央行数字货币研究所所长姚谦：区块链技术特点及未来发展趋势

区块链是当今金融科技领域广泛讨论的热门话题。近年来，对该技术的关注和研究呈现出爆发式增长的趋势。有学者认为，这是继大型机、个人电脑、互联网、移动互联网之后计算范式的第五次颠覆性创新。区块链有望彻底重塑互联网一样的人类社会活动形态，实现从现在的信息互联网向价值互联网的转变。

一、区块链技术的概念、优缺点

区块链技术是以比特币为代表的数字加密货币系统的核心支撑技术。区块链技术的核心优势在于不再需要传统的中心化组织。只有通过加密算法、共识机制、时间戳等技术手段，才能在分布式系统中实现不依赖于某个信用中心的点对点交易。协调协作，从而避免中心化机构普遍存在的数据安全、协作效率和风控问题。

区块链技术起源于2008年，狭义上，区块链技术就是将数据块按时间顺序组合成链中特定的数据结构，并通过密码学保证不可篡改、不可伪造的去中心化共享账本，可以安全地存储可以在系统内验证的简单、连续的数据。广义的区块链技术使用加密技术验证和存储数据，使用分布式共识算法添加和更新数据，使用运行在区块链上的代码即智能合约来保证业务逻辑的自动执行。实施了一种新的多中心化基础设施和分布式计算范式。

与传统技术相比，区块链具有以下四大优势：

首先，不易篡改，更安全。在传统信息系统的安全方案中，安全依赖于防御层的访问控制。通过区块链技术，任何人都可以访问记录交易的数据库，但由于设计巧妙，并辅以密码学和共识机制，区块链的数据记录方式使得后续的所有数据记录都需要更改才能修改某个数据。极其困难。实践证明，这样的数据库可以保证市值千亿美元的比特币在全球黑客的攻击下稳定运行。

二是异构多活数字货币和区块链是什么关系，可靠性强。区块链的每个系统参与者都是一个远程多活节点，是一个天然的多活系统。如果一个节点遇到网络问题、硬件故障、软件错误或被黑客控制，不会影响系统和其他参与节点。区块链中的节点通过点对点通信协议进行交互。在通信协议一致的情况下，不同的节点可以使用不同的编程语言和不同版本的全节点来处理交易。由此产生的软件异构环境保证了即使某个版本的软件出现问题，区块链的整体网络也不会受到影响，这也是其高可用的基石。

第三是有智能合约和自动执行。智能合约具有透明、可信、自动执行和可执行的优点。尽管如此，自 1993 年 Nick Szabo 提出智能合约以来，智能合约一直停留在概念层面。重要的原因是长期没有支持可信代码运行的环境，无法实现自动执行。区块链首次让智能合约的想法成为现实。

第四是mesh直接协作机制，更加透明。区块链提供了一种与传统方式不同的方法，以点对点的方式连接参与者。参与者共同维护一个系统。参与者责任明确，无需将权利转让给第三方机构，对各方都有利。的合作。区块链作为信任机器，有望成为低成本、高效率的新型协作模式，形成范围更广、成本更低的新型协作机制。

区块链虽然具有上述优势，但也很好地实现了比特币预定的设计目标，支持比特币系统的正常运行。但也是因为早期区块链技术主要服务于比特币，在某些方面存在明显的不足和不足。

首先，性能和可扩展性不能满足要求。从目前的情况来看，区块链的性能问题主要表现在吞吐量和存储带宽远远不能满足整个社会的支付需求。同时，随着时间的推移，比特币积累的交易数据越来越大，对于普通电脑的存储来说是一个很大的负担。通过简单地增加区块大小来增加吞吐量，比特币将很快成为一个只有少数大公司可以运行的系统，违背了去中心化的目的。在比特币、以太坊等公链系统中，上述矛盾是系统设计的最大挑战。

