央行发布工作论文：区块链能做什么、不能做什么？

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*本文作者徐忠、邹传伟，来自中国央行官网，原文标题《区块链能做什么、不能做什么？》*

摘要：本文从经济学角度研究了区块链的功能。首先，在给出区块链技术的经济学解释的基础上，归纳出目前主流区块链系统采取的“Token范式”，厘清与区块链有关的共识和信任这两个基础概念，并梳理智能合约的功能。其次，根据对区块链内Token的使用情况，梳理了目前区块链的主要应用方向，再讨论Token的特征、Token对区块链平台型项目的影响、区块链的治理功能以及区块链系统的性能和安全性等问题，最后总结并讨论区块链能做什么、不能做什么。
Abstract: This article studies blockchain's economic functions. First, by explaining blockchain technologies from an economic perspective, it introduces the Token Paradigm to summarize mainstream blockchain systems, discusses the true meaning of consensus and trust in the blockchain field, and analyzes the functions of smart contract. Next, it categorizes major blockchain applications according to how they use tokens and discusses relevant economic problems such as tokens' monetary features, tokens' impacts on platform projects, blockchain's governance functions, and the performance and security of blockchain systems.
一、引言

区块链最早作为比特币的底层技术由Nakamoto（2008）提出。但比特币的脚本语言缺乏图灵完备性2（Turingcompleteness），使用的UTXO（unspenttransactionoutput，未使用交易输出）模型难以支持复杂的状态操作。为此，Buterin（2013）提出了以太坊（Ethereum）。以太坊是一个基于账户模型的区块链系统，脚本语言具有图灵完备性，目标是实现Szabo（1994）提出的智能合约（smartcontract）并支持分布式应用（decentralizedapplication，简称是DApp）。随着2014年美国R3公司创立和2015年Linux基金会发起Hyperledger项目，区块链受到了越来越多主流机构的重视。比如，GoldmanSachs（2016）讨论了区块链在共享经济、智能电网、房地产保险、股票市场、回购市场、杠杆贷款交易以及反洗钱（anti-moneylaundering，简称是AML）和“了解你的客户”（knowyourcustomer，简称是KYC）中的应用。中国区块链技术和产业发展论坛2016年10月发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》讨论了区块链在金融服务、供应链管理、文化娱乐、智能制造、社会公益和教育就业等领域的应用场景。
2009年1月，比特币网络上线标志着区块链应用落地。但从那时至今近10年时间里，除了加密货币（cryptocurrency）发行和交易之外，区块链没有得到大规模应用。截至2018年10月31日，CoinMarketCap网站统计了全球范围内的2086个加密货币和15545个加密货币交易所，全体加密货币的市值约2035亿美元（其中比特币市值占比为54%），过去24小时交易量约106亿美元；但DappRadar网站统计了以太坊及其上1137个分布式应用，发现过去24小时活跃用户数只有12521人，其中只有2个分布式应用的24小时活跃用户数超过或接近1000人，而且比较活跃的分布式应用集中在游戏、博彩和加密资产交易等与实体经济关系不大的领域。普华永道会计师事务所2018年8月对15个国家的600名公司高管的调查发现，有84%的公司对区块链感兴趣，但52%的公司的区块链项目处于研发状态，10%的公司有区块链试点项目，只有15%的公司有正在运行的区块链项目。
区块链没能大规模应用的一个重要原因是物理性能不高（特别对公有链）。比如，比特币每秒钟最多支持6笔交易，而Paypal平均每秒钟能支持193笔交易，Visa平均每秒钟能支持1667笔交易。很多从业者和研究者讨论如何提高区块链物理性能，包括中继网络（relaynetwork）、分片（sharding）、增加区块大小、隔离见证（SegWit）、有向无环图结构（DAG）、跨链、侧链、状态通道（以比特币闪电网络为代表）以及压缩交易信息的技术（比如Mimblewimble）等。袁煜明和刘洋（2018）对这些方向做了全面介绍。提高区块链物理性能的另一个重要方向是改进共识算法（consensusalgorithm），特别是从工作量证明（proofofwork，简称是POW）转向权益证明（proofofstake，简称是POS）。袁勇等（2018）综述了常见的区块链共识算法。在一些应用场景中使用联盟链或私有链而非公有链，也是绕开区块链物理性能瓶颈的重要方面。
本文从经济学角度研究了区块链能做什么、不能做什么。即使将来区块链物理性能瓶颈得以缓解，本文研究一些经济学问题仍将存在。本文共分四部分。第一部分是引言。第二部分是对区块链技术的经济学解释，相当于用经济学语言“翻译”区块链技术。这一部分归纳出目前主流区块链系统采取的“Token范式”（Token在不同语境下有多种中文翻译，比如加密货币、加密资产、代币和通证等，为避免混淆或歧义，本文主要用Token而非其中文翻译），厘清与区块链有关的共识和信任这两个基础概念，并梳理智能合约的功能。第三部分研究区块链的经济功能。这一部分先梳理区块链的主要应用方向，再讨论Token类似货币的特征、Token对区块链平台型项目的影响、区块链的治理功能以及区块链系统的性能和安全性等问题。第四部分总结全文并讨论区块链能做什么、不能做什么。
二、对区块链技术的经济学解释区块链涉及计算机技术和经济学。

