區塊鏈技術及其在數字貨幣領域的應用

童毛弟（副教授），牛 哲，陳庭強，（教授）

一、引言

中本聰發明的比特幣，是一種總量恒定在2100萬個的數字貨幣。不論是數字貨幣還是電子貨幣，都是沒有實物形態的虛擬貨幣，并且需要網絡運行環境。支撐比特幣的網絡技術是區塊鏈。區塊鏈技術出現之前，互不認識或者互不信任的人之間需要依靠第三方建立信任協作。例如，傳統電子現金支付系統涵蓋商家、銀行、用戶三者間的業務聯系，商家和銀行之間簽署協議建立授權關系，銀行作為中介能夠借助其信用背書和技術能力讓渡和規避風險，使得資金在商家和用戶間轉移流通以促成交易安全完成。區塊鏈技術的出現，打破了這種傳統的三角關系，其間不需要任何金融機構承擔信用中間人的任務，由一方發起點對點在線支付即可直接支付到另外一方。更確切地說，這種可以剔除金融交易中受信任第三方的技術，作為數字貨幣的底層技術，叫做“區塊鏈”。

隨著對區塊鏈研究的深入，眾多學者都發現區塊鏈技術解決了中介信用問題，這是交易去中介化的創舉，可以提高現有產品、服務和互動的價值。借助區塊鏈技術，可實現在沒有任何中介機構參與的情況下，完成雙方互信交易，交易點對點且不可更改，如比特幣、萊特幣、瑞波幣等數字貨幣交易。數字貨幣不同于電子貨幣，沒有統一的定義，是一種基于節點網絡和數字加密算法的虛擬貨幣（三者的對比見表1）。由于來自某些開放的算法，數字貨幣沒有發行主體，因此沒有任何人或機構能夠控制其發行；由于算法解的數量確定，數字貨幣總量固定，這就消除了濫發導致通貨膨脹的可能；由于交易過程需要網絡中各節點的認可，數字貨幣的交易過程足夠安全。數字貨幣是“法定電子現金”并存儲于電子設備中，是具有現金特性的價值載體。數字貨幣的使命之一就是部分替代現金，降低現金印制、發行、清分、銷毀的巨大成本。

表1 數字貨幣、電子貨幣與虛擬貨幣的對比

數字貨幣的價值來源于用戶信任值，即數字貨幣產生于計算機協議，但價值取決于供需。數字貨幣使用分布式賬本技術進行價值轉移，在無信任基礎的雙方中促成交易，交易信息存儲在賬本中，且目前看來記錄在數字貨幣賬本中的信息量極小。雖然數字貨幣沒有發行主體或者計算機供應商，但存在技術型中間商提供諸如與主權貨幣或者其他資產兌換等服務。隨著互聯網技術的日漸成熟，數字貨幣的功能也得到進一步擴展，除了自身的支付功能，還充當數字化金融資產交易憑證，充當融資媒介發行金融產品，整合傳統交易所和金融服務機構，從簡單的數字符號逐步演繹為可信任憑證，具備實體資產或金融資產支持。

目前，數字貨幣受到追捧，根據CoinMarketCap提供的數據，截取自2013年4月～2017年4月，數字貨幣全球總市值已超過200億美元且呈現穩步上升趨勢（圖1）。從全球排行榜看，市值排名前三位的是比特幣、以太坊和瑞波幣，比特幣市值在數字貨幣總市值中長期占比超過50%（圖2），市值均超過10億美元。隨著經濟發展新引擎“互聯網+”的多領域發展，全球生活形態逐漸數字化，一方面伴隨人們對電子錢包和線上支付的頻繁使用而突顯出實體經濟交易的虛擬化發展，另一方面數字形式的虛擬貨幣逐漸融入實體消費經濟當中。數字貨幣的全球普及率正在日益擴大。就數字貨幣在我國的發展情況看，我國央行成為全球范圍內首個研究發行數字貨幣并開展真實應用的中央銀行，率先探索了區塊鏈技術在貨幣發行中的實際應用。雖然央行在發行數字貨幣方面已取得了新進展（在基于區塊鏈的數字票據交易平臺測試成功，央行旗下的數字貨幣研究所也將正式掛牌），但央行還未正式發行法定數字貨幣。法定數字貨幣的發行有助于降低傳統紙幣發行和流通的成本，利于提高金融交易的便捷性、透明度以及交易或者投資效率。

