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區塊鏈的前世今生和未來

10月24日下午,中共中央政治局就“區塊鏈技術發展現狀和趨勢”進行第十八次集體學習。習近平總書記強調,我們要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口,明確主攻方向,加大投入力度,著力攻克一批關鍵核心技術,加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。

 

此消息一出,沉寂很久的“區塊鏈”重新成為資本市場關注度最高的詞匯。

 

區塊鏈是一項顛覆式發明,能夠在網絡中建立點對點之間可靠的信任,這帶來無限的遐想空間。那到底什么是區塊鏈,它有什么核心技術、延展技術,它的特點是什么,未來應用和商業模式在哪里?

 

今天,讓我們一起從區塊鏈的本質出發,看看區塊鏈的前世今生和未來。

 


 

區塊鏈的誕生,標志著人類開始構建真正可以信任的互聯網。區塊鏈最受人關注的點在于,能夠在網絡中建立點對點之間可靠的信任,使得價值傳遞過程去除了中介的干擾,既公開信息又保護隱私,既共同決策又保護個體權益,這種機制提高了價值交互的效率并降低了成本。

 

 

一、記賬方式的演變

 

   一)記賬貨幣

 

關于貨幣是什么的問題,在歷史上有兩種針鋒相對的學說。貨幣金屬論者認為貨幣與貴金屬等同,貨幣必須具有金屬內容和實質價值,貨幣的價值取決于貴金屬的價值。貨幣名目論者則否定貨幣的實質價值,認為貨幣只是一種符號,一種名目上的存在。隨著金本位制度的崩潰,目前世界上幾乎所有國家的貨幣都已是信用貨幣,這場爭論的結果也越來越清晰,貨幣名目論逐漸占據了統治地位。美國著名經濟學家米什金在《貨幣金融學》中對貨幣的定義為:“貨幣或貨幣供給是任何在支付商品、勞務或償還債務時被普遍接受的東西。”[1]

 

凱恩斯是貨幣名目論的典型代表,他在《貨幣論》中說:記賬貨幣可以承載債務、價格以及一般等價物,是貨幣理論中最為基本的概念。那些在交易現場作為便利的交易媒介而存在的物體會逐漸演變成貨幣,這是因為它們代表了一種持有一般購買力的方式。記賬貨幣是一種描述,而貨幣則是這種描述對應的事物。[2]

 

從紙質的信用貨幣發展到目前廣泛使用的電子貨幣,如信用卡、網上銀行、手機銀行等,進一步體現了記賬貨幣的特點——當你通過網銀給其他人轉賬的時候,沒有發生任何物理貨幣的轉移,只是銀行里記賬系統的賬務發生了變化而已。

 

   (二)區塊鏈的本質

 

區塊鏈的本質是一種去中心化的記賬系統,而比特幣正是這個系統上承載的“以數字形式存在”的貨幣。我們可以認為區塊鏈與比特幣之間的關系就是凱恩斯所說的記賬貨幣與貨幣之間的關系,也可以用菲利克斯·馬丁對貨幣的理解[3]來說明兩者的關系——比特幣只是記賬的表征,而區塊鏈就是其背后的一套由信用記錄以及信用記錄的清算構成的體系。

 

二、比特幣區塊鏈的誕生

 

從技術的角度看,區塊鏈就是比特幣的基礎架構及實現方式。沒有區塊鏈,就不會有比特幣。也就是說,我們談論比特幣的發明,與談論區塊鏈的發明是一回事。

 

   (一)中心化的記賬方式

 

因為賬本上的內容必須是唯一的,所以就導致記賬是一種天然的中心化的行為。在通信手段不發達的時代,這是必然的選擇;在如今的信息時代,中心化的記賬方式依然覆蓋了社會生活的方方面面。然而,中心化的記賬卻有一些顯而易見的弱點:一旦這個中心出現問題,如被篡改、被損壞,整個系統就會面臨危機乃至崩潰。

 

