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张伟、吕雯:区块链技术重塑价值交换

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hulianwangjinrong

本文对比了信息互联网和区块链在价值交换方面的差异,认为区块链技术所支持的点对点、智能、可审计交易为自由、快速、高效、低成本的价值交换提供了可能。

金融领域是价值交换最密集的领域,信息互联网实现了相关数据的电子化,但因为不能实现所有权、使用权的体现和控制,“双花”问题一直没有得到很好的解决,价值交换的完成依赖中介化组织,比如各类金融机构,从而影响了互联网中价值的转移、分配和创造方式。而区块链技术所支持的点对点、智能、可审计交易为自由、快速、高效、低成本的价值交换提供了可能。

信息互联网中依赖中介进行价值交换存在的问题

信息互联网极大地改变了信息传递方式和速度,并在此基础上衍生出社会信息交互、商业模式的巨大变革。作为具有权属性、唯一性的价值,它无法像信息一样在网络中自由流动,目前价值在信息互联网中的传递主要依靠中介尤其是金融机构来解决信任问题,从而避免“双花”,但现行价值交换方式存在诸多问题:

交易主体向中介让渡了价值交换的最高决策权限

交易主体在中介机构申请开户进行交易的时候,虽然中介向交易主体提供了账户及相应的账号、密码和操作权,但这只是表象,实际上中介拥有对账户所在数据库的更高控制权限,它可以选择接受或者拒绝相应的价值交换请求。所以交易主体在选择中介这种方式来协调、组织交易时,就已经放弃了对账户及账户中价值形式的真正控制权。

价值交换的实现方式受限于中介所提供的服务

中介是基于信息不对称和信任缺失而作为信息和信任中介而存在的,作为验证交易的传统权威机构,中介在交易中通过协调、组织各方完成交易,但中心化组织、协调在及时性、有效性问题有时无法满足,存在较大的谈判和交易成本;并且,随着各类中介的引入,后续不同主体之间需要花费大量的时间在对账及资金清结算环节。此外,交易的实现取决于中介提供服务的方式、成本和标准化要求,价值传递双方更多地是被动接受服务。

中介的存在使得交易的隐私性没有得到很好保护

在价值交易过程中,交易路径、交易要素等一般是商业机密或个人隐私,在不特定对象的交易中,交易中介不必知晓交易参与者的全部相关信息,只要确认交易的真实性和完整性即可,而实际上一笔转账支付业务的完成,不仅第三方支付甚至商户都获取了付款人的相关信息,我们为了实现信息互联网中的价值交易,在引入中介的同时让渡了部分隐私性和安全性的需求。

中介的存在影响了一些价值形式交换的实现

中介积累了海量的用户数据,但不同中介数据维度不同,这些数据汇合起来从多个角度交叉验证并刻画用户行为,可以很好的用来进行精准营销、风险控制等。但数据资产作为特殊类型的价值实现,所见即所得,数据所有者把数据通过中介机构进行交易的同时,中介机构看到数据的同时实际上也就拥有了数据并以此获利。数据信息共享后,数据所有权不能明晰辨认甚至失控,数据共享的前提便不存在,数据孤岛便不是一个可解的问题。

区块链技术可以实现无须中介信任的价值交换

区块链是一种基于对等网络的分布式账本系统解决方案。它的数据采用分布式存储,逻辑结构是兼具“时间顺序、前溯验证”特性的信息块组成的链式结构,每个信息块由一段时间内的交易集合加盖时间戳形成。它可以实现点对点交易、私密交易、可审计交易、智能交易,从而实现了建立在区块链信任基础上的无须中介的价值交换。

共享账本

区块链本质是分布式记账,对于发生的每笔交易的确认和区块的生成,系统中相关节点都参与了验证、协调和同步,从而保证了各节点账本的准确性和一致性。多个节点都保存完整的区块账本,交易前的风险识别和定价可以基于共享账本实现嵌入信用管理,交易撮合可以由各参与方基于共享账本自行完成,交易后实现快速结算,并省去对账和审查环节。

点对点交易

区块链实际上是用数学方法解决了点对点交易的信任问题。通过数字签名解决所有权信任问题,通过非对称加密解决信息真实性和完整性问题,通过UTXO结构设计解决价值转移过程信任溯源问题,通过智能合约解决信任强制自动化执行问题,并基于共识的数学方法在机器之间建立信任并完成信用创造,任何中介无法过滤或者延迟交易,最终保障点对点交易后共享账本中记录信息的真实性、客观性和不可篡改性。

