文/ 清华大学五道口金融学院助理教授、清华大学恒隆房地产研究中心货币与财政政策研究室主任 金涛、清华大学五道口金融学院2014级博士研究生金超

自比特币面世以来，比特币对区块链及其相关技术的实践已经进行了7年多。但比特币并非区块链技术唯一的实践领域。本文详细介绍了区块链技术在金融领域的实践。展望未来，本文认为，可将区块链及相关技术应用于票据业务和同业业务，并将带有数字货币激励的区块链技术跟云计算技术结合。

自比特币2009年面世以来，比特币对区块链及其相关技术的实践已经进行了7年多。需要指出，比特币并不是区块链技术唯一的实践，甚至加密货币也不是区块链技术唯一可能的实践。区块链技术在任何需要支付结算的场合，都是可选的技术方案。比特币及其他加密货币背后的理念，也不是区块链技术支持的唯一意识形态。区块链技术在金融行业具有广阔的应用潜力。

区块链技术是什么

区块链技术本质是一种分布式数据库技术。所谓的分布式数据库，指的是把数据分别存贮在通过互联网相连的多台计算机上，用户可以通过整个互联网访问和修改数据的数据库组织形式。分布式数据库的组织结构比起传统的数据库更为松散，相应地规模也更容易扩大。传统数据库往往建立在一组或数组服务器上，需要有专门的维护人员来维护。传统数据库的访问速度受到机房光纤传输速度和服务器处理能力的限制，存储能力受到服务器存储能力的限制。而分布式数据库理论上可以通过整个互联网来访问任意镜像，在访问速度上受限更小。在存储能力上，由于分布式数据库可以分块存储在任意台计算机上，所以，要扩大数据库规模，只需增加用于存储数据的计算机数目即可，不需对已有的存储单位（计算机）进行升级。打个比方：传统的数据库结构要提高访问速度，增大存储规模，需要做的工作就好比工业企业新建厂房，而分布式数据库完成这两项任务就好比企业收购已有厂房。比起传统的数据库，分布式数据库建立镜像的速度更快，数据规模理论上没有上限。

可以设想，这种技术适合用来搭建访问量大、数据规模增长快的数据库。从这个方面来说，这种数据库是存储金融行业交易数据的一个可行选择。也即，基于分布式数据库的记账系统，或者说“分布式记账系统”，可以满足金融业交易数据的存储和访问需求。目前，基于区块链的分布式记账系统已经有了一些实践，其中最主要的实践是各类加密货币。一般来说，一个加密货币系统的基石是分布式记账系统和加密算法。前者保证用户可以查证收到的电子货币的真伪，后者保证用户的财产安全。一般来说，为了调动用户贡献自己的计算资源生成服务于整个网络用户的区块的积极性，一个加密货币系统还会带有一定的奖励机制。奖励机制可以是直接奖励新生成的电子货币（在比特币中，就是所谓“挖矿”收益），也可以是从交易中抽取佣金。

分布式记账系统有两种可行的组织形式：一种是只记录交易，不记录账户余额；另一种是既记录交易，也记录账户余额。两种组织形式各有优劣。只记录交易、不记录账户余额就是比特币系统的组织形式。这种组织形式查询余额和确认交易时较慢，但可以被修改的记录更少，在安全性和稳定性上更佳，同时也更节省存储空间。既记录交易、也记录账户余额的组织形式在查询余额时更快，但对存储空间占用更大，也为黑客攻击留下了更多入口。两种组织形式之间的取舍，取决于记账系统的服务对象更看重服务的实时性还是计算机资源的占用。

分布式记账系统使得发行“去中心化”的加密货币成为可能。只要约定货币发行的方式、公开相关的程序源代码，并让整个社区监督，就能确保货币的发行量不受单一个体或组织（所谓“中心”）意志的左右。当然，去中心化并不是加密货币的必要元素。如果由央行来控制加密货币的发行机制，加密货币也完全可以成为国家信用的载体。而区块链技术则能为加密货币提供防伪机制，降低针对伪造货币的查处和执法成本。

比特币的实践

加密货币已有的实践中，比特币是开始得最早、交易量最大、故事也最多的一个。截至本文撰稿时为止，比特币的区块链上已经有超过39万个区块，每个比特币的市场价格超过三百美元。比特币作为最活跃的加密货币，几个比特币交易所的日交易额总和超过三百万美元，每天用比特币购买的服务和商品总价值则超过一亿美元。而这还不是比特币的上限。平均每10分钟就有一个新的比特币区块出现，每个区块最多可以处理约两千笔交易。也就是说，比特币系统每天可以处理大约三十万笔交易，而目前每天实际发生的交易大约在二十万笔上下。可以想象，目前比特币系统的设置可以承载每天三亿美元的资金流动。而这三亿美元的资金流动，是在物理地址遍布全球的分布式数据库中进行的。任何单一国家都难以监管经由比特币系统流动的财富。同时，目前的交易费用也低于信用卡公司的交易费用。那么，如果通过比特币系统进行支付是安全的，比特币无疑将成为一个有吸引力的支付工具。