本部分对区块链技术给出经济学解释，辨析在与区块链有关的共识、信任和智能合约等方面的常见误解，为第三部分研究区块链的经济功能打下基础。
（一）区块链的Token范式
目前主流区块链系统，不管采取以比特币为代表的UTXO模型，还是以以太坊为代表的账户模型，也不管脚本语言是否具有图灵完备性或是否支持智能合约，都具有3个关键特征，可以归纳为“Token范式”：
第一，共识算法针对区块链内的Token。Token本质上是区块链内定义的状态变量，Token可以在区块链内不同地址之间转让，转让过程中Token总量不变（也就是在转出地址减少1个Token的同时，转入地址增加1个Token）。有些区块链系统限定了Token的总量上限，比特币就属于这种情况。
Token在区块链内不同地址之间转让时，Token的状态（指区块链内各地址内有多少Token）更新和交易确认同步发生。比如，Alice向Bob转了一笔比特币，这笔比特币交易被记入区块链的同时（也就是交易被打包进某一区块并接入区块链），Alice和Bob对应公钥的UTXO（可以理解为比特币区块链内的账户余额）同时更新。因此，Token被交易时，不会形成传统意义上的结算在途资金或结算风险。
第二，Token与智能合约之间有密不可分的联系。Token本身是智能合约的体现。比如，以以太坊ERC20为代表的Token合约规定Token的总量、发行规则、转让规则和销毁规则等一系列逻辑。Token合约管理着一系列状态，记录哪些地址有多少Token等账本信息。在Token合约的基础上，可以构建对Token执行复杂操作的智能合约。这些智能合约执行的结果主要是，Token的状态发生变更。本部分第三小节将分析智能合约的功能。
第三，按照是否与Token的状态和交易有关，区块链内的信息分成两类——有关系的和没有关系的，这两类信息在共识算法下有完全不一样的地位。节点在运行共识算法时，重点检验第一类信息是否符合预先定义的算法规则，第二类信息作为Token交易的附加信息写入区块链，节点不会检验这类信息的真实准确性。比如，比特币节点会检验随机数（nonce）是“挖矿”问题的解，以及区块中的交易在数据结构、语法规范性、输入输出和数字签名等方面符合预先定义的标准。但对比特币创世区块中的“TheTimes03/Jan/2009Chancelloronbrinkofsecondbailoutforbanks”，节点不会也没有能力验证这句话的真实准确性。
区分这两类信息是理解区块链共识范围的关键。区块链共识针对与Token的状态和交易等有关的信息。比如，比特币共识决定了截至某一区块，各地址对应的UTXO数量以及地址之间转让比特币的记录。而区块链内与Token的状态或交易等无关的信息基本不属于共识的范围。特别是，区块链外信息写入区块链内的机制，一般被称为预言机（oraclemechanism）。如果区块链外信息在源头和写入环节不能保证真实准确，写入区块链内只意味着信息不可篡改，没有提升信息的真实准确性。但区块链有助于解决数据登记追溯问题，登记在区块链内的数据有可追溯的主体身份签名并可用于事后审计，而且上链数据的不可篡改性也有助于控制操作风险。
（二）区块链内的共识和信任
共识（consensus）和去信任（trustless）是区块链两个非常重要的基础概念。这两个概念脱胎于计算机领域，很难在经济学上予以严格定义，却很容易被误解。比如，将共识等同于消除了信息不对称或实现了共同信念，将去信任等同于没有信用风险。
1.共识的界定
目前对区块链共识的讨论，涉及三种不同语境下的共识概念——机器共识、治理共识和市场共识，其中治理共识和市场共识可以称为“人的共识”。很多误解就源于混淆了这三类共识，或者泛化了共识的范围和性质。