一個典型的例子是21世紀初的安然事件:這家美國能源巨頭2000年披露的營業額高達1010億美元,由于深陷會計假賬丑聞,于2001年轟然倒下。如果賬本系統承載的是整個貨幣體系,那么就會面臨中心管理者濫發的風險。歷史上,由于貨幣濫發造成惡性通貨膨脹的例子并不鮮見,甚至在當今世界仍然屢屢發生,比如津巴布韋。從1980年到2009年,津巴布韋共發行了4代津巴布韋元,無一不陷入惡性貶值。2008年11月,津巴布韋每天的通脹率高達98%。2015年,津巴布韋元失去了流通資格,當地只能以南非米特、印度盧比、歐元、日元、澳元、美元、人民幣等他國貨幣作為流通工具。

 

 

圖片來源:維基百科

 

所以,這種中心化的記賬方式對中心本身的能力、相應的監管法律和手段以及參與者對其的信任都有極高的要求。

 

   二)去中心化記賬的難題

 

那么,我們能不能構建一個不依賴任何中心或是第三方但卻可靠的記賬系統呢?如果可能,我們就可以克服中心化記賬的弱點。然而事實上,構建這樣的系統遠比想象中復雜。

 

從設計記賬系統的角度,要達成去中心化的目標,顯然需要具備以下兩個條件:

 

條件一:賬本數據的存儲必須是去中心化的,不能指定任何參與方擁有特殊的保存賬本的權力,或者說,我們需要讓所有參與方都平等地擁有保存賬本的權力。

 

條件二:記賬行為本身必須是去中心化的,不能指定任何參與方擁有特殊的記賬權力,或者說,我們需要讓所有參與方都平等地擁有記錄賬務數據的權力。

 

下面我們就來分析一下想同時達成以上兩個條件有多么困難。

 

我們先看第一個條件,這個并不復雜,我們只需要讓系統的每個參與方都能保存完整賬本即可。接下來,我們把第二個條件加入進來,這時候發現麻煩來了:在所有參與方都可以保存賬本的前提下,又讓所有參與方都擁有記賬的權力,必然會導致賬本數據的不一致。這個道理很淺顯:即使不考慮惡意的參與方,由于每個參與方所處的物理環境不同,因此接收到的賬務信息不可能是完全一致的。而作為一個記賬系統,數據的一致性是最基本要求,如果我們不能擁有一致的賬本數據,大家記的賬各不相同,那么整個記賬系統無疑會亂作一團,也就沒有任何價值了。

 

依據之前的分析,既然所有參與方同時記賬會導致混亂,那么為了保證數據的一致性,我們就不得不選擇讓某個特定參與方擁有存儲賬本的權力或是記賬的權力,然而這樣,就會至少與上面的兩個條件之一相違背……這似乎成了不可能解決的問題。

 

   (三)中本聰的天才發明:區塊鏈經濟系統

 

中本聰構造了一個極為精巧的系統,解決了這個看起來不可能完成的任務。這個系統被稱為“區塊鏈”。從字面意思上看,“區塊鏈”就是以“區塊”這個東西組成的鏈條。那么區塊是什么?我們可以先做一個形象的類比:如果區塊鏈是一個實物賬本,那么區塊就相當于賬本中的一頁,區塊中承載的信息就是這一頁上記載的交易內容。

 

那么,區塊鏈是靠怎樣的架構設計最終解決了去中心化記賬的難題呢?競爭記賬機制成為了解決問題的關鍵。

 

這里我們先引入一個稱為“節點”的概念。在當前的信息時代,負責記賬的自然是計算機,而在記賬系統中接入的每一臺計算機都可以稱作節點。

 

所謂的競爭記賬,就是以每個節點的計算能力(簡稱“算力”)來競爭記賬權的一種機制。在比特幣系統中,大約每十分鐘進行一輪算力競賽,競賽的勝利者獲得一次記賬的權力,即向區塊鏈這個總賬本寫入一個新區塊的權力。這樣,在一定時間內,只有競爭的勝利者才能完成一輪記賬并向其他節點同步新增賬本信息,這個過程就是區塊產生的過程。

 

