金濤、金超：區塊鏈技術在金融領域的實踐與展望

文/ 清華大學五道口金融學院助理教授、清華大學恆隆房地產研究中心貨幣與財政政策研究室主任金濤、時為清華大學五道口金融學院博士研究生金超

10月24日的中央政治局會議上習近平總書記要求把區塊鏈作為核心技術自主創新重要突破口，此次重磅會議給區塊鏈的應用帶來了更多實踐空間。習近平總書記要求我們努力讓我國在區塊鏈這個新興領域走在理論最前沿、佔據創新制高點、取得產業新優勢。

為理性猜想區塊鏈的未來，推動區塊鏈新興產業健康發展，《清華金融評論》自2016年4月開始就陸續刊發區塊鏈主題相關文章。同時，在2016年5月刊和2017年4月刊分別策劃了《數字貨幣與區塊鏈》、《區塊鏈重構金融？》兩期封面專題，對區塊鏈可能給金融行業帶來的影響進行了理性、謹慎又不失大膽的解析。這些文章討論的視角涉及密碼學、貨幣學、賬本學等等，見證了區塊鏈的應用是如何一步步延伸到數字金融、供應鏈管理、數字資產等領域。重讀這些文章可以更好的讀懂區塊鏈的發展脈絡。當然，秉承建言獻策的初心，我們也用很多的篇幅理性討論了尚未完全成熟的區塊鏈技術可能帶來的風險隱患，並對如何預防風險提出建議。

這些早幾年的理論探索建立在當時的認識及現實基礎上，今天讀來依然會給我們帶來諸多啟發，所以編輯部將從今天開始陸續重溫當初封面專題文章以及此前發佈的區塊鏈、數字金融、數字資產等相關文章，以和讀者共同思考進步，更好的踐行習近平總書記本次講話精神，讓區塊鏈的未來到來。

自比特幣面世以來，比特幣對區塊鏈及其相關技術的實踐已經進行了7年多。但比特幣並非區塊鏈技術唯一的實踐領域。本文詳細介紹了區塊鏈技術在金融領域的實踐。展望未來，本文認為，可將區塊鏈及相關技術應用於票據業務和同業業務，並將帶有數字貨幣激勵的區塊鏈技術跟雲計算技術結合。

自比特幣2009年面世以來，比特幣對區塊鏈及其相關技術的實踐已經進行了7年多。需要指出，比特幣並不是區塊鏈技術唯一的實踐，甚至加密貨幣也不是區塊鏈技術唯一可能的實踐。區塊鏈技術在任何需要支付結算的場合，都是可選的技術方案。比特幣及其他加密貨幣背後的理念，也不是區塊鏈技術支持的唯一意識形態。區塊鏈技術在金融行業具有廣闊的應用潛力。

區塊鏈技術是什麼

區塊鏈技術本質是一種分佈式數據庫技術。所謂的分佈式數據庫，指的是把數據分別存貯在通過互聯網相連的多臺計算機上，用戶可以通過整個互聯網訪問和修改數據的數據庫組織形式。分佈式數據庫的組織結構比起傳統的數據庫更為鬆散，相應地規模也更容易擴大。傳統數據庫往往建立在一組或數組服務器上，需要有專門的維護人員來維護。傳統數據庫的訪問速度受到機房光纖傳輸速度和服務器處理能力的限制，存儲能力受到服務器存儲能力的限制。而分佈式數據庫理論上可以通過整個互聯網來訪問任意鏡像，在訪問速度上受限更小。在存儲能力上，由於分佈式數據庫可以分塊存儲在任意臺計算機上，所以，要擴大數據庫規模，只需增加用於存儲數據的計算機數目即可，不需對已有的存儲單位（計算機）進行升級。打個比方：傳統的數據庫結構要提高訪問速度，增大存儲規模，需要做的工作就好比工業企業新建廠房，而分佈式數據庫完成這兩項任務就好比企業收購已有廠房。比起傳統的數據庫，分佈式數據庫建立鏡像的速度更快，數據規模理論上沒有上限。

可以設想，這種技術適合用來搭建訪問量大、數據規模增長快的數據庫。從這個方面來說，這種數據庫是存儲金融行業交易數據的一個可行選擇。也即，基於分佈式數據庫的記賬系統，或者說“分佈式記賬系統”，可以滿足金融業交易數據的存儲和訪問需求。目前，基於區塊鏈的分佈式記賬系統已經有了一些實踐，其中最主要的實踐是各類加密貨幣。一般來說，一個加密貨幣系統的基石是分佈式記賬系統和加密算法。前者保證用戶可以查證收到的電子貨幣的真偽，後者保證用戶的財產安全。一般來說，為了調動用戶貢獻自己的計算資源生成服務於整個網絡用戶的區塊的積極性，一個加密貨幣系統還會帶有一定的獎勵機制。獎勵機制可以是直接獎勵新生成的電子貨幣（在比特幣中，就是所謂“挖礦”收益），也可以是從交易中抽取佣金。