第一，机器共识。机器共识属于分布式计算领域的问题，目标是在存在各种差错、恶意攻击以及可能不同步的对等式网络中（peer-to-peernetwork），并且在没有中央协调的情况下，确保分布式账本在不同网络节点上的备份文本是一致的（不是语义一致）。
对等式网络的节点（特别是负责生成和验证区块的节点）有诚实节点和恶意节点之分。诚实节点遵守预先定义的算法规则（主要是共识算法），能完美地发送和接收消息，但其行为完全是机械性的。恶意用户可以任意偏离算法规则。在一定限制条件下（比如比特币要求50%以上算力由诚实节点掌握），算法规则保证了机器共识的可行性、稳定性和安全性。机器共识的范围限于区块链内与Token的状态和交易等有关的信息。
第二，治理共识，指在群体治理中，群体成员发展并同意某一个对群体最有利的决策。比如，比特币社区关于“扩容”和分叉的讨论可以在治理共识框架下理解。治理共识的要素包括：1.不同的利益群体；2.一定治理结构和议事规则；3.相互冲突的利益或意见之间的调和折衷；4.对成员有普遍约束的群体决策。袁勇等（2018）指出，治理共识涉及人的主观价值判断，处理的是主观的多值共识，治理共识的参与者通过群体间协调和协作过程收敛到唯一意见，而此过程如果不收敛，就意味着治理共识的失败。
第三，市场共识。Token参与交易时（不管是不同Token之间交易，还是Token与区块链外资产或权利交易），就涉及市场共识。市场共识体现在市场交易形成的均衡价格中。
三类共识之间存在紧密而复杂的关系。机器共识是对等式网络的节点运行算法规则的产物，治理共识反映由人（包括网络节点的拥有者或控制着）来制定或修改算法规则的过程。市场共识受机器共识和治理共识的影响。比如，如果分布式账本的安全性没有保障（即机器共识失效），比特币的市场价格将受到毁灭性冲击。再比如，2017年比特币社区对“SegWit2x”的讨论（即引入隔离见证并将单个区块的大小从1M提升到2M），对当时比特币价格走势有明显的影响，就体现了治理共识对算法共识的影响。下文如无特别说明，讨论的均是机器共识。
2.去信任含义的辨析
去信任源于Token被交易时，Token的状态变更和交易确认同步发生这一安排。设想Alice以比特币向Bob买入某一货物。Alice向Bob支付比特币这一过程无需两人之间有任何了解，也无需受信任的第三方机构，就可以在区块链内有保障地进行。这是去信任的真正含义。但在交易的另一端，Alice如何确保Bob会按时向她交付合格的货物？只要做不到一手交比特币、一手交货，就存在不容忽视的交易对手信用风险。只有准确识别、评估信用风险并引入风险防范措施，很多交易才能进行。比如，在暗网交易中，交易平台通常设立第三方托管账户（escrowaccount）。买方先将比特币打入第三方托管账户，等收到商品并确认后，才通知交易平台将比特币转给卖方。如果没有第三方托管账目这个增信手段，比特币忠实拥趸之间的交易也会大幅减少。
因此，区块链内的去信任环境，不能简单外推到区块链外。一旦脱离Token交易等原生场景，区块链要解决现实中的信任问题，往往需要引入区块链外的可信中心机制予以辅助。
（三）智能合约的功能

智能合约是运行在区块链内、主要对Token进行复杂操作的计算机代码。目前区块链内有限的运行环境，使得这类代码远没达到智能阶段。甚至可以说，目前的智能合约，既不智能，也不是合约。这一小节针对“在一定触发条件下从A地址往B地址转X数量的Token”这一基本操作总结智能合约的功能。
第一，产权层面的功能。A地址和B地址可以属于账户或智能合约。地址中的Token具有产权含义。比如，如果A地址属于发行地址，那就对应着Token的产生（一级市场）；如果B地址属于销毁地址（即类似0x0000..0000的不对应着私钥的特殊地址），那就对应着Token的销毁；两个地址之间的Token转移，就对应着产权变更。
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