私密交易

密码学中的哈希算法能够在不需要看到明文信息的情况下,验证某组信息是否被篡改过,这就实现了非交易节点在不知晓具体交易内容的情况下参与点对点交易验证的问题。并且,由于价值交换大部分属于商业往来,有交易路径、交易内容隐私保护的需要,区块链技术密码学设计实现了更精细颗粒度的隐私保护,为交易主体和业务内容的保护提供了更有针对性的保障,为真正实现价值交换提供了便利性、安全性和可操作性。

可审计交易

区块链的分布式特点,使多个节点都保留完整账本,单个节点试图对交易数据进行修改的操作都不能改变网络中其他节点的账本内容。并且区块链后续验证的链式结构设计使后来写入的区块依次不断强化了前面区块内容,进一步增强了不可篡改性,自动实现了实时审计,这就从技术上保障了价值交换过程的可追溯性。

智能交易

基于区块链技术的智能合约,不依赖第三方自动执行双方协议承诺的条款,具有预先设定后的不变性和加密安全性,它具有透明可信、自动执行和强制履约的特点。智能合约可以使网络中各对等节点进行自动交互并实现高效协作,无需向中介支付达成信任的成本,越来越多的商业逻辑通过智能合约的形式得以体现和表达,有利于实现更大范围、更低成本的新协同机制。

区块链技术底层的技术逻辑

区块链从单笔交易的发起、确认,到特定时间内所有交易集合的打包成块、达成全网共识,数学算法都作为一种规则和通讯工具,通过信息交互和确立信任,协调各节点之间的一致行动,实现对等网络的有序、持续运转。如果说区块链中各种巧妙、完美设计的规则是其灵魂,那么深深渗透其中的数学算法则是血液,从而支撑整个区块链体系信任机制的建立。

交易的发起和确认

交易的发起

单笔交易是整个区块链的基本元素,这里面主要包含价值输出方发起交易、其他节点验证交易两个动作。整个交易的信任完全是依赖非对称加密算法进行保证,非对称加密算法需要两个密钥:公钥和私钥。公钥与私钥是一对,如果用公钥对数据进行加密,只有用对应的私钥才能解密;如果用私钥对数据进行加密,那么只有用对应的公钥才能解密。

比如,现有付款人1->收款人2、付款人2(前一交易的收款人2)->收款人3两笔交易,付款人1->收款人2的交易为付款人2->收款人3交易的前序交易。付款人2用自己的私钥制作数字签名,即用前序交易中涉及到收款人2(自己)的信息Y(一般包括前序交易的唯一哈希值、收款人2的公钥地址哈希、收款人2在前序交易中的排序、收款人2收到的金额等信息)作为明文计算密文X。付款人2将X作为数字签名和自己的公钥地址附在交易中发给收款人3。(详见图1)

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交易的验证

付款人2到收款人3的交易发起后,各节点需要验证价值由付款人2发出以及价值可追溯到付款人1->收款人2的交易数据。

验证节点用付款人2提供的公钥地址解密数字签名X得到明文Y,并与区块链上记录的内容进行比对,验证付款人2提供的公钥地址是否由付款人2持有(付款人持有账户);同时,计算付款人2提供的公钥地址的哈希,继续与Y中的收款人2的公钥地址哈希进行比对,验证付款人2提供的公钥地址是否为前序交易的收款地址(付款人账户持有价值),进而验证发出的价值是否可追溯到付款人1->收款人2的交易。如两次比对一致,则付款人2->收款人3交易有效。

区块的打包和上链

区块的打包

在分布式网络下,为了降低记账成本并保证安全性,不是逐笔对交易进行全网共识进而上链,而是将一段时间内所有交易数据汇总打包成块,并通过竞争性记账规则确定上链。在区块打包过程中,数字摘要是重要的工具,它是将任意长度的消息变成固定长度的特定短消息,最后将一个区块内包含的所有信息概括为一个数字摘要,不同的原始消息会生成不同的摘要,但根据摘要无法逆推出原始消息。