分佈式記賬系統有兩種可行的組織形式：一種是隻記錄交易，不記錄賬戶餘額；另一種是既記錄交易，也記錄賬戶餘額。兩種組織形式各有優劣。只記錄交易、不記錄賬戶餘額就是比特幣系統的組織形式。這種組織形式查詢餘額和確認交易時較慢，但可以被修改的記錄更少，在安全性和穩定性上更佳，同時也更節省存儲空間。既記錄交易、也記錄賬戶餘額的組織形式在查詢餘額時更快，但對存儲空間佔用更大，也為黑客攻擊留下了更多入口。兩種組織形式之間的取捨，取決於記賬系統的服務對象更看重服務的實時性還是計算機資源的佔用。

分佈式記賬系統使得發行“去中心化”的加密貨幣成為可能。只要約定貨幣發行的方式、公開相關的程序源代碼，並讓整個社區監督，就能確保貨幣的發行量不受單一個體或組織（所謂“中心”）意志的左右。當然，去中心化並不是加密貨幣的必要元素。如果由央行來控制加密貨幣的發行機制，加密貨幣也完全可以成為國家信用的載體。而區塊鏈技術則能為加密貨幣提供防偽機制，降低針對偽造貨幣的查處和執法成本。

比特幣的實踐

加密貨幣已有的實踐中，比特幣是開始得最早、交易量最大、故事也最多的一個。截至本文撰稿時為止，比特幣的區塊鏈上已經有超過39萬個區塊，每個比特幣的市場價格超過三百美元。比特幣作為最活躍的加密貨幣，幾個比特幣交易所的日交易額總和超過三百萬美元，每天用比特幣購買的服務和商品總價值則超過一億美元。而這還不是比特幣的上限。平均每10分鐘就有一個新的比特幣區塊出現，每個區塊最多可以處理約兩千筆交易。也就是說，比特幣系統每天可以處理大約三十萬筆交易，而目前每天實際發生的交易大約在二

比特幣的安全機制包括如下幾個設計：

不對稱加密

比特幣的不對稱加密依靠公鑰、私鑰和數字簽名以及聯繫三者的加密算法來保證用戶帳戶權限的安全性。私鑰只有用戶自己知道，只有使用私鑰才能從自己的賬戶上轉出比特幣。一個私鑰對應一個公鑰，後者所有人都可以知道。數字簽名是二者之間的中介。一對公鑰和私鑰經過加密算法，可以生成完全相同的數字簽名。而如果公鑰和私鑰不是一對，那麼生成的數字簽名並不相同。

假如用戶甲希望向用戶乙支付100個比特幣，甲會首先用自己的私鑰生成一個數字簽名，然後向全網發佈把100個比特幣支付給乙的公鑰的聲明。乙收到這個聲明後，可以通過不斷回溯這筆交易中使用的比特幣的來源來確定對方確實有財力支付自己100個比特幣。

完全回溯

比特幣唯一的初始來源是給予創建區塊的用戶的獎勵。由於比特幣區塊的內容是對全網公開的，所以，只要收到比特幣的用戶去追溯自己收到的比特幣的初始來源，就能確認自己收到的比特幣的真偽。一筆比特幣交易涉及至少一個轉出方的公鑰和至少一個被轉入方的公鑰。只要使用轉出方甲的公鑰，被轉入方乙就能查到甲收到這筆比特幣的交易，或者甲“挖”出這筆比特幣的記錄。如果甲轉給乙的比特幣是從丙處收到的，那麼乙也能繼續回溯，查到丙是從誰那收到比特幣，或者丙何時挖出比特幣。以此類推，如果乙收到的所有比特幣都為真，則乙可以回溯到這些比特幣是由誰何時挖到的。一旦乙通過回溯得知了自己收到的所有比特幣的來源真實可靠，那麼乙會向全網發出一條確認交易的聲明。這個聲明和甲的轉賬聲明一起構成一條被確認的交易。交易確認後，將進入待處理隊列，等待被納入某一區塊，永久被全網記錄下來。