圖 1 2013年4月～2017年4月數字貨幣全球總市值變化情況

圖 2 2013年4月～2017年4月比特幣市值百分比變化情況

將區塊鏈技術應用到貨幣領域催生了數字貨幣，節約了貨幣發行及流通成本，提高了貨幣交易及投資效率。區塊鏈技術或者說分布式賬本技術顛覆了貨幣的定義，填補了金融貨幣在互聯網應用方面的技術缺失，實現了價值從無信任實體轉移到可直接點對點交易。由此可見，在當前金融科技中，區塊鏈是最具前沿性的技術，更是繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之后，最有潛力觸發第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術，其影響力已經遠遠超出金融領域。將區塊鏈技術運用在金融領域抑或融入公證、審計、物流等其他領域，不是僅形成一個可編程的社區，而是擴展到整個社會，令其逐步進入智能互聯網時代，這將對經濟社會發展起到重大推動作用。

二、區塊鏈

1.區塊鏈的定義。針對區塊鏈的定義，眾多學者已達成共識，即區塊鏈是一種分布式數據庫共享技術。一組或幾組數據在計算機上建立倉庫，且這些數據是以區塊（Block）形式存在的，這些區塊按照一定的數據模型存放一些記錄，區塊與區塊之間按照密碼學原理相互鏈接，即被稱為區塊鏈（Blockchain）。區塊鏈技術即是通過去中心化的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。該技術方案主要是使區塊之間通過密碼學方法關聯起來，每個數據塊包含了一定時間內系統的全部數據信息，并生成數字簽名以驗證信息的有效性且鏈接到下一個數據塊形成一條主鏈。

2.區塊鏈的技術特征。經研究，區塊鏈擁有無可比擬的技術特征，即去中心化、建立信任、數據信息不可篡改、數據透明安全、數據匿名等。去中心化是指無需中介參與，系統中所有節點參與數據的記錄和驗證，可在互不信任的參與者之間維系。如在金融貿易交易中，區塊鏈替代了傳統貿易結算環節中的銀行擔保。建立信任是指區塊鏈技術重新定義了信任，摒棄了第三方機構，依托客觀算法和技術背書直接建立互信，保障了網絡系統中的價值轉移。不可篡改是指信息一經添加至區塊鏈中，即變成區塊鏈網絡中的一個節點，從而形成一條完整的數據記錄且該條數據將永久存儲、無法更改、完整可追溯，避免由于信息不對稱或信息被篡改而造成經濟損失。數據透明安全是指同樣依托密碼學算法原理，加密計算安全性高，數據存儲信息完整透明、可完全驗證，除用戶匿名以外的所有數據交易信息完全公開在所有的服務器網絡節點中，在使信息同步的同時保證任何交易有完整證據鏈和可信任追溯環節。通過區塊鏈技術所構建的分布式共享總賬，可將視角擴展到整個經濟歷史記錄，這將有助于消除企業內部復雜性成本，重新定義企業邊界甚至成為將來全球市場交易的基礎架構，不再局限于捕捉單一企業某時刻的交易情況。數據匿名是指在實現數據透明的同時保護個人隱私，在進行私密交易的同時保證區塊鏈的真實性。

3.區塊鏈的技術原理。就區塊鏈技術原理而言，區塊鏈綜合了分布式數據存儲、現代密碼學、P2P對等網絡等技術，使互聯網時代的價值交易更加方便快捷。區塊鏈技術以網絡運行環境為基礎，要求網絡中所有計算機具備處理能力，且不同于集中式網絡需要依托一個大型中央系統存儲全部數據，區塊鏈技術是通過寓于分布式結構的數據存儲、傳輸和證明的方法，所有計算機共同維護一個數據庫（表2）。基于密碼學原理而非信用，將全新加密認證技術與互聯網分布式技術相結合，網絡中數據、資源和服務達到共享，所以區塊鏈技術也被稱為“分布式總賬技術（Distributed Ledger Technology）”。