在联盟链中，因为参与记账的节点是可选可控的，所以最弱节点的能力上限不会太低，可以通过资源投入提高，再通过共识算法和其他组件可以有针对性地更换。全方位性能提升。但是，作为智能合约基础的联盟链还有另一个挑战：智能合约在运行时会相互调用并读写区块数据，因此交易的处理顺序就显得尤为重要。如果只能一个一个地做，会严重限制节点的处理能力。

其次，需要改进数据隐私和访问控制。在现有的公链中，每个参与者都可以获得完整的数据备份，所有数据对参与者都是透明的，参与者不可能只获得特定的信息。比特币通过隔离交易地址与地址持有者真实身份之间的关系来实现匿名性。因此数字货币和区块链是什么关系，虽然可以看到每条转账记录的发送方和接收方地址，但无法对应现实世界中的特定人。对于比特币来说，这样的解决方案可能就足够了。但是，如果区块链需要承载更多的业务，比如注册实名资产，或者通过智能合约实现特定的借贷合约，如何将这些合约信息保存在区块链上，而验证节点不知道具体的合约信息合同如何执行等，目前业界还没有成熟的解决方案。这些问题在传统信息系统中是不存在的。

三是治理机制有待完善。公链社区已经探索了“硬分叉”、“软分叉”等升级机制，但剩下的问题还有待观察。由于公链无法“关闭”，其bug修复也极其困难。一旦出现问题，尤其是安全漏洞，将是致命的。

其实很多问题都可以通过放宽去中心化的约束来解决。比如在联盟链等多中心系统中，通过关闭系统升级区块链底层，或者紧急干预、数据回滚等，都是必要时可用的手段，有助于控制风险和纠正错误。对于常规的代码升级，通过代码和数据分离，结合多层智能合约结构，实现可控的智能合约替换。

近年来互联网的快速发展及其与物理世界的深度耦合和强烈反馈，从根本上改变了现代社会的生产、生活和管理决策方式。可以预见，未来中心化和去中心化两个极端之间会出现一个新的领域，各种区块链系统都有不同程度的去中心化，以满足不同场景的具体需求。

二、区块链技术最新理论与实践进展

随着社区的繁荣，研究的深入，不同应用的蓬勃发展，以及对区块链技术局限性的更深认识，在此基础上针对区块链的一些不足提出了很多解决方案主要关注共识机制、性能、隐私与安全、治理机制和跨链技术。

首先，我们来看看共识机制。共识是各方就某些声明达成一致的过程或结果。在博弈论中，大家都知道的信息称为共享知识，只是共享知识的一个层次。公知还要求每个人都知道其他人也知道的信息，让每个人都知道其他人都知道并且彼此认同。以安徒生的童话《皇帝的新装》为例，在孩子暴露真相之前，大家都知道皇帝是赤身裸体的。但这是常识，不是常识。

区块链技术可以通过信息广播、交易签名、投票等方式巧妙地将常识转化为高级常识。其中，节点签名和广播起到让别人知道我知道并批准该区块的作用，从而达成共识，获得公知。在比特币中，“最长的链是整个网络的有效链”的规则是一种常识，矿工利用这种常识来支持作为经济理性人的高层信念，对其他矿工的决策进行猜测，最后形成纳什均衡。

随后的研究表明，中本聪原始论文中 51% 的安全计算能力假设是有问题的。自私挖矿策略的存在使得比特币的理论安全门槛下降。简单来说，自私挖矿就是挖出一个区块后，不会被释放，而是会继续挖矿。如果找到第二个块，则此时将其释放。如果在挖第二个区块的过程中，其他人挖出的区块被广播，之前已经挖出的区块会立即被广播。经过理论计算，如果一个矿工有1/3的算力，自私挖矿对自己有利。因此，基于掌握的算力份额，大小矿工的影响是不同的，需要使用新的计算模型来解决博弈平衡点。

分布式系统共识算法的研究历史悠久。它始于 1980 年代。 Lamport提出的Paxos以及在此基础上开发的各种BFT拜占庭容错算法都属于这一类。投票以实现分布式系统中的状态一致性。比特币采取了不同的做法，在技术之外叠加经济激励，并使用共识机制来保证系统状态的全局一致性。

