的冰山一角。 毕竟，在比特币出现之前，不法分子也可以找到各种方式进行非法交易。 有了比特币，犯罪分子就有了一种更方便、不受监管的支付方式。 而且，比特币交易所的存在，使得通过非法交易获得的比特币很容易提取成美元。 与需要鉴定真伪且变现难度较大的钻石相比，比特币或许是一种更好的不法分子支付手段。

知名的“比特币钱包”软件服务商blockchain.com也提供一种名为“共享币”的洗钱服务。 该服务的原理是一笔比特币转账可以有多个转账方和多个转账方。 通过将购买洗钱服务的人的公钥与多个公钥混合，同时将钱转入多个私钥——其中只有一个是真正的接收者——可以增加追查一个人的难度。比特币传输数百次。 如果多次进行这种多对多传输，将很难追踪。 该服务提供商表示，该服务旨在保证“用户隐私”，其最低级别的费率为 0.35%。 犯罪分子可以利用该服务使自己和交易对手更难通过比特币交易记录进行追踪。

区块链技术在金融领域的应用前景

比特币的实践表明，采用区块链技术和加密算法构建的分布式记账系统足以构成去中心化的信任体系。 在该系统中，由于每笔合法转让的标的物都可以追溯到原始来源，即使没有类似中央银行这样代表国家信用的机构，用户也可以通过完备的商品回溯机制，交易对方无透支行为。 同时，比特币的“计算竞赛”机制和相应的激励机制也被证明是成功的。 我们相信，比特币的这两种设计可能会激发我们进行金融创新，从而提高社会效率。

票据业务和同业业务

票据业务的操作风险和道德风险是近期的热点话题。 近年来兴起的“票据中介”业务，是利用票据交易记录的不透明性，将已经倒卖的票据倒卖，套取银行资金牟利的行为。 如果利用区块链技术为银行的票据业务搭建一个电子平台，那么收到票据的银行就可以利用区块链技术中的回溯功能来查询票据的真实性，以及票据是否被其他银行购买过最初比特币区块奖励是多少，从而有效防止不法分子利用票据非法获取资金。

此外，同业业务还可以使用基于区块链的电子平台。 这样，以同业业务为渠道的各类非标业务也能有效追溯风险源头，明确风险分担。

可以想象，将区块链及相关技术应用于票据业务和同业业务这两类监管难度相对较大的业务，不仅可以帮助银行等机构更有效地识别风险，还可以降低监管难度。这两类业务的发展，促进了这两类业务的健康发展。

数字货币与云计算

目前活跃的加密货币具有类似于比特币的体系结构，包括三类机制：非对称加密、完全回溯和计算竞争。 比特币当前使用的计算竞赛机制不会在比特币之外产生任何有价值的结果。 我们可以用有价值的计算任务代替无效率的迭代计算，对参与计算的个人给予数字货币奖励，从而帮助科研院所利用云计算技术外包大规模计算任务，以更低的成本突破算力上的约束科学研究活动。

目前，微软已与中国国内高校合作，将云计算技术应用于医学影像分析、全球气候变化研究、黑河生态水文系统研究等项目。 如果能够将带有数字货币激励的区块链技术与云计算技术相结合，将有助于更大规模地开发利用个人电脑的闲置计算能力，助力国家科研体系建设。

作者：金涛（清华大学五道口金融学院助理教授、清华大学恒隆房地产研究中心货币与财政政策研究室主任）、金超（清华五道口金融学院2014级博士研究生）