您必须了解的加密货币

作者：史建兵（单位：上海社会科学院应用经济研究所）

数字加密货币是一种虚拟货币。 根据欧洲银行管理局在2014年给出的定义：“虚拟货币是一种价值的数字化表达，不是由中央银行等发行的，也不都与法定货币挂钩，但可以用来支付，它可以以电子方式转移、存储或交易。” 广义上数字形式的虚拟货币分为三类： （1）电子货币：由中央银行发行并以电子方式存储的法定货币； (2) 中心化虚拟货币货币：由民间组织集中发行和管理，仅用于购买特定平台的虚拟商品或服务，可以用法币购买或花费时间赚取，但不能自由兑换转化为法定货币，如Q币等； (3) 去中心化 虚拟货币：没有中心化机构（如中央银行或私人机构）控制和管理发行，使用加密技术进行识别，通过网络社区内部协议框架进行控制，可以用于支付、交易和存储。 加密货币属于第三类。

虽然名称与数字加密货币相同，但每种加密货币使用的技术略有不同。 目前主流的技术发展有三种，（1）以比特币为代表的第一代区块链技术，（2）基于智能合约的以太坊（Ethereum）技术，（3）以物联网区块链交易为代表的IOTA技术。 由于程序的源代码被加密货币完全公开，一般很容易发行新的加密货币，只需在现有基础上稍作技术改进、微调，甚至分支和分叉，因此出现了各种各样的代币迅速在世界范围内传播也就不足为奇了。

1.货币从理论到实践

以比特币为例，其本质是一个计算机系统，但其运行机制设计巧妙。 2008年，化名“中本聪”的个人（或组织）发表了一份长达九页的技术白皮书，提出了一种解决方案：让现金系统运行在对等网络环境中，直接由一方发起并在没有任何金融机构（信用中介）参与的情况下向对方付款，可以防止重复付款问题。 其目标很明确：剥夺主权国家的铸币权，放弃银行等媒介，重塑货币发行机制和支付方式。 2009年1月，比特币系统悄然上线，但当时大多数人认为这只是一个小圈子的智力游戏。

“中本聪”的思想与主张经济自由主义的经济学家弗里德里希·冯·哈耶克（Friedrich von Hayek，1899~1992）一脉相承。 哈耶克在1976年发表了《货币的非国家化》，提出了“货币的非国家化和去中心化”的思想。 但受限于时代背景和技术条件，“私人银行是否有足够动力保证币值稳定”、“去中心化货币竞争形式”等问题在当时无法解决。 2008年，随着相关理论和技术的发展和成熟，一切障碍“豁然开朗”，比特币这个设计精良的计算机系统得以上线。

2.去中心化和加密特性

比特币系统的一大特点是“去中心化”，即所有环节都不需要任何中介。 这包括两层含义：一是技术层面，是指系统运行在没有中心节点的点对点（P2P）网络系统（peer-to-peer network）； 另一个是操作层面，没有管理中心来发行货币和协商交易。 对等网络是一种分散的网络结构，其中所有计算机都连接在一起并相互直接通信。 这就提出了两个问题。 首先，这种网络没有一个中心节点做统筹调度，相互之间如何沟通； 其次，没有货币发行的管理中心，如何相互信任。 前者是系统容错的问题，后者本质上是信任和共识的问题。 要理解这个问题，可以参考美国计算机科学家莱斯利兰伯特在1982年提出的“拜占庭将军问题”。这个难题是在一个历史军事问题的幌子下展开的。 拜占庭帝国时期，由于幅员辽阔，军队部署分散，为了保证战斗的胜利，各地的将领必须保持一致的意见。 众所周知，将军有忠臣、叛徒，可能还有奸细。 问题是如何通过信使传递信息，保证军事行动的连贯性。 兰伯特当时证明，只要忠诚将军总数的2/3以上就可以在行动上达成共识。 1999年高效易用的新算法出现后，建立无中心的分布式计算网络成为可能。 在操作层面，解决将军问题将使素未谋面、没有中介的两方达成共识，建立互信，完成交易。 也可以保证系统不会被混入的“坏人”侵蚀而最终崩溃。

比特币的另一个特点是加密。 加密在系统中无处不在。 甚至交易的收款账户和支付账户都是加密的，即以字符和数字形式存在的地址。 主要依赖的加密算法有两种：非对称加密算法和散列算法（也叫散列算法）。 非对称加密可以与两个密钥配对：公钥（public key）和私钥（private key）。 数据可以用公钥加密，但只有对应的私钥才能解密； 反之亦然。