這里要指出的是,算力只能決定贏得競爭的概率。為了便于理解,我們可以用彩票系統做一個形象的類比,算力高的節點相當于可以一次買很多張彩票的人,算力低的節點相當于一次只能買一張或是幾張彩票的人。在一輪開獎中,一次買很多張彩票的人只是中獎概率更大,卻并不是一定會中獎。

 

那么,算力競爭是如何做到的?又由誰有權判定競爭的結果呢?區塊鏈系統是通過一個稱為“工作量證明”(Proof Of Work, POW)的機制完成的。舉個形象的例子,比如要組裝一批玩具,早上起來我給了你一些零件,晚上回來便看到玩具擺在桌上,雖然我沒有從早到晚盯著你做玩具的過程,但我也能確定你確實做了這么多工作。這就是對工作量證明的簡單理解——通過一個(人人都可以驗證的)特定的結果,就能確認(競爭的)參與者完成了相應的工作量。關于POW的機制與實現細節會在下面的章節中詳述。

 

不過,算力競爭是要付出成本的,沒有激勵,節點就沒有進行競爭的動力。在中本聰的設計里,每輪競爭勝出并完成記賬的節點將可以獲得系統給予的一定數量的比特幣獎勵。[4]這個獎勵的過程同時也是比特幣的發行過程。[5]節點不停地進行計算,以期獲得系統發放的比特幣。這種設計相當巧妙——它將競爭記賬機制與貨幣的發行完美結合到一起,在引入競爭的同時,解決了去中心化貨幣系統中發行的難題。這個過程很像現實生活中黃金開采的過程,因此被人們形象地稱為“挖礦”。

 



 

 

 

最終,區塊鏈通過構造一個以競爭——記賬——獎勵為核心的經濟系統,解決了去中心化記賬的難題。在這個系統中,每一個節點只需要根據自身利益行事,出于“自私”的目的進行的競爭,最終造就了保護系統安全的龐大算力基礎,提升了系統的可靠性。比特幣借助區塊鏈打造了一個正向循環的經濟系統,使得其在沒有強大的中心化機構或組織推動的情況下,自然地生長出來并發展壯大。

 

三、當交易變得智能

 

在傳統的賬本中,賬上的數據僅僅是一種記錄。而在區塊鏈這個賬本上,這些數據則有了超越賬本的意義——它們是可編程的。

 

這是一個質的變化。由于區塊鏈的可編程屬性,使得區塊鏈上所能承載的就不僅僅是普通的交易,而是可以基于程序自動執行的智能交易。

 

   (一)腳本與多重簽名技術

 

比特幣區塊鏈上的交易可以通過腳本來實現。所謂腳本(Script),就是使用一種特定的描述性語言編寫的、可執行的計算機代碼。比特幣的腳本語言非常簡單,僅有256條指令,其中75個是被保留的,尚未被賦予任何含義。比特幣腳本中的指令與其他編程語言類似,包含基本的語法、邏輯,除此之外還包括一些加密指令,如哈希函數、簽名驗證等。

 

比特幣的多重簽名技術就是使用腳本實現可編程交易的一個典型例子。其基本原理是,在系統里創建一個由多個人共同管理的賬戶,只有達到事先約定數量的人的同意,才能動用該賬戶的錢,并且這個過程是由系統本身保障執行的,不需要任何第三方介入。

 

一般來說,一個比特幣地址對應一個私鑰,動用這個地址中的資金只需要該私鑰的掌握者單獨發起簽名即可。而多重簽名技術就是需要多個私鑰的共同簽名才能動用一筆資金。比如說,某筆資金對應3個私鑰,而必須至少有其中任意2個私鑰參與簽名才能動用,只有1個私鑰參與簽名是無效的。這個2/3可以推廣到任意的m/n,比如3/5、4/7、6/11等,當然m要小于等于n。

 

多重簽名技術有著廣泛的應用空間,一個最直觀的場景就是類似于支付寶的應用,賣家、買家和作為擔保的第三方可以構建一個多重簽名的交易,約定其中至少兩方取得一致才能決定資金的流向。其他容易想到的應用場景還有:更安全的在線錢包、共同財產、合伙經營、資金監管等。以上構想的場景都是比較簡單的,具體實踐中一定會有更加靈活豐富的形式。