區塊鏈技術基于密碼學中橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）實現去中心化，將區塊以鏈的方式組合在一起形成數據結構。一方面，運用現代密碼學中橢圓曲線數字簽名算法，包括橢圓曲線加密算法（ECC）和Hash函數，信息的Hash函數值變化和信息數據的交易變化被寫入服務器中，而數據文件本身并不被服務器保存，數據安全且不可篡改；另一方面，網絡系統中有節點，不同于“中心化”由中心決定節點，節點離開中心無法存在，類似于“集權”，而是運用“去中心化”的分布式網絡存儲系統，網絡中任何參與者都可以表達自身觀點、提交內容、共同生產信息，同時分散數據并進行分散存儲。去中心化的數據庫無需經過中心即可完成信息的傳遞，無需整合系統中的參與者就可完成數據的存儲和處理。

三、區塊鏈在數字貨幣領域中的應用——以比特幣為例

區塊鏈技術的典型應用領域即金融領域，其在金融領域中的典型應用即數字貨幣。在數字加密貨幣出現之前，社會不得不依靠銀行等機構跟蹤付款和保證金融安全。而作為數字貨幣的底層技術，區塊鏈憑借其分布式存儲、加密算法、共識機制讓數字貨幣成為資本市場的新寵。

區塊鏈技術在數字貨幣領域中的典型應用為比特幣，對此眾多學者都已達成共識。下文根據數字貨幣的信用交易特征，以區塊鏈技術在比特幣中的應用為切入點，從數字貨幣的信用屬性、支付清算效率、交易安全性等方面系統地研究區塊鏈技術應用于數字貨幣領域的價值前景及發展態勢。

1.數字貨幣信用屬性的區塊鏈技術。數字貨幣的應用代表比特幣只存在于一個被稱為“塊狀”的巨型電子分類賬單中，包含每筆交易的歷史記錄，其副本在世界各地的許多計算機上運行。這意味著與傳統貨幣和較早的數字貨幣不同，比特幣不需要信任的第三方來處理貨幣流動或由“中央銀行”發行，交易依據客觀算法、去中心化、直接點對點。在交易比特幣的同時，關注比特幣技術型信用支撐、價格波動、安全性能、跨境轉移等，與關注區塊鏈底層技術、加密算法在數字貨幣領域中的實際應用同樣重要。貨幣的核心屬性是信任。對特定群體而言，比特幣作為數字貨幣延續了貨幣的核心屬性，具備了信任背書的條件。因此，比特幣具有群體屬性，能夠吸引一定社會群體參與交易。交易方式如下：銀行ATM機中選擇使用bitcoin（比特幣）進行貨幣集中兌換，組建比特幣開源社區促進交流，創建比特幣區塊瀏覽器https：//btc.com，集中瀏覽查詢比特幣區塊、交易、地址的詳細信息等。通過區塊鏈技術的支持及加密算法形成的特定規則，強化比特幣使用者間的信任紐帶，加強共同意識和利益關系，促成比特幣社區意識。

區塊鏈重新定義了金融，金融交易活動的發起首先是要建構信任、甄別風險，在實際操作中信任的建立要付出極大的金錢及時間成本，而數字貨幣在使用區塊鏈技術過程中由于是用數據區塊取代了目前互聯網對中心服務器的依賴，使得所有數據變更或者交易項目都記錄在一個云系統中，從而保證安全地驗證、確認和傳輸金融交易，以強化數字貨幣的信用屬性。從業務應用角度來說，區塊鏈是不同于央行清算中心等傳統中心化賬本系統的一種分布式共享賬本系統，通過分布式的產權管理、集體自治、公開透明、不可更改和可追溯的方式來創造信任和發展信用，從而讓價值交換過程中的摩擦系數降低，實現零邊際成本。數字貨幣作為智能貨幣，除帶有很深的群體社交網絡烙印之外，更是憑借其信用屬性價值創建了貨幣流通的新類型。

2.數字貨幣支付清算效率的區塊鏈技術。比特幣是一種基于節點網絡和數字加密算法的數字貨幣，是一種去中心化的數字貨幣，區塊鏈技術運用了P2P對等網絡結構原理，實現了數字貨幣支付與清算的去中心化。不同于Client/Server客戶/服務器網絡結構，客戶端和服務器端主體并存，P2P對等網絡結構是指一臺計算機既可作為客戶端，又可作為服務器端，直接點對點，取締中介實體，互聯網直接連接交互（圖3）。

