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公有链vs私有链 ——浅谈区块链应用发展方向

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热度14票  浏览3次 时间:2018年1月06日 18:44
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大家也许都知道,区块链这个概念来源于密码学家中本聪所设计的比特币,而比特币的区块链也是最广为人们熟知的区块链,海外有些业内人士甚至将首字母大写的Blockchain一词直接对应于比特币区块链。

公用链始祖——比特币区块链

由于比特币区块链产生的背景是为了支持比特币这一个不需要第三方中心化认证的纯点对点支付结算体系,因此比特币区块链起初被定义为一个数字签名链(Nakamoto, 2008)。每一个币的拥有者即支付方通过自己的私钥(Private key)签署加密前一笔交易产生的原始哈希值,以及签署加密收款方的公钥(Public key),并将以上两个信息加入到原始哈希值中产生新的哈希值。收款方可以通过自己的私钥解锁获得币的所有权,并以同样的方式再次通过在哈希值上签署私钥进行下一笔交易。由于每一笔交易所产生的哈希值都签署了付款方的私钥,因此所有人都可以利用付款方的公钥去验证该笔交易产生的哈希值的正确性。如此一来,非对称加密的数字签名链条确保了比特币交易的可验证性。然而数字签名链到这里为止尚无法解决双重支付问题,因为数字签名链无法保证币的拥有者,即支付方,不使用不同收款方的公钥同时签署多笔交易。

传统的解决方法是中心化的授权,每笔交易的签署通过中心化的机构进行验证,确保支付方不会同时签署两笔交易。而作为以去中心化为设计初衷的比特币则引入了时间戳,将时间戳包含入每一步交易所产生的哈希值中,通过数字签名及哈希加密算法有效地证明时间戳的可靠性(Bayer. et al, 1992)。即在前述的数字签名链的签署过程中加入时间戳,并将其广播,形成冗余备份的同时提升验证度。同时以计算一种代币(比特币中使用SHA-256值)的形式产生工作量(Proof-of-work)证明,即一份算力对应一份投票权(Back, 2002)。拥有越强大计算能力的人则在验证交易中起到越大的决定权。所有被广播到的人都参与到这份验证决定权的竞争之中来,最终只有被大多数人验证的交易信息会被加入到新的哈希值之中,即形成一个新的区块(block)。为了鼓励这种验证,一个新的SHA-256值被成功计算出后,即一个新的区块被验证形成后,参与验证的人将被随机奖励一定数量的比特币。而这种大众争取验证权的验证行为则代替了传统中心化授权验证的行为,从而解决了双重支付的问题。

公有链应用衍生

而事实上,从上面的描述中也不难推测出,比特币区块链即是一种典型的公有链。比特币的区块链作为一种公开账本,具有人人皆可参与的特性。也就是说任何人都可以发起一笔交易,任何人也都可以参与验证交易,任何人也都可以同时读取区块链上的所有信息。不仅是比特币区块链,其他各类山寨币由于基本模仿了比特币的架构,以建立一种支付验证体系为目的,因此也基本都属于公有链的范畴。在以太坊创始人Vitalik Buterin(2015)的定义中,公有链的特性被定义为任何人都可参与到共识机制中的区块链组织架构,即任何人都可以参与到决定一个新的区块是否被加入到链上,不论是以工作量证明的方式还是以持有量证明(Proof-of-Stake)参与其中。

由于比特币区块链形成最早,同时比特币持有人、验证节点、矿工广泛分布于全球,因此在800多p的全网算力支持下,比特币区块链即成为了所有公有链中最为强健、最为安全的代表。

区块链刻字

由于比特币协议允许每一个新的区块在上链时可以保存一定量的交易附言信息,而这些信息上链后即同所绑定的区块一起无法被更改却可被轻易追溯,因此就衍生出了许多基于比特币区块链的公有链应用尝试。其中最为简单和直接的一个例子即为BTCC推出的“千年之链”区块链刻字业务。BTCC利用自营矿池的算力所获得的验证区块上链的权力,即BTCC自行生产出区块,接受客户将自己所想写的信息作为附言镌刻在区块之上,从而留下不可被更改的记录(BTCC, 2015)。

