基于去中心化虛擬貨幣的比較與演進趨勢分析

顧 剛

（對外經濟貿易大學金融學院，北京 100020）

一、去中心化虛擬貨幣

去中心化虛擬貨幣誕生在2008年，其中的代表性貨幣是比特幣。它的發行是通過一個彼此連接的比特幣用戶的計算機網絡完成的。通過工作量證明算法自動調整向網絡中釋放比特幣。參與網絡的每個節點可以使用自己的CPU處理能力進行運算并獲取比特幣[3]。每一個比特幣的獲取都將需要一定的成本，同時背后的密碼規則保證了它的真實完整和唯一。每一筆比特幣交易都會被廣播到比特幣網絡中，網絡中每一個節點都會對這筆交易進行散列算法的驗證，驗證通過后將被記入到區塊中然后進一步在網絡中傳播，這種基于P2P和全網參與計算認證的方式導致沒有任何政府和機構可以實現對其流通的控制，它的流通只受算法控制。

二、去中心化虛擬貨幣的種類

在比特幣誕生以后，一批基于同樣去中心化思想的虛擬貨幣借助于互聯網開源社區的幫助下紛紛涌現。它們在算法各有特點，并實現了一定的優化。[5]

（一）萊特幣（Litecoin）

Litecoin（LTC）是目前除比特幣以外市場價值最高，交易最活躍的一種虛擬貨幣。不同于比特幣使用的SHA 256挖礦算法，LTC采用Scrypt算法。這種算法有較快的塊生成時間，并能更快確認真偽，比特幣的交易驗證的時間平均在10分鐘以上，大多數交易網站驗證需要1個小時。而LTC交易確認平均為2.5分鐘。另外Ltc的總數量也是BTC的四倍,總數為8400萬枚。此外，在比特幣挖礦軟件技術已經從CPU到GPU到現在正式進入FPGA（現場可編程陣列）和ASIC（專用集成電路）時代。而相對于比特幣，LTC的算法則仍然非常適合GPU挖礦，這在一定程度上保護了礦工的現有挖礦設備的投資。[6]

（二）PPCoin（PPC）

PPCoin（PPC）由Sunny K ing發布于 2012年8月19日，其在貨幣生成上采用了工作量證明 (proof-of-work)和股權證明（proof-of-stake）的混合模式，并引入幣齡的概念。

（三）工作量證明算法SHA256

SHA 256是一種從輸入得到輸出非常容易，但從輸出反推出輸入極其困難的函數。反推輸入的方法除了窮舉所有可能輸入之外，別無他法。比特幣貨幣生成采用的就是基于SHA 256的工作量證明算法，交易數據外加一個隨機數(nonce),然后在其前面附加大量的“0”，以此作為區塊信息發送出去，接受者的驗證可以迅速使用nonce得到函數散列值。然而對于攻擊者而言如果想反推出這個nonce則近乎不可能。

（四）51%算力攻擊

去中心化貨幣發行依賴于網絡中大多數節點的確認信息。如果參與的網絡節點有限，攻擊者通過某種手段控制了網絡中多數節點(比如51%)的運算力，使受控網絡生成塊的速度超過網絡剩余部分的總和，就可以生成一個塊鏈接分叉，并使其長度超過主環鏈，網絡中的其他節點將開始把新的分叉視作合法塊鏈接(盡管衍生51%攻擊成功可能性是一個隨機漫步理論的難題)。在這種情況下，攻擊者就可以自行對區塊信息進行確認，從而可以篡改交易記錄實現多重支付或將別人的貨幣據為己有。除了貨幣發行初期易遭受51%算力攻擊外，當貨幣生成算法的難度因子提高過大，導致運算成本增加過度和大量“礦工”退出，只有少數礦工控制著絕大多數比特幣的挖掘運算，這種情況下51%算力攻擊的可能性也會提高。為此，Sunny King提出了下文詳述的股權證明算法。

（五）股權證明（proof-of-stake）

與工作量證明算法不同，股權證明并不要求持有人進行大量運算來證明自己，而是要求持有人明確表達自己對一定量貨幣的擁有權。對于PPC來說，當一個新的股權證明區塊被挖掘出來后，礦工需要構建一筆股權交易，將一部分貨幣外加一點(算法預設好的)獎勵貨幣發送給自己。隨后SHA 256算法開始工作，根據上述交易信息，一些特定的固定數據，以及幣齡作為輸入被用于散列運算。運算的難度因子與貨幣年齡成反比例關系。即決定因素是他已經擁有的貨幣數量，和進行股權交易后的時長。也就是說，如果你已經擁有了1%的貨幣或者說股權(stake),那么你最多可以挖掘的新增貨幣的上限也為1%。這種算法不通過提高運算復雜度來控制貨幣生成數量，而是通過股權交易這種經濟行為來實現這種控制。

（六）幣齡(coin age)

在PPCoin中，幣齡被定義為交易輸入大小和它交易存在時間的乘積，作為生成新的PPCoin區塊算法的輸入。幣齡越大，輸出PPcoin概率越大，直到找到有效的區塊時則復位為零。[7][8]

