姚前：区块链共识机制、隐私安全、治理机制、跨链最新进展

雷锋网AI金融评论出版社：本文作者央行数字货币研究所所长姚谦，来自第一财经。 本文的主要内容包括对区块链优缺点的分析，以及针对共识机制、性能、隐私与安全、治理机制与跨链等不足之处的改进方案的理论与实践研究。链技术。

区块链是当今金融科技领域广泛讨论的热点话题。 近年来，对该技术的关注和研究呈爆发式增长趋势。 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。 区块链有望像互联网一样彻底重塑人类社会活动形态，实现从当前的信息互联网向价值互联网的转变。

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体系的核心支撑技术。 区块链技术的核心优势在于不再需要传统的中心化组织。 仅通过加密算法、共识机制、时间戳等技术手段，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，避免中心化机构在数据安全、协调效率和风险控制方面的通病。

区块链技术起源于2008年，从狭义上讲，区块链技术是一种不可篡改、不可伪造的去中心化数据结构，按时间顺序将数据块组合成特定的数据结构，并有密码学保证。 共享总账可以安全地在系统中存储简单、顺序和可验证的数据。 广义上，区块链技术通过加密技术对数据进行验证和存储，通过分布式共识算法对数据进行增删改查，通过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。 实施了新的多中心基础架构和分布式计算范例。

与传统技术相比，区块链具有以下四大优势：

区块链虽然具有以上优点，但也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。 但也正是因为早期区块链技术主要服务于比特币，在某些方面存在着明显的短板和不足。

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多，这对于普通电脑的存储来说是不小的负担。 如果单纯地增加区块大小来提高吞吐量，比特币很快就会变成只有少数大公司才能运行的系统，这违背了去中心化的初衷。 在比特币、以太坊等公链系统中，上述矛盾是系统设计面临的最大挑战。

在联盟链中，由于参与记账的节点是可选的和可控的，所以最弱节点的容量上限不会太低，可以通过资源投入来提升，进而更换共识算法和其他组件有针对性地最终获得全面的性能方位增强。 然而，作为智能合约基础的联盟链还有一个考验：智能合约在运行时，会相互调用，读写区块数据，因此交易处理的时机非常重要。 如果只能一个一个做，这会严重制约节点的处理能力。

其次，数据隐私和访问控制需要改进。 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，参与者不可能只获取特定的信息。 比特币通过隔离交易地址与地址持有者真实身份的联系来达到匿名的效果。 因此，虽然可以看到每条转账记录的发送方和接收方的地址，但无法对应到现实世界中的具体人物。 对于比特币，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服务，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，这些合约信息如何保存在区块链上，在不知道具体合约信息的情况下验证节点如何实现contract等，目前业界还没有成熟的方案。 这些问题在传统的信息系统中是不存在的。

三是治理机制有待完善。 公链社区探索了“硬分叉”、“软分叉”等升级机制，但仍存在问题有待观察。 由于公链无法“关停”，其漏洞修复也异常困难。 一旦出现问题，尤其是安全漏洞，将是非常致命的。

事实上，放宽去中心化的限制，可以解决很多问题。 例如，在联盟链这样的多中心系统中，通过关闭系统升级区块链底层，或者紧急干预、回滚数据等，都是必要时可用的手段。 这些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，未来在中心化和去中心化的两极之间将会出现新的领域。 各种区块链系统具有不同程度的去中心化，以满足不同场景的特定需求。

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，我们对区块链技术的局限性有了更深刻的认识。 在此基础上，我们针对区块链的一些不足提出了很多解决方案，主要集中在共识机制、性能、隐私安全、治理机制和跨链技术等方面。

首先看共识机制。 共识是各方就一项声明达成一致的过程或结果。 在博弈论中，每个人都知道的信息称为共享知识，只是共享知识的一个层次。 共同知识也要求每个人都知道别人也知道的信息，让每个人都知道别人知道并彼此认同。 以安徒生童话《皇帝的新衣》为例。 直到孩子说出真相，谁都知道皇帝是赤身裸体的。 但这是共享知识，而不是共享知识。

区块链技术可以通过信息广播、交易签名、投票等方式，巧妙地将共享知识转化为高层次的共同知识。 其中，节点签名和广播起到让别人知道我知道并认可该区块的作用，从而达成共识，获得共同知识。 在比特币中，其“最长链为全网有效链”的规则是一种常识。 矿工作为经济理性的人，利用这种常识来支持高层信念，猜测其他矿工的决策，最终形成纳什均衡。

后续研究认为中本聪原论文中的51%安全算力假设是有问题的。 自私挖矿策略的存在降低了比特币的理论安全门槛。 简单来说，自私挖矿就是挖出一个区块后，不再释放，而是继续挖。 如果挖到第二个区块，此时会释放。 如果在挖第二个区块的过程中广播了别人挖的其他区块，则立即广播你之前挖的区块。 根据理论计算，如果一个矿工拥有1/3的算力，自私挖矿对他自己是有利的。 因此，基于算力份额的大小，大小矿工的影响力不同，需要采用新的计算模型来解决博弈均衡点。

分布式系统共识算法的研究历史悠久，始于 20 世纪 80 年代。 Lamport提出的Paxos以及后来在此基础上发展起来的各种BFT拜占庭容错算法都属于这一类。 其核心是通过节点投票实现分配。 系统的状态一致性。 比特币则另辟蹊径，在技术之外叠加经济激励，利用共识机制保证系统状态的全局一致性。