計算競賽

由於比特幣的轉賬聲明是向全網發佈的，那麼理論上來說，全網所有安裝了比特幣客戶端的計算機都有可能處理這筆交易，將它納入自己生成的區塊。然而，一筆交易需要且僅需要出現在一個區塊中。這樣一來，需要有某種機制來確保一筆確認的交易只進入一個區塊。比特幣採取的機制是“計算競賽”。每個比特幣用戶都可以參與到計算競賽中。用戶需要把自己的公鑰和目前最新的區塊的相關信息代入某個迭代式中，不斷迭代，直到迭代結果滿足一定的條件，才會被認定為合法結果。具體要迭代多少步是隨機的。但用戶計算機的計算能力越強，統計上來看得出合法結果的速度就越快。第一個得出合法結果的用戶會處理全網中待處理的一部分交易（一般最多2000條），並生成一個新區塊，並得到一定數量的比特幣（目前是25個/區塊）作為獎勵。

通過計算競賽以及與之綁定的獎勵機制，比特幣系統能確保兩件事：

一是新區塊會不斷產生，所以每筆被確認的交易最終都將被某一個區塊記錄。

二是除非極罕見的情況發生，否則一筆交易僅會被一個區塊記錄。

而如果出現了極罕見的情況，一筆交易同時被兩個合法區塊記錄，那麼比特幣系統會等待這兩個區塊的後續區塊。哪個區塊的後續鏈條更長，哪個區塊所在的鏈條就被定義為“主鏈”，另一個區塊及其後續區塊所記載的交易就會失效。

比特幣的這三個設計在實踐中被證明足以防止諸如“51%攻擊”“一幣雙花”之類的攻擊。按照目前比特幣全網的計算能力估計，破解比特幣系統的花費在數億美元級別。由於比特幣的總市值目前僅數十億美元，很難想象攻擊比特幣系統在經濟上可以有利可圖。因此，如果僅就安全性考慮，比特幣系統可以算得上是一個成功的實踐。

比特幣的生態

由於比特幣的唯一來源是產生合法區塊，那麼利用自己的計算機參與計算競賽並獲得比特幣就是一種“生財之道”。參與計算競賽獲得比特幣的過程被形象地稱為“挖礦”，而參與計算競賽的個人則被稱為“礦工”。由於個人單打獨鬥創建合法區塊的概率太小，礦工們自發抱團，通過分佈式計算技術搭建“礦池”來共同“挖礦”，共享收益。所謂“礦池”即一種通過分佈式計算，把迭代工作分給多臺計算機同時運行，在迭代出合法解並創建合法區塊後將獲得的比特幣按照一定規則分配給參與計算工作的個人的網絡組織。“挖礦”運行方式十分類似於公募基金，只不過礦工加入“礦池”並不是直接投入金錢，而是投入花錢買來的計算機和電力。在“礦池”的推動下，專業化的“挖礦”設備——“礦機”——也取代個人計算機，成為挖礦的主流設備。“礦機”使用的計算芯片功能單一，只能用來計算比特幣內置的“計算競賽”題目。相比能承擔多種功能的個人計算機芯片，這種芯片的成本更低廉。但有人計算過，綜合目前“礦機”的零售價格、升級速度和電力價格，挖礦的淨利潤已經越來越薄，甚至有利潤轉負的趨勢。一臺“礦機”主要的利潤其實被製造商和銷售商瓜分了。

“礦池”替代個人礦工成為“挖礦”的主力是一個很有趣的社會學現象和政治學現象。“礦池”的出現和發展與原始人類抱團組合成部落、爭搶生存資源的行為並無二致。目前，比特幣社區還是一個無政府但是有部落（“礦池”）的“原始社會”，但可以預見，如果其自行發展，不久就會出現許多類近現代國家的政治現象。目前，比特幣社區已經出現了黨爭。其開發團隊分裂，其中一個團隊致力於擴大比特幣系統的承載能力，開發新的比特幣系統。而多數派目前仍支持使用當前的比特幣系統。同時，中國三大“礦池”的計算能力之和超過全網的50%這一事實也引起了其他國家比特幣用戶的不滿。對中國礦池富含陰謀論色彩的指摘在英語網絡社區中隨處可見。比特幣社區由一個完整社區分裂成數個小社區並非不可能。如果比特幣社區的演化一直進行下去，我們或許可以看見類似民族國家的比特幣小社區，乃至小社區之間以黑客技術為武器的網絡戰爭。