经典共识机制的问题是，一旦参与投票的节点数量增加，其共识效率会下降很多，无法使用；中本聪共识机制的问题是浪费大量精力，交易确认时间长。

康奈尔大学和麻省理工学院的研究人员提出了一种混合共识方案，将 Nakamoto 共识和 BFT 共识有机地结合在一起。这方面的研究仍在进行中。

技术改进的第二个领域是隐私和安全。在公链中，需要保护交易数据、地址、身份等敏感信息，同时允许记账节点验证交易的合法性；对于联盟链，在构建隐私保护方案时，需要考虑监管/授权跟踪。采用高效的零知识证明、承诺、不可区分的证据等密码原语和方案，可以实现对交易身份和内容的隐私保护；基于环签名和群签名等密码方案的隐私保护机制，以及分级证书机制。隐私保护机制也是可选方案；交易内容的隐私保护也可以通过高效的同态加密方案或安全的多方计算方案来实现；也可以通过混币机制实现简单的隐私保护。

自以太坊正式运营以来，发生了多起安全事件，其中最大的一次是 TheDAO 被黑。 TheDAO 是一个由程序代码管理的自主风险投资基金，已经筹集了 1200 万 ETH。黑客利用 TheDAO 智能合约中的一个安全漏洞，从合约管理的 ETH 中窃取了 360 万个 ETH。最终，以太坊基金会不得不分叉来解决这个问题。由于社区对分叉的处置方式存在不同意见，因此事件发生后出现了两条以太坊区块链 ETH 和 ETC。坚持不能以任何理由剥夺私有财产的人选择留在ETC。

DAO事件反映了两个问题：第一，智能合约的安全性，尤其是公链的智能合约非常重要。漏洞或错误发生后，无法像中心化系统一样通过关闭系统和集中升级的方式进行修复。 智能合约往往直接管理资金，一旦出现漏洞，将直接导致经济损失，因此需要更强的安全措施。目前该领域的研究重点是将芯片设计或军控系统中使用的形式化验证方法应用于智能合约，并通过数学证明的方式尽可能避免人为错误。

DAO 事件还反映出另一个问题，即现有区块链缺乏一套完整的治理机制。当社区面临重大决策事件时，如何通过一定的机制让社区参与进来，形成社区意见。在区块链上表达。这些决策可能是不同的技术升级提案，也可能是 TheDAO 等紧急处理，也可能是对区块链一些基本规则的调整。如果没有治理机制，问题只能通过软分叉或者硬分叉来解决，最终会导致混乱和分裂。

最近一个更有趣的趋势是链上治理机制的复苏，代币持有者投票作为多目标决策机制。代币持有者的投票有时用于决定谁来操作运行网络的超级节点，例如 EOS、NEO 和 Lisk 等系统中的委托权益证明（DPOS）机制；有时它们被用来对协议参数进行投票，例如（例如以太坊的gas cap）；有时用于投票或直接实现批量协议升级，例如 Tezos。在这些示例中，投票是自动的，也就是说，协议本身包含更改验证集或更新自己的规则所需的所有逻辑，并且它会根据投票结果自动发生。

链上治理通常被认为具有几个关键优势。首先，与比特币所提倡的高度保守的哲学不同，它可以迅速发展并接受必要的技术改进。其次，通过建立一个清晰的去中心化框架，可以避免非正式治理中的已知陷阱，人们认为这些陷阱太不稳定、容易发生链分裂或事实上过于集中。最后，链上治理有助于确保流程得到贯彻执行，从而提高协调性和公平性，并加快决策速度。

但是，代币投票机制受到批评的一件事是，无论在哪里尝试，选民参与度往往很低。投票参与度低引发了两个问题。首先，投票的合法性更难获得，因为它只反映了少数人的意见。其次，只持有一小部分代币的攻击者可以左右投票。