 

   (二)智能合約

 

智能合約的理念可以追溯到1994年,幾乎與互聯網(World Wide Web)同時出現。密碼學家尼克·薩博(Nick Szabo)首次提出了“智能合約”這一術語。從本質上講,智能合約工作原理類似于計算機程序的條件執行語句。當一個預先編好的條件被觸發時,智能合約執行相應的合同條款。由于區塊鏈的可編程性,因此智能合約在區塊鏈和數字貨幣上的應用是水到渠成的事情。

 

舉一個簡單的例子,以西甲國家德比為例。假如你賭皇馬贏,下注一個比特幣,你的朋友賭巴薩贏,下同樣的注。比賽開始前,你和你的朋友將你們的比特幣發送到一個由智能合約控制的中立賬戶。比賽結束后,智能合約能夠根據比賽結果,自動地將相應的資金發送到贏家的賬戶。

 

再比如網上購物,如果你從網上買了某商品,但不想立即付款給賣家,希望等到發貨后再付款。這時你可以創建一個合約,這個合約可以自動查詢快遞的物流數據,當確認你購買的商品已經發出時,才給賣家發送貨款。

 

以上只是簡單的解釋和舉例,智能合約是計算機程序,所以很容易應用于其他需要的場景——增加更加細致的控制條件,完成更復雜的執行邏輯。這有點類似傳統的合同,我們也可以認為,智能合約就是把合同以代碼的形式搬到了區塊鏈上,但這就帶來了根本的區別:它不需要任何人監督合同的執行,訂立合同的雙方也無法在合同完成前單方面違約,一切都是按合同的約定自動執行的。相信隨著區塊鏈的普及和交易智能化的發展,它將會對未來的交易模式與商業結構帶來巨大的影響。

 

從具體的實踐來看,由于比特幣的腳本語言并不是圖靈完備[6]的,所以在擴展性上,比特幣區塊鏈目前所支持的資產定義和交易模式還比較有限。

 

因此,業內一些人開始嘗試開發不同于比特幣區塊鏈的、支持圖靈完備腳本語言的區塊鏈,以太坊(Ethereum)就是一個典型的例子。目前,以太坊上的代幣以太幣(ETH)的市值已經達到了比特幣的十分之一,成為全球市值排名第二的數字貨幣。

 

 

四、將區塊鏈連接起來

 

如果說共識機制與價值載體是區塊鏈內生能力得以擴展的關鍵,那么以側鏈技術為代表的、能夠將不同區塊鏈連接起來的技術,就是區塊鏈拓展外在結構的關鍵。

 

   (一)比特幣區塊鏈的局限

 

很多人說比特幣是目前區塊鏈最成功的應用,這么說有一定道理,但更貼合實際的說法是:由于在創造比特幣時,并沒有現成的、可以支持比特幣系統運行的底層技術架構,所以中本聰創造了區塊鏈。也就是說,中本聰創造區塊鏈的初衷是為了實現一個點對點的電子現金系統。因此,當我們對于區塊鏈的用途有更高的期待時,它的一些局限就體現出來了。

 

首先,比特幣區塊鏈的設計只考慮了比特幣的交易,本身并不支持定義其他資產,或是定義復雜的交易邏輯。如果要添加新功能,就要對系統進行升級,然而困難在于,對于比特幣這樣的完全去中心化的系統,任何改變都需要獲得社區的一致同意,以至于快速改變是異常困難的。

 

其次,大多數改變本身是不必要的甚至是無法達成的,因為更多的靈活性往往意味著復雜度的上升及隨之導致的穩定性的下降。考慮到現實需求的多樣性,甚至有些需求是相互沖突的,一條區塊鏈注定無法同時滿足所有的需求。

 

比特幣的上述局限直接導致了部分競爭幣的誕生,這些競爭幣采用了不同的區塊鏈,有著各自的特點和創新。但是,由于缺乏廣泛的共識與信任,絕大部分基于新區塊鏈的競爭幣并不擁有類似比特幣區塊鏈這樣在強大的算力保護下的穩定與安全,同時幣值的穩定性也普遍較差。更重要的是,數字資產不能在不同的區塊鏈間直接轉移,這導致了價值的孤島,正如同一個個不能互聯互通的“局域網”一樣。