区块由区块体和区块头组成,区块体包含了大量交易信息,每笔交易有唯一地哈希值代表,往上走通过把相邻的两个哈希值合并成一个字符串,然后运算这个字符串的哈希,这样得到了一个“父哈希”,同样的计算方式往上走,可以得到数目更少的新一级哈希,最终形成一棵倒挂的树,到了树根的这个位置,就剩下一个根哈希了,也就是Merkle根节点,它总结了所有的交易信息。

除了Merkle根节点,区块头还包括上一区块的头哈希值、时间戳、难度值和随机数,而头哈希是区块头五要素的哈希值。一个头哈希就可以总结整个区块所有交易信息、时间戳、前一区块头哈希、工作量证明等所有信息,任何信息的改变都将直接引起头哈希的变化。

区块的上链

区块打包完成后,通过共识机制解决了分布式账本结构下达成一致并抗攻击的问题,它解决了去中心化基础上的节点间互信问题,是保障区块链系统持续安全运行的关键。基于分布式网络中各节点的信任基础不同,可以分为工作量证明机制、拜占庭容错机制等,它们在节点进出进制、抗攻击性等方面各有优势。

以工作量证明机制为例来说明共识机制的原理。达成共识需要一定的标准和规则,达到标准就可以获取记账权,同时这个标准或者规则是不能低成本实现的,否则记账的权威性和安全性容易受到挑战。基于数学难度的计算工作量证明机制简单理解就是一份证明,用来确认你做过一定量的工作。因为监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等,也是通过检验结果的方式(通过相关的考试)所取得的证明。工作量证明解决了完全去中心化、节点自由进出的情况下,记账权的确认问题。

同时,工作量证明也保障了抗攻击性。多数人投票的最长链投入了最大的工作量,如果大多数CPU工作量被诚实的节点控制,诚实的链条会增长很快,从而超过其他的链。攻击者为了修改过去的块,必须重做当前块以及之后的所有块,并赶上并超过诚实节点的工作。当下一区块添加时,慢的攻击者赶超的可能性以指数级方式减少,从而抵御恶意攻击。

未来价值交换的实现要点

区块链网络里仍需要中介发挥作用。虽然区块链的技术优势有助于实现信任的去中介化,但是整个交易的组织、高水平的隐私保护、交易逆转和纠错的实现、根据各类业务编写标准化和个性化的智能合约以及市场运行的基本规范和监督等,继续需要第三方中介机构提供多种服务功能。

底层技术和应用场景相互作用和迭代,逐步演进和优化。区块链技术从比特币底层迁移至各类应用场景,需要对原技术底层进行相应的调整和完善,以更好地适用、便利应用场景的开发与延伸,同时不同应用场景的落地也对底层技术提出了新的可插拔性、标准性等要求。可以预见,未来区块链行业的引领者必然要有自己的底层技术平台,以在行业发展初期具有足够的调试与探索能力。

需要考虑区块链与身份识别、人工智能、大数据等新技术的结合。新的技术已经在信息搜集、辅助决策、风险管理等领域展现了巨大的应用前景,区块链技术在助力实现无中介价值交换的同时,要考虑如何与其他新技术融合以更好地解决身份确认与信用管理的问题,从而“一站式”解决新的价值交换形式所需要的各种支持。

需要复合型知识结构和背景的团队。在区块链时代,随着价值交换依托物理主体、底层技术环境的变化,交易主体知识结构的失衡等因素都影响到价值交换方式的设计和实现,甚至将难以完成系统性的工作。因此,由区块链、金融等领域的行业专家组成的复合型团队将有能力清晰定位价值交换领域最核心的问题,有实力运用区块链的前沿技术和创新性思维,创造性的构建基于各种价值及交换形式的业务逻辑和智能合约,从而切实提高区块链技术在价值交换领域的实用性和可操作性。

综上,区块链作为未来具有颠覆性潜力的技术,以数字化信任为核心思想,以密码学、算法、网络和AI为技术基础,并利用博弈论和经济学的激励、约束机制,通过身份识别、对等网络、共识算法、智能合约等技术形式,实现了共享账本、点对点交易、私密交易、可审计交易以及智能交易,通过各种终端形式连接用户,最终实现了信任层面的去中介化,从而保证了用户安全、便利和智能的点对点价值交换。

(张伟为清华大学副研究员、《清华金融评论》副主编,吕雯供职于北京联合天成价值网络科技有限公司。本文编辑/丁开艳)

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