比特币的安全机制包括如下几个设计：

不对称加密

比特币的不对称加密依靠公钥、私钥和数字签名以及联系三者的加密算法来保证用户帐户权限的安全性。私钥只有用户自己知道，只有使用私钥才能从自己的账户上转出比特币。一个私钥对应一个公钥，后者所有人都可以知道。数字签名是二者之间的中介。一对公钥和私钥经过加密算法，可以生成完全相同的数字签名。而如果公钥和私钥不是一对，那么生成的数字签名并不相同。

假如用户甲希望向用户乙支付100个比特币，甲会首先用自己的私钥生成一个数字签名，然后向全网发布把100个比特币支付给乙的公钥的声明。乙收到这个声明后，可以通过不断回溯这笔交易中使用的比特币的来源来确定对方确实有财力支付自己100个比特币。

完全回溯

比特币唯一的初始来源是给予创建区块的用户的奖励。由于比特币区块的内容是对全网公开的，所以，只要收到比特币的用户去追溯自己收到的比特币的初始来源，就能确认自己收到的比特币的真伪。一笔比特币交易涉及至少一个转出方的公钥和至少一个被转入方的公钥。只要使用转出方甲的公钥，被转入方乙就能查到甲收到这笔比特币的交易，或者甲“挖”出这笔比特币的记录。如果甲转给乙的比特币是从丙处收到的，那么乙也能继续回溯，查到丙是从谁那收到比特币，或者丙何时挖出比特币。以此类推，如果乙收到的所有比特币都为真，则乙可以回溯到这些比特币是由谁何时挖到的。一旦乙通过回溯得知了自己收到的所有比特币的来源真实可靠，那么乙会向全网发出一条确认交易的声明。这个声明和甲的转账声明一起构成一条被确认的交易。交易确认后，将进入待处理队列，等待被纳入某一区块，永久被全网记录下来。

计算竞赛

由于比特币的转账声明是向全网发布的，那么理论上来说，全网所有安装了比特币客户端的计算机都有可能处理这笔交易，将它纳入自己生成的区块。然而，一笔交易需要且仅需要出现在一个区块中。这样一来，需要有某种机制来确保一笔确认的交易只进入一个区块。比特币采取的机制是“计算竞赛”。每个比特币用户都可以参与到计算竞赛中。用户需要把自己的公钥和目前最新的区块的相关信息代入某个迭代式中，不断迭代，直到迭代结果满足一定的条件，才会被认定为合法结果。具体要迭代多少步是随机的。但用户计算机的计算能力越强，统计上来看得出合法结果的速度就越快。第一个得出合法结果的用户会处理全网中待处理的一部分交易（一般最多2000条），并生成一个新区块，并得到一定数量的比特币（目前是25个/区块）作为奖励。

通过计算竞赛以及与之绑定的奖励机制，比特币系统能确保两件事：

1.新区块会不断产生，所以每笔被确认的交易最终都将被某一个区块记录。

2.除非极罕见的情况发生，否则一笔交易仅会被一个区块记录。

而如果出现了极罕见的情况，一笔交易同时被两个合法区块记录，那么比特币系统会等待这两个区块的后续区块。哪个区块的后续链条更长，哪个区块所在的链条就被定义为“主链”，另一个区块及其后续区块所记载的交易就会失效。

比特币的这三个设计在实践中被证明足以防止诸如“51%攻击”“一币双花”之类的攻击。按照目前比特币全网的计算能力估计，破解比特币系统的花费在数亿美元级别。由于比特币的总市值目前仅数十亿美元，很难想象攻击比特币系统在经济上可以有利可图。因此，如果仅就安全性考虑，比特币系统可以算得上是一个成功的实践。

比特币的生态

由于比特币的唯一来源是产生合法区块，那么利用自己的计算机参与计算竞赛并获得比特币就是一种“生财之道”。参与计算竞赛获得比特币的过程被形象地称为“挖矿”，而参与计算竞赛的个人则被称为“矿工”。由于个人单打独斗创建合法区块的概率太小，矿工们自发抱团，通过分布式计算技术搭建“矿池”来共同“挖矿”，共享收益。所谓“矿池”即一种通过分布式计算，把迭代工作分给多台计算机同时运行，在迭代出合法解并创建合法区块后将获得的比特币按照一定规则分配给参与计算工作的个人的网络组织。“挖矿”运行方式十分类似于公募基金，只不过矿工加入“矿池”并不是直接投入金钱，而是投入花钱买来的计算机和电力。在“矿池”的推动下，专业化的“挖矿”设备——“矿机”——也取代个人计算机，成为挖矿的主流设备。“矿机”使用的计算芯片功能单一，只能用来计算比特币内置的“计算竞赛”题目。相比能承担多种功能的个人计算机芯片，这种芯片的成本更低廉。但有人计算过，综合目前“矿机”的零售价格、升级速度和电力价格，挖矿的净利润已经越来越薄，甚至有利润转负的趋势。一台“矿机”主要的利润其实被制造商和销售商瓜分了。