總結來看PPC因為使用了股權證明算法，與Bitcoin相比具有4個方面的改進：

*以股權證明鼓勵人們持有貨幣而非用于投機；

*獲取股權所需的成本遠大于獲取運算力的成本，有效減少了51%攻擊的可能性；

*股權證明算法不以提高工作量證明難度為基礎，減少了運算所需能源的消耗。

*PPC不預設貨幣生成上限，理論上可以供應無限多的貨幣(盡管當前設置了20億的上限但理論上可以改變)，這有助解決貨幣供給無法滿足經濟發展需要的問題。此外股權證明算法設計為每年提高1%的貨幣供應量且可調整，這將是非常溫和和良性的通脹率。

（七）素數幣(PrimeCoin)

素數幣是一種建立在比特幣架構基礎上的數字貨幣，它運用一種獨特的“科學計算證明”機制取代比特幣的“散列工作量證明”機制，通過計算去發掘由大量質數組成的質數鏈，質數幣被作為礦工在挖礦過程中發現質數的獎勵。素數幣并非將工作量證明完全去掉，而是試圖讓工作量證明變得更有意義。它沒有使用SHA 256計算，但是要求礦工們尋找長的由素數構成的“Cunningham鏈”和雙向雙鏈（Bi-twin chains）。同樣是通過能源密集型的計算挖礦，但素數幣試圖給現實世界帶來實用的價值，而不是電力算力的無謂消耗。比如素數幣被用于“Folding@home”項目，該項目由斯坦福大學教授Vijay Pande開發，借助于素數幣發掘的運算來分析蛋白質自我折疊問題，這個項目可能幫助研究者發現治療阿茲海默癥、帕金森氏癥以及多種癌癥。[9][10]

此外還有一些較典型的虛擬貨幣，比如Freicoin在算法中引入囤積稅概念，以抑制人們持有貨幣，鼓勵交易與流通。而Namecoin的特點在于除了本身是一種貨幣外，還可以被賦予其他功能，如注冊域名。Ripple是一種比比特幣更激進的虛擬貨幣，Ripple網絡自動進行匯率換算，用戶可以用任何一種類型的貨幣向他人支付另外任何一種類型的貨幣，從而實現所有貨幣的全網流通。[11]此外還有很多基于類似算法的虛擬貨幣，比如Devcoin(DVC)、Terracoin(TRC)、Ixcoin(IXC)、NovaCoin(NVC)等等。甚至我國也有了基于類似算法的國產虛擬貨幣比如CHNcoin(CNC)。

三、去中心化虛擬貨幣的總結比較

下表為各種典型虛擬貨幣特點比較匯總[13]：

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四、演進趨勢分析

目前的虛擬貨幣發展仍處于早期階段，新的種類不斷出現，各種創新和改進層出不窮，對其演進趨勢總結如下：

第一，基于去中心化和P2P的原則仍是根本基礎，無論算法和應用如何改進創新，這一基礎原則不會改變。

第二，發行和認證算法逐漸摒棄工作量證明算法，衍生出Scrypts算法、質數算法和股權證明算法等，其實質是對工作量證明算法的低效率和算力浪費的改進。這也會是將來虛擬貨幣算法改進的必然趨勢。工作量證明算法將會被更具實際意義和更具效率的算法所取代。

第三，貨幣發行上限將不再固定。預設發行上限曾經是比特幣用以消除通脹的核心手段，但人們逐漸意識到這將誘使人們持幣坐等升值的投機心理。許多貨幣提高了發行上限以增加貨幣供應，但并非最終解決之道。而像PPC那樣容忍一定程度的可控的良性通脹，同時發行上限甚至發行速度和難度因子可由算法參數化調整，以鼓勵流通和增加持幣成本，這種實現方式比較適應實際經濟規律，必將是未來的方向。

第四，作為被寄予厚望的“未來貨幣”，理應承擔更多的功能，比如如何適應利率形成、保持匯率穩定、促進貿易發展和商品流通、保證貨幣供給彈性等。這需要進一步的算法改進和理論創新。目前Ripp le正在研究的全網匯率形成和貨幣兌換技術即屬于這方面的嘗試。

第五，市場占有率和人們的信心對哪種貨幣將成為未來主導貨幣也將起重要作用。

去中心化的虛擬貨幣是人類第一次從技術角度實現的流通支付工具，它的創生和每一步發展都將對未來的金融體系產生深遠的影響。

[1]北京晚報.《瘋狂比特幣未來能買房子》.2013.5.

[2]中國企業家網.《比特幣的社會實驗：活在未來》.2013.5.

[3]Satoshi Nakamoto.《Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System》.2008.10.

[4]洪署寧.《比特幣：一種新型貨幣對金融體系的挑戰》.《支付創新》.2011(10).

[5]巴比特(www.8btc.com)Daniel(翻譯：比特人瀟湘夜雨).《米塞斯圈：山寨幣的癥結所在》.2013.8.

[6]blog.sina.com.cn.知耿《密碼學貨幣一覽》.2013.5.

[7]Bitcoin Magazine VITALIK BUTERIN 《W hat Proof of Stake Is And W hy It Matters》，2013.8.

[8]Geek Park.《防貶值抑通脹低能耗-PPCoin能超越Bitcoin嗎？》2013.4.

[9]Make Tech Easier M iguel Leiva-Gomez《4 Popular Bitcoin Alternatives and How They Compare to Bitcoin》2013.7.

[10]M IT Technology Review 《Bitcoin Isn't the Only Cryptocurrency in Town》2013.4.

[11]虎嗅網.悟網不歡.《R ipple,比比特幣更激進的虛擬貨幣幽靈》2013.4.

[12]巴比特.《中國山寨幣解析及對比》.

[13]部分統計數字來自http：//chinabtcltc.com/.