目前，由於使用比特幣支付的交易頻次越來越高，比特幣系統的設計負載上限被頻繁迫近，隨之而來的是用戶體驗的下降和交易費用的攀升。一些比特幣開發人員認為，在不遠的將來，比特幣的交易費用很可能超過信用卡的交易費用。屆時，考慮到比特幣也有匯率風險，比特幣的比較優勢就僅剩迴避監管這一項了。

比特幣被濫用

比特幣的所有權無法直接追溯到自然人或法人，只能追溯到公鑰，因此比特幣成為了灰色交易偏好的支付方式。建立在深網上的交易平臺“絲綢之路”以只接受比特幣聞名，受到了不法分子的歡迎。建立於2011年的“絲綢之路”網站上，充斥著毒品、色情產品和軍火的交易。截止到2013年被查封時，該網站的交易額保守估計超過了10億美元。而其創始人通過收取交易手續費，也斂財數百萬美元。

“絲綢之路”網站所承載的灰色交易很可能只是比特幣支持的灰色交易的冰山一角。畢竟，在比特幣出現之前，不法分子也能找到各色各樣的方式進行非法交易。有了比特幣後，不法分子有了更便利的、不受監管的支付手段。而且比特幣交易所的存在使通過不法交易獲取的比特幣可以輕易提現成美元。相比需要檢驗真偽、變現較難的鑽石，比特幣對於不法分子而言可能是更好的支付手段。

著名的“比特幣錢包”軟件服務商blockchain.com也提供名為“分享貨幣”的洗幣服務。這項服務的原理是一筆比特幣轉賬可以有多個轉出方和多個轉入方。通過將購買洗幣服務者的公鑰混雜在多個公鑰中，同時向多個私鑰轉賬——其中只有一個私鑰是真實接收方——可以使一筆比特幣轉賬的追查難度提升數百倍。如果多做幾次這種多對多的轉賬，追查起來將十分困難。該服務商稱這項服務旨在保證“用戶隱私”，其最低檔次的手續費率為0.35%。不法分子可以通過使用這項服務，使自己和交易對手更難以被通過比特幣交易記錄追查到。

區塊鏈技術在金融領域的應用展望

比特幣的實踐表明，運用區塊鏈技術和加密算法搭建的分佈式記賬系統，足以形成一個去中心化的信任體系。在這個體系中，由於每筆合法轉賬的標的物都能追溯到最初來源，即使沒有一個類似央行的、代表國家信用的機構，用戶之間也能通過完全回溯機制確保自己沒有收到偽造的標的物，交易對手也沒有透支行為。同時，比特幣的“計算競賽”機制和相應的激勵機制也被證明是成功的。我們認為，比特幣的這兩個設計或許能啟發我們搭建能帶來社會效率改進的金融創新。

票據業務和同業業務

票據業務的操作風險和道德風險是最近熱議的話題。近年來出現的“票據中介”業務正是利用票據交易記錄的不透明性，將已做買入返售的票據重複賣出，套取銀行資金牟利的行為。如果使用區塊鏈技術為銀行的票據業務搭建一套電子平臺，那麼收到票據的銀行就可以應用區塊鏈技術中的回溯功能查驗票據的真偽，以及票據是否已被另一家銀行買入，從而有效杜絕不法分子利用票據非法套取資金的活動。

更進一步，同業業務也可以使用基於區塊鏈搭建的電子平臺。這樣一來，以同業業務作為通道的各類非標業務也可以有效地追溯風險來源，明晰風險分擔。

可以設想，將區塊鏈及相關技術應用於票據業務和同業業務這兩類相對難以監管的業務，既能幫助銀行等機構更有效地識別風險，也能降低這兩類業務的監管難度，促進這兩類業務健康發展。

數字貨幣與雲計算

目前活躍的加密貨幣，其系統結構都和比特幣類似，都包含不對稱加密、完全回溯和計算競賽三類機制。目前比特幣使用的計算競賽機制，在比特幣之外，並不產出什麼有價值的結果。我們可以用有價值的計算任務代替無產出的迭代計算，並給予參與計算的個人以數字貨幣獎勵，從而幫助科研院所將大規模計算任務用雲計算技術外包，以較低的成本突破計算能力對科研活動的約束。

目前，微軟公司已經與中國國內高校合作，在醫學影像分析、全球氣候變化研究、黑河生態水文系統研究等項目上使用了雲計算技術。如果能將帶數字貨幣激勵的區塊鏈技術和雲計算技術結合，有助於更大規模地開發利用個人計算機的閒置計算能力，助力國家科研體系的建設。

本文刊發於《清華金融評論》2016年9月刊，編輯：謝松燕

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