圖3 P2P對等網絡結構與Client/Server客戶/服務器網絡結構

在P2P對等網絡結構中，交易比特幣無需中央銀行等金融中介，可以省去繁瑣的額度與手續限制，直接由用戶構成，獲取對方比特幣地址即可進行支付，支付系統去中心化。從比特幣簡單便捷的交易中可以看出，每一次貨幣變革的出發點都是基于金融交易的便捷性，提高貨幣交易的支付清算效率。與傳統紙幣的流通相比，發行數字貨幣的確能有效降低貨幣流通成本，使交易便利且透明。從紙幣時代飛躍到數字貨幣時代，凸顯出數字貨幣對整個金融貨幣行業體系的影響力，展現出區塊鏈技術對科技金融新經濟體系所作的貢獻。

此外，數字貨幣借助區塊鏈天然擁有點對點轉賬特性這一新的價值存儲轉移方式，促成用戶借助點對點網絡向任何賬戶轉賬等金融交易行為，在提高交易效率的同時簡化了交易前的身份認證過程。區塊鏈網絡中每個節點都存儲著交易人的大量信息，這其實為區塊鏈提供了一種大數據屬性，當區塊鏈支付清算體系正式運轉后，金融交易數據、商業交易數據等可直接部署在區塊鏈上。商業銀行可直接通過區塊鏈完成征信，以有效克服現有模式下信息不完整、數據不及時、費用較高的缺點。在交易過程中引入數字貨幣進行結算的方式，展示了數字貨幣在票據場景中的應用，區塊鏈在金融領域具有的天然優勢能降低審核清算成本，減少對中心節點的不信任，讓金融資產的流動更加透明便利，這些突顯出區塊鏈在數字貨幣領域降低發行成本、提高支付清算效率等方面的巨大貢獻，推動了經濟的提質增效。

3.數字貨幣交易安全性的區塊鏈技術。區塊鏈使用非對稱加密的公私鑰構建節點間的信任以保障數字貨幣交易的安全，在交易比特幣的過程中可見一斑。一方面是在交易過程中，使用公私鑰對數據存儲和傳輸進行加密解密，由于橢圓曲線加密算法的使用特性，即通過私鑰解密出對應的公鑰，通過公鑰驗算出比特幣交易賬單中每一段交易數據與交易過程中使用私鑰簽名的是否為同一人操作（即只有用戶本身才能解密該信息，任何未經授權用戶甚至信息的發送者都無法將此信息解密），每筆交易生成一個隨機散列的數字簽名。交易系統中的所有參與者都有唯一的歷史交易序列。整個加密過程不可逆轉，從而保障交易的安全完成（圖4）。另一方面是在交易雙方的隱私保護上，傳統銀行對受信任第三方的信息訪問有特定的隱私限制級別，而區塊鏈借助公鑰加密技術使得比特幣可以通過對公鑰匿名避免交易雙方身份信息的暴露。此外，作為附加的防火墻，使用者可以讓每次交易都生成一個新的密鑰對，以防止交易不被追溯至一個共同的所有者。

圖4數字貨幣交易過程

概括而言，比特幣不依靠特定貨幣機構發行，而是依據特定算法和大量計算產生。通過公開密鑰密碼體系，在保證數據信息安全交互的基礎上，比特幣持有者可以擁有許多不同的賬戶，每個賬戶都鏈接到一個單獨的地址和私鑰，一個比特幣賬戶即是一段公鑰，使用賬戶中的比特幣需要比特幣賬戶地址（公鑰）即一串序列號對應的私鑰。

比特幣已經成為第一個廣泛部署的分散的全球貨幣，并引發了數百種虛擬貨幣。比特幣和區塊鏈是一種既可以減少單點失敗，又可以使整個金融體系實現去中心化的解決方案。運用分布式總賬技術、通過去中心化實現點對點，使得數字貨幣總賬存儲信息可以接近于零，整個網絡節點只記錄價值分布，對交易信息如轉出賬戶、接收賬戶、交易余額等細節信息記錄很少，從而提升整個流程的安全系數。數字貨幣借助區塊鏈這一全新的互聯網應用層，執行復雜的遠期金融合約以進行價值交換。總體而言，數字加密貨幣已經得到金融、科技部門以及學術界的高度重視，在不景氣的經濟體中實現了廣泛的市場滲透。