 

   (二)側鏈技術

 

為方便數字資產在不同區塊鏈間互相轉移,側鏈(Sidechain)技術應運而生。簡單地說,側鏈就像是一條條通路,將不同的區塊鏈互相連接在一起,以實現區塊鏈的擴展。側鏈完全獨立于比特幣區塊鏈,但是這兩個賬本之間能夠“互相操作”,實現交互。

 

在側鏈技術的研究方面,Blockstream是較為領先的一個公司。2014年10月,以亞當·貝克[7]為首的開發團隊正式發布了側鏈白皮書;2015年6月,Blockstream宣布將為其側鏈項目發布一個開源代碼庫和測試環境。[8]

 

側鏈白皮書中提出了一種新技術——“楔入式側鏈”,通過它可以實現不同區塊鏈間資產的互相轉移。由于側鏈是獨立的系統,因此技術與理念上的創新不會受到主鏈的局限,即使出現創新失敗或者惡意攻擊,所受的損害也只限于側鏈本身。

 

本質上,區塊鏈是不同數字價值的載體,而側鏈技術則是連接不同區塊鏈的通路。現在還不能斷言最終成熟的側鏈技術形態,甚至我們也不知道未來真正大規模應用于區塊鏈間連接的技術是否會以“側鏈技術”的名義出現,但側鏈技術的理念及核心功能的發展與成熟是毋庸置疑的。

 

 

五、區塊鏈的特征與價值

 

區塊鏈技術具備5個基本特質:去中心化、開放性、自治性、信息不可篡改和匿名性。這5條基本特質構成了區塊鏈改造傳統應用場景的基石。在傳統系統的應用場景中,通常是一個中心化的數據庫,管理方負責系統管理,信息封閉且加密,管理方能夠通過技術手段修改數據庫內容,所有交易數據全部實名。可以看出兩者在關鍵性質上呈現出截然相反的表現,這也是區塊鏈能夠顛覆性解決問題的原因。

 

1. 去中心化:使用分布式核算和存儲,不存在中心化的硬件或管理機構,任意節點的權利和義務都是均等的。

 

2. 開放性:系統是開放的,除了交易各方的私有信息被加密外,區塊鏈的數據對所有人公開,因此整個系統信息高度透明。

 

3. 自治性:區塊鏈采用基于協商一致的規范和協議,使得整個系統中的所有節點能夠在去信任的環境自由安全的交換數據,使得對“人”的信任改成了對機器的信任,任何人為的干預不起作用。

 

4. 信息不可篡改:一旦信息經過驗證并添加至區塊鏈,就會永久的存儲起來,除非能夠同時控制住系統中超過 51%的節點,否則單個節點上對數據庫的修改是無效的。

 

5. 匿名性:由于節點之間的交換遵循固定的算法,其數據交互是無需信任的,因此交易對手無須通過公開身份的方式讓對方對自己產生信任。

 

由上述特質可以看出,區塊鏈能夠解決的根本問題是信用建立的高成本問題。通過去中心化的架構使得系統參與方共同維護一套以技術標準為約束制度的信用體系,這套信用體系無需人為參與,全部依靠技術手段,同時技術手段也能夠保障信用體系不被篡改和破壞。

 

因此傳統行業中凡是與信用和認證相關的場景,都能夠通過區塊鏈技術解決其經營過程中產生的經濟、時間、人力、風險等成本問題。

 

區塊鏈的特質能夠優化諸多行業的應用場景。

 

1. 金融:解決跨境支付的節點信任、交易和清算分離、保險合同管理及履約、證券發行、風險控制、征信數據等諸多問題。

 

2. 能源:解決能源在生產、銷售和購買過程中的信任問題,簡化整個交易流程,支撐能源物聯網的底層數據架構。

 

3. 知識產權及社會管理:解決版權、認證、食品商品溯源等場景中對于數據真偽辨別的問題。

 