公钥及其变体用于流通（其实地址就是公钥的变体），私钥用于签名，两者可以验证支付。 哈希算法可以将任意输入的原始文本转换成一个固定长度的哈希值（hash value）。 ), hash计算有个好处，如果字典多了一页或者少了一页，甚至只改了一个词，hash值都会有很大的变化。 哈希值可以看作是对原文的压缩，具有指纹一样的原文特征。 只要原文不变，哈希值就不会改变。 另外，哈希值无法还原为原文，可以保护原文的机密性。 加密货币特有的无意义的账户结构形式是哈希计算和非对称加密算法的结合。 首先，随机生成一个永不重复的私钥。 私钥通过特定的算法生成公钥比特币怎么购买怎么储存，然后对公钥进行哈希处理。 取出指纹后，就是转换后的地址。 私钥难记，一般存放在“比特币钱包”中，用于支付（发起交易）时签名。 “比特币钱包”可以存储在本地或远程。 如果私钥丢失，将永远无法找回。 该系统没有争议解决方法。

3. 区块链与数字货币

当需要转账时（系统称之为“交易”），用私钥对交易内容进行签名，形成“转出签名”和“转出公钥”。 将交易内容、转出签名、转出公钥三部分组合起来就是交易记录，向全网广播。 记账时，只要三者共同核对，结果无误，即可完成交易。 所谓“区块”，就是在十分钟左右的时间内，将已确认的交易按时间顺序打包的结果，相当于账本的书页。

最关键的技术是区块链协议和共识算法。 区块链协议就是如何链接相册，而共识的过程就是所谓的工作量证明，形象地说就是“挖矿”。 网络中的每个节点都是“矿工”。 挖矿是指矿工贡献自己的计算资源来竞争解决一个数学问题。 这个问题和之前的账本（块）记账内容的哈希值有关，但是这个哈希值之前会被系统加上一个任意数，调整这个任意数会大大增加计算的难度。 矿工们试图通过在他们的计算机上反复计算来找到这个任意数字。 谁最先找到这个号码，谁就有权预订新专辑。 由于这个过程不需要中介的参与，所以也被称为机器信用。

记账时，核对当前时间段内的所有交易记录，然后将交易按时间顺序记录打包，形成新的画册。 新专辑链接到主链后，像广播一样传播到全网，其他矿工收到一份新专辑并保存在本地。 这个过程就是“分布式账本”存储，即每个人都有一个账本。 唯一获得记账权的矿工将获得系统奖励和交易手续费，以此来激励矿工继续贡献算力来维持系统的运行。 在记账过程中对交易进行验证也非常巧妙。 交易记录实际上是一个可以由计算机运行的脚本，即“可编程”。 通过验证时运行脚本，可以快速排除错误支付，消除重复支付，完成交易确认。 6张专辑在交易过程中都需要进行记录，目的是为了保证交易的安全性，但同时也带来了交易确认时间较长的问题。

系统的奥妙就在于“链”，它有两层含义：（1）相册（块）与相册（块）之间，除序号外，还有上一页的指纹特征值，以及一个任何难以计算的数字作为前向验证的戳记； (2) 系统中只使用最厚的账本（最长链）作为主链。 这样可以防止过去的交易数据被篡改，因为每一页都有上一页的指纹特征，篡改任何一笔交易数据都会带来连锁反应。 如果交易发生变化，页面指纹会发生变化，后续相册将无法连接，很容易被识别为假冒并从主链中移除； 想要对后续所有专辑的每一个特征值都重新计算显然是不可能的，即使可以做到，也变得不值一提。 这种机制可以防止系统因内部攻击而崩溃。 从本质上讲，拜占庭将军问题是通过技术设计和制度安排得到更好的解决，是所有矿工成为“忠臣将军”的最佳选择。

系统中的竞争记账，大额交易需要六个区块确认，固定页码大小等问题看似不完善，其实是排队博弈的结果，交易手续费（矿工费）的机制设计是用于激励矿工。 愿意提供最高强度的计算能力可以保证系统在未来继续运行。

4. 有争议的货币

比特币系统不需要中介机构，交易不受地域限制。 它可以与网络进行交易，可以在世界任何地方转移。 它是国际的； 交易只需要一个地址，地址与人无关，不需要理由，具有匿名性和隐私性。 因此，以往缺乏商家支持，更多用于“暗网”黑市交易等逃避监管的场合。

虽然加密货币在过去十年的实际运作中饱受争议，但它也导致了一些新的金融技术的出现：（1）分布式公共记账：一些传统科技公司、大型跨国银行机构和国际商品交易研究所都有开始应用此类技术进行系统改造； (2) 点对点网络：可进行超大规模分布式计算、引力波搜索、蛋白质结构预测与设计、气候变化趋势研究； （3）共识算法Trust中包含的机器开辟了一个新时代，可用于会计审计、知识产权保护等领域； (4) 可编程合约：可自动判断交易条件的智能合约比特币怎么购买怎么储存，可应用于智能财产、清算、数字产权保护等领域； (5))经济理论论证：验证以往难以实验的理论，如双边市场、排队博弈等。

这种新技术给其他社会经济领域带来了新的变化。 一是发挥经济新引擎作用，通过科技创新和应用培育新商机，加快经济社会转型升级。 在实际应用中，可以节约企业成本，提高数字经济运营效率。 机器信任也为社会征信带来了全新的管理视角，让篡改、赖账、欺诈等行为付出高昂代价，推动信用安全发展。

《光明日报》（2018年4月4日第14版）