此外，一些人认为链上治理存在风险，因为元系统一旦建立就很难改变。与直接编写的代码一样，一旦存在缺陷，利用起来会更快、更容易。同时，链上治理使得普通节点运营者无需参与治理。这使得普通节点运营商无需做出任何决定，而只是遵循链上流程做出的决定。那么当少数人进行财阀式的链上治理时，普通用户的利益就会不相容，这与公链的价值观是背道而驰的。区块链属于公众，服务于公众利益。这不是让加密货币大佬变得更富有。没有人应该拥有区块链，更不用说一小群超级富豪了。因此，有人反对链上治理。

总的来说，链上治理机制还处于争议和探索过程中，还没有统一的意见，需要进一步关注和研究。

最后说一下跨链技术。跨链技术可以理解为连接各种区块链的桥梁，满足不同区块链之间的资产流动、信息交换和应用协作。目前，区块链技术纷繁复杂，各有各的派系，彼此之间还无法进行价值和数据的交换。随着行业的发展，链到链的互操作性变得越来越重要。如果跨链不解决，各大区块链都将成为孤岛，势必会降低区块链社区的活力，进而限制整个区块链网络和生态系统的发展。

跨链技术可应用于跨链资产转移、跨链原子交易、跨链数据共享、跨链合约执行、去中心化交易所等广泛场景。目前共有三种技术模型：

一个是公证人计划。这是一种集中式或基于多重签名的见证模式。主要特点是不关注跨链的结构和共识特性，而是引入可信第三方作为公证人，作为跨链操作的中介。一个有代表性的解决方案是 Interledger。

第二个是侧链/中继。侧链是锚定原链的链结构，但它不是原链的分叉，而是从原链的数据流中提取特定信息形成新的链结构，而中继是跨链链式结构。链式信息交互和传输通道。无论是侧链还是中继，功能都是从原链收集数据，起到监听器的作用。侧链和原链不能直接验证对面区块的状态，因为这样会形成循环，但是彼此只包含轻节点是可行的，相应的验证逻辑可以由链协议自己实现或申请合同。一般来说，主链不知道侧链的存在，侧链必须知道主链的存在。代表方案有BTC relay、RootStock、Polkadot等

三是哈希锁定技术。它为不同链之间的互操作性设置触发器，通常是要公开的随机数明文的哈希值。哈希值相当于转账密码，只有拿到密码的人才能拿到钱。同时，它还构建了两个退款（Redeem）合约，需要双重签名并有时间限制。其中一个关键的技术设计是，制作转账哈希码的人的退款合约比其他人的期限更长，从而保护了他的权利。一个代表方案是比特币闪电网络。

值得一提的是，跨链技术也受到了一些央行的关注。例如，日本央行与欧洲央行合作的Stella央行数字货币试点项目二期重点研究单链和跨链DVP解决方案。

三、总结

区块链技术的进步还有很多方面可以细说。鉴于时间有限，我将做一个简短的报告。如有不当之处，请批评指正。应该说，监管者面临的任务并不容易。面对不断演进的区块链技术，需要同时考虑相应的法律法规和技术标准，加强监管，防范风险。

综上所述，区块链是可能成为未来金融基础设施的新兴技术，对其进行深入研究才是我国金融科技工作的应有之义。区块链技术有利有弊，而且还在不断发展。目前，区块链要真正落地并支持实际业务，在技术层面还需要做大量的改进工作。

在刚刚召开的全国网络和信息化工作会议上，习近平总书记发表了非常重要的讲话，他指出：“核心技术是国家最重要的武器，我们要下定决心，保持锲而不舍，找到聚焦重点，加快推进信息化 突破领域核心技术，要以产业体系建设为重点，在科技产业政策上合力，顺应科技发展规律，进行系统的科技布局，优中选优，重点突破。”习总书记的讲话可以说是真诚的，我们应该清醒地看到，我国的区块链应用已经走了弯路，因此易纲总裁也指出，要充分发挥区块链的正能量要认真贯彻落实总书记重要讲话精神，在核心关键技术上下功夫，不被别人左右，同时促进整个市场和经济的健康发展。区块链技术生态环境。

（作者为中国人民银行数字货币研究所所长）