四、結論與對策

本文通過對數字貨幣的定義、特征及現狀進行概述，對區塊鏈的技術特征及原理進行了梳理，以區塊鏈技術在比特幣中的應用為切入點，主要從數字貨幣的信用屬性、支付清算效率、交易安全性三方面系統研究了區塊鏈技術應用于數字貨幣領域的價值前景及發展態勢，得出區塊鏈技術在強化數字貨幣信用屬性、提高數字貨幣支付清算效率、保障數字貨幣使用安全性方面有積極作用的結論。

在區塊鏈技術強化數字貨幣信用屬性方面，區塊鏈技術的發展即是貨幣載體的技術提升，能為貨幣信用的提升保駕護航，提高價值信任和信用等級，降低價值交換過程中的摩擦系數，通過區塊鏈加密技術規則強化數字貨幣使用者的信任紐帶；在區塊鏈技術提高數字貨幣支付清算效率方面，區塊鏈技術帶來去中心化的交易模式，作為全新的電子化支付思路，使垂直化支付成為可能，使得醫保社保和納稅等行為的支付更加高效透明，降低金融交易審核清算成本，減少對中心節點的不信任，讓金融資產的流動更加透明便利；在區塊鏈技術保障數字貨幣使用安全性方面，區塊鏈的分布式架構和密碼原理等的運用可以提供更高的安全性和整體可用性，以保障金融交易的安全，不僅能在保障使用者賬戶層面的相關必要屬性，還能夠提供安全的技術控制。

然而，目前的研究一方面集中于闡述區塊鏈基礎理論和技術，另一方面針對區塊鏈應用研究，集中于涵蓋數字貨幣的金融領域，缺乏對區塊鏈潛在問題及風險解決方案的深入研究，并且鮮有針對區塊鏈抑或科技金融方面監管方案的研究。因此，本文針對區塊鏈技術在強化數字貨幣信用屬性、提高數字貨幣支付清算效率、保障數字貨幣使用安全性三個方面的作用，結合目前的研究成果提出以下對策：

1.區塊鏈技術可強化數字貨幣信用屬性。前提是網絡系統中海量數據存儲得到穩定維護，這需要優化區塊鏈在金融應用方面的基礎設施，研究如何低成本維護區塊鏈海量數據存儲。此外，金融貨幣交易的信任構建涉及用戶的合法權益維護，研究如何維護數字貨幣用戶的合法權益，還牽涉對區塊鏈在數字貨幣領域中應用的監管，包括監管機制設計、行業標準制定、銀行數字化發展等問題，研究可結合我國國情并借鑒國外經驗進行。對于區塊鏈在數字貨幣領域中應用情況的監管各國做法不一，據了解俄羅斯禁止使用比特幣進行支付交易，學者在進行此方面研究時，切勿盲從，規避“毛毛蟲效應”。

2.區塊鏈技術可提高數字貨幣支付清算效率。

在數字貨幣應用中如何利用區塊鏈技術進行無障礙化高頻次金融交易還存在研究空間，包括如何解決工業級別數據存儲效率技術困難、減少高頻次金融交易限制、降低應用交易成本等方面。

3.區塊鏈技術可保障數字貨幣使用安全性。數字貨幣用戶信息是否存在安全性漏洞方面的研究有待突破。可以對數字貨幣的防偽、網絡密鑰的管理，以及區塊鏈在金融服務、供應鏈管理、智能制造等多個場景的安全應用監管、應用風險控制等內容進行研究，這對區塊鏈技術保障數字貨幣交易的安全性有助推作用。

區塊鏈技術的發展和應用改變了用戶與銀行、用戶與資金之間的關系，保障了金融貨幣交易的健康安全，使區塊鏈數字貨幣應用方面的研究獲得更高的關注度。把握區塊鏈技術在數字貨幣領域應用的價值前景和發展態勢，在未來金融創業創新及銀行全面數字化過程中，利用區塊鏈技術改變和提升人們的生活水平，任重而道遠。

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