4. 醫療:解決信息保存、共享和隱私保護等問題。

 

 

六、區塊鏈的商業模式與主流標準

 

   (一)區塊鏈的商業模式

 

區塊鏈作為底層技術可衍生出多種應用場景和產品形態,主要的商業模式有四種。

 

1. 加密貨幣投資:以比特幣為代表的加密貨幣由于其在全球范圍內的“流通性”、“安全性”、“低門檻”等因素,受到了大量個人投資者的追捧。加密貨幣的投資成為區塊鏈技術最主要的商業模式之一,因此大量的加密貨幣充斥了市場,也帶動了加密貨幣交易所、資訊媒體、礦機生產商、礦池組織等產業鏈環節的爆發式發展。但加密貨幣的支付功能推廣卻遇到瓶頸,Stripe[9]在2018年4月停止支持比特幣,主要原因是比特幣資產屬性的波動極大影響了貨幣屬性的交易。

 

2. ICO:ICO Token 由最初的應用屬性(以太坊、Ripple、玩客幣),逐漸衍生出權益屬性和債權屬性,因此從以 Token 收入支撐平臺運營的模式轉變為和Token持有者共同做大項目市值以獲取融資和投資回報的模式。ICO的優勢在于門檻低、流動性強、傳播能力強,劣勢在于項目質量參差不齊、欺詐風險高、政策風險也較大。

 

3. 區塊鏈技術服務:技術服務目前主要有項目開發、平臺服務和云服務等模式,主要目標是將區塊鏈技術應用于不同行業的各類場景,以改造原有場景的運行模式,這些公司是目前區塊鏈技術發展的核心力量,但其發展程度仍在初期階段,且商業模式相對傳統,但部分應用,例如供應鏈金融領域,技術公司能夠拿到交易額分傭。

 

4. 衍生應用產品:一方面,區塊鏈憑借不可篡改的特性,通過與應用場景的結合能夠產生加密貨幣以外的數字資產,例如與游戲、文化、情感類場景結合;另一方面,區塊鏈Token、代幣或積分的應用能夠吸引大眾參與,顯著提升眾籌類業務的推廣和運營效果。

 

(二)區塊鏈的主流組織和標準

 

在比特幣、以太坊等民間區塊鏈組織以外,科技企業和行業公司組成了眾多區塊鏈技術標準組織,加速技術在行業中的應用落地。目前金融機構和科技巨頭是最積極的參與方,他們的加入不僅帶來資本的支持,同時能夠提供多樣化的應用測試場景,同時部分國家和地區的政府金融機構也在積極進行區塊鏈技術研究和測試,推進技術的成熟度和標準化。

 



 

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參考文獻:


[1] Frederic Mishkin, The Economics of Money, Banking, and FinancialMarkets, seventh edition, P44.

[2]凱恩斯:《貨幣論》,P1。

[3] Felix Martin, Money: The Unauthorised Biography.

[4]只有在最長鏈上完成記賬的節點,才能最終獲得系統給予的比特幣獎勵。

[5]更準確地說,系統發放的獎勵包含兩部分,一部分是區塊所包含交易的手續費,這部分不屬于比特幣的發行過程;一部分是新幣獎勵,新幣獎勵每四年減半一次,是比特幣的發行過程。目前打包區塊獲得的獎勵以新幣獎勵為主。

[6]所謂圖靈完備,是指語言可以做到用圖靈機做到的所有事情,可以解決所有的可計算問題。圖靈不完備的語言常常是因為循環或遞歸受限,無法實現類似數組或列表的數據結構,這會導致能寫的程序有限。

[7]亞當·貝克是英國的密碼學專家,哈西現金的發明者,同時也是Blockstream公司的總裁。

[8]引用自https://elementsproject.org/。

[9] Stripe是美國知名的第三方支付平臺,他們在2014年成為第一家支持比特幣支付的第三方支付公司。

 

 


本文節選自《中冀研究》第12期-區塊鏈行業研究報告,作者:黎靜怡,為中冀投資原創內容。如需轉載,請通過微信后臺與我們取得聯系。

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