“矿池”替代个人矿工成为“挖矿”的主力是一个很有趣的社会学现象和政治学现象。“矿池”的出现和发展与原始人类抱团组合成部落、争抢生存资源的行为并无二致。目前，比特币社区还是一个无政府但是有部落（“矿池”）的“原始社会”，但可以预见，如果其自行发展，不久就会出现许多类近现代国家的政治现象。目前，比特币社区已经出现了党争。其开发团队分裂，其中一个团队致力于扩大比特币系统的承载能力，开发新的比特币系统。而多数派目前仍支持使用当前的比特币系统。同时，中国三大“矿池”的计算能力之和超过全网的50%这一事实也引起了其他国家比特币用户的不满。对中国矿池富含阴谋论色彩的指摘在英语网络社区中随处可见。比特币社区由一个完整社区分裂成数个小社区并非不可能。如果比特币社区的演化一直进行下去，我们或许可以看见类似民族国家的比特币小社区，乃至小社区之间以黑客技术为武器的网络战争。

目前，由于使用比特币支付的交易频次越来越高，比特币系统的设计负载上限被频繁迫近，随之而来的是用户体验的下降和交易费用的攀升。一些比特币开发人员认为，在不远的将来，比特币的交易费用很可能超过信用卡的交易费用。届时，考虑到比特币也有汇率风险，比特币的比较优势就仅剩回避监管这一项了。

比特币被滥用

比特币的所有权无法直接追溯到自然人或法人，只能追溯到公钥，因此比特币成为了灰色交易偏好的支付方式。建立在深网上的交易平台“丝绸之路”以只接受比特币闻名，受到了不法分子的欢迎。建立于2011年的“丝绸之路”网站上，充斥着毒品、色情产品和军火的交易。截止到2013年被查封时，该网站的交易额保守估计超过了10亿美元。而其创始人通过收取交易手续费，也敛财数百万美元。

“丝绸之路”网站所承载的灰色交易很可能只是比特币支持的灰色交易的冰山一角。毕竟，在比特币出现之前，不法分子也能找到各色各样的方式进行非法交易。有了比特币后，不法分子有了更便利的、不受监管的支付手段。而且比特币交易所的存在使通过不法交易获取的比特币可以轻易提现成美元。相比需要检验真伪、变现较难的钻石，比特币对于不法分子而言可能是更好的支付手段。

著名的“比特币钱包”软件服务商blockchain.com也提供名为“分享货币”的洗币服务。这项服务的原理是一笔比特币转账可以有多个转出方和多个转入方。通过将购买洗币服务者的公钥混杂在多个公钥中，同时向多个私钥转账——其中只有一个私钥是真实接收方——可以使一笔比特币转账的追查难度提升数百倍。如果多做几次这种多对多的转账，追查起来将十分困难。该服务商称这项服务旨在保证“用户隐私”，其最低档次的手续费率为0.35%。不法分子可以通过使用这项服务，使自己和交易对手更难以被通过比特币交易记录追查到。

区块链技术在金融领域的应用展望

比特币的实践表明，运用区块链技术和加密算法搭建的分布式记账系统，足以形成一个去中心化的信任体系。在这个体系中，由于每笔合法转账的标的物都能追溯到最初来源，即使没有一个类似央行的、代表国家信用的机构，用户之间也能通过完全回溯机制确保自己没有收到伪造的标的物，交易对手也没有透支行为。同时，比特币的“计算竞赛”机制和相应的激励机制也被证明是成功的。我们认为，比特币的这两个设计或许能启发我们搭建能带来社会效率改进的金融创新。

票据业务和同业业务

票据业务的操作风险和道德风险是最近热议的话题。近年来出现的“票据中介”业务正是利用票据交易记录的不透明性，将已做买入返售的票据重复卖出，套取银行资金牟利的行为。如果使用区块链技术为银行的票据业务搭建一套电子平台，那么收到票据的银行就可以应用区块链技术中的回溯功能查验票据的真伪，以及票据是否已被另一家银行买入，从而有效杜绝不法分子利用票据非法套取资金的活动。

更进一步，同业业务也可以使用基于区块链搭建的电子平台。这样一来，以同业业务作为通道的各类非标业务也可以有效地追溯风险来源，明晰风险分担。

可以设想，将区块链及相关技术应用于票据业务和同业业务这两类相对难以监管的业务，既能帮助银行等机构更有效地识别风险，也能降低这两类业务的监管难度，促进这两类业务健康发展。

数字货币与云计算

目前活跃的加密货币，其系统结构都和比特币类似，都包含不对称加密、完全回溯和计算竞赛三类机制。目前比特币使用的计算竞赛机制，在比特币之外，并不产出什么有价值的结果。我们可以用有价值的计算任务代替无产出的迭代计算，并给予参与计算的个人以数字货币奖励，从而帮助科研院所将大规模计算任务用云计算技术外包，以较低的成本突破计算能力对科研活动的约束。

目前，微软公司已经与中国国内高校合作，在医学影像分析、全球气候变化研究、黑河生态水文系统研究等项目上使用了云计算技术。如果能将带数字货币激励的区块链技术和云计算技术结合，有助于更大规模地开发利用个人计算机的闲置计算能力，助力国家科研体系的建设。

（本文编辑/张英凯）