经典共识机制的问题在于，一旦投票节点数量增加，其共识效率就会下降到无法使用的程度； Nakamoto 共识机制的问题在于它浪费了大量的能量并且需要很长时间来确认交易。

来自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，将中本聪共识和拜占庭容错共识有机地结合起来。 是一个新的突破方向，可以兼具优势，避免各自的不足。 该领域的研究仍在进行中。

技术改进的第二个领域是隐私和安全。 在公有链中，需要保护交易数据、地址、身份等敏感信息，同时让记账节点验证交易的合法性； 对于联盟链来说，在构建隐私保护方案的同时，需要考虑监管/授权追踪。 采用高效的零知识证明、承诺、证据不可区分等密码学原语和方案，实现交易身份和内容隐私保护； 基于环签名、群签名等密码方案的隐私保护机制，基于层次证书机制的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使用高效的同态加密方案或安全的多方计算方案来实现； 使用混币机制也可以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，其中最大的一次就是TheDAO被黑。 TheDAO 是一个由程序代码管理的自治风险投资基金，共筹集了 1200 万个 ETH。 黑客利用 TheDAO 智能合约的安全漏洞，从合约管理的 ETH 中提取了 360 万枚 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理意见不一，在这件事之后出现了两个以太坊区块链ETH和ETC。 坚持私有财产不能以任何理由被剥夺的人选择留在ETC。

TheDAO事件反映了两个问题：一是智能合约，尤其是公链智能合约的安全性非常重要。 出现漏洞或错误后，无法像集中式系统一样通过关闭系统集中升级来修复。 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。 目前该领域的研究热点是将以前在芯片设计或军事控制系统中使用的形式化验证方法应用到智能合约中，通过数学证明尽可能避免人为错误。

TheDAO事件还反映出另一个问题，即现有区块链缺乏完善的治理机制。 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，形成社区意见比特币底层使用的共识机制是，最终在区块链上面表达出来。 这些决定可能是不同的技术升级方案，也可能是像TheDAO这样的突发事件的处理，也可能是对区块链某些基础规则的调整。 如果没有治理机制，问题只能通过软分叉或硬分叉来解决，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重新出现，其中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被用来决定由谁来操作运行网络的超级节点，例如EOS、NEO、Lisk等系统中的Delegated Proof of Stake（DPOS）机制； 有时它们用于对协议参数进行投票，例如（如以太坊的 Gas limit）； 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，投票是自动完成的，也就是说，协议本身包含更改验证器集或更新其自身规则所需的所有逻辑，并且它会根据投票结果自动执行这些操作。

链上治理通常被认为具有以下主要优势。 首先，与比特币所信奉的高度保守的哲学不同，它可以快速发展并接受必要的技术改进。 其次，通过建立明确的权力下放框架，可以避免非正式治理的已知缺点，即人们认为非正式治理过于不稳定、容易出现链条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，从而改善协调和公平性，还可以加快决策速度。

但对代币投票机制的批评之一是，无论在哪里尝试这些机制，选民的参与度往往都很低。 低投票参与度提出了两个问题。 首先，投票很难获得法律承认，因为它只反映了一小部分人的意见。 其次，只持有一小部分代币的攻击者可以影响选票。

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。 就像直接写代码一样，一旦出现漏洞，利用起来更快更容易。 同时，链上治理使得普通节点运营者无需参与治理。 这使普通节点运营商不必做出任何决定，而只需遵循链上流程做出的决定。 那么当有财阀少数链上治理时，普通用户的利益就会不相容，这与公链的价值观是相悖的。 区块链属于大众，服务于大众利益。 这不是让加密货币大佬们变得更富有。 区块链不应该属于任何人，更不应该属于一小群超级富豪。 因此，有人反对链上治理。

总体而言，链上治理机制仍处于争论和探索过程中比特币底层使用的共识机制是，尚未形成统一意见，需要我们进一步关注和研究。

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，以满足不同区块链之间的资产转移、信息交换、应用协同。 目前，区块链技术复杂多样，相互之间还无法实现价值和数据的交换。 随着行业的发展，链与链之间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，必将降低区块链社区的活力，从而限制整个区块链网络和生态的发展。

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。 目前有三种技术模型：

值得一提的是，跨链技术也受到了部分央行的关注。 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。

总结

区块链技术的进步还有很多方面可以阐述。 鉴于时间紧迫，我先简单汇报一下。 如有不妥，敬请批评指正。 应该说，当前监管层面临的任务并不轻松。 面对不断发展的区块链技术，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，区块链是一项有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。 区块链技术有优点也有缺点，而且还在不断发展。 目前，区块链若要真正落地并支撑实际业务，在技术层面还需要很大的提升。

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十分重要的讲话。 他指出：“核心技术是国之重器，我们要下定决心，保持恒心，找准重心，加快推进信息领域核心技术。要实现突破，要围绕产业体系建设，在技术和产业政策上发力，遵循技术发展规律，进行系统技术布局，优中选优，在重点领域取得突破。” 习总书记的讲话可谓是语重心长、语重心长。 我们应该清醒地看到，区块链在我国的应用已经走过了弯路，所以易纲会长也指出，要充分发挥区块链技术的正能量，更好地为实体服务。 经济。 要认真贯彻落实实习总书记重要讲话精神，在核心关键技术上下功夫，不受制于人，同时促进区块链技术整个市场和生态环境的健康发展.