智能合约

除了简单的刻字之外,更多的应用集中于各种合约的尝试。利用比特币区块链的不可更改性来确定合约的所有权,合约的标的可以是诸如车、手机、房子等物质产权,同时也可以是股权、远程计算机访问权限等非物质产权。而这类利用比特币区块链来确定的产权则被定义为智慧产权(Smart Property)(Hearn, 2012)。而将智慧产权的所有权信息登记到比特币区块链上的方式则被称为染色币(coloured coin)。利用染色币技术进行产权登记的技术尝试被区块链创新企业Chromaway所使用,Chromaway联合创始人及CTO,Alex Mizrahi(2015)提出,通过染色币技术进行比特币区块链上的产权登记不仅可以减少交易费用、提高安全性、持久性,同时也可以结合比特币直接完成产权交易的支付行为。

公有链VS私有链配图1.png

Figure 1 染色币股权交易模型 (Brown,2015)

从上述模型中可以看到染色币股权交易的流程,交易附言中的信息代表了该数量比特币所对应的股票数量。仅从比特币数量上来看,爱丽丝用3.33个比特币换取了理查德0.25个比特币,鲍勃则用10个比特币换取了理查德0.75个比特币,这个表面上不等价的交换受到了交易附言中所包含的推特股票的支撑。实际上就意味着每一股推特股票对应了0.01个比特币。橙色的比特币即为染色币,其真实价值在于交易附言中所包含的股票而不是票面的比特币的价值,而绿色的比特币则代表了传统交易中的现金,所表示的即为比特币本身的价值。

染色币合约的局限

染色币合约在比特币区块链上最为明显的问题即为内在价值与票面价值的错配。传统现实当中,股票、债券等合约的信用背书来源于发行方及结算登记机构,而比特币的信用背书则来源于验证方也就是矿工。纯比特币情况下的验证费用是根据比特币面值的百分比进行提取分配给矿工的,然而在存在染色币的情况下,上述例子中1个染色的比特币所蕴含的内在价值显然高于10个纯比特币,但1个染色比特币的交易费用却远低于10个纯比特币,这是不符合经济学规律的,于是矿工会选择验证收费更改的10个纯比特币,而使得原本内在价值更高的1个染色比特币的验证被拖延,从而造成交易成本的大大增加,也违背了智能合约减少交易费用及高效交易的初衷。

另一个问题则是比特币匿名交易造成的线上线下权属分离的情况。由于目前并没有任何产权登记机构直接认可比特币区块链上染色币附言的登记信息,因此实际的产权交换必然牵涉到线下的运作,然而比特币区块链链上的所有权是纯匿名的,只需要拥有对于私钥的控制权即保证了所有权。然而产权交换在法律上注重的是实名认证,比特币公有链染色币的交易形式显然无法保证持有私钥的一定是特定用户本人(Swanson, 2015)。对于股票交易来说,身份的认证则更为重要,因为对股票的所有权涉及到了股票发行公司的公告、投票权、获得分红以及股份回购请求权的执行等事项(Schroeder, 2015)。

私有链尝试

也正是由于比特币区块链作为公用链具有以上的局限性,导致了当前大多数金融巨头所热衷的区块链技术研究并不以比特币区块链或者公有链为开发目标。然而虽然广泛被认为除了公有链以外的各种尝试均被称为私有链,但事实上私有链也被分为了两种细分类型,分别为财团链或者半管制私有链,以及纯私有链或全管制私有链(Buterin, 2015)。

财团链指的是共识机制的参与需经历提前的筛选,并非所有人都可对链上的区块进行验证。举例来说,一个由15个金融机构组成的财团,设置了规则,要求超过10个以上的金融机构签署过的区块才能够被认证上链,对已上链的区块验证可以是公开的,也可以是对特点参与者进行限制性开放的,但除了金融机构组成的财团内部以外的节点是不能参与共识机制的认证的。

纯私有链则是整个区块链的共识机制、验证、读取等行为均被严格限制在一个范围以内,其作用与企业数据库管理、内部审计等相似,仅对特定主体内部开放,并不以任何形式对外公开。

趋向于财团链的金融圈

事实上,从各大国际金融巨头陆续加入R3 CEV区块链计划这一行为来看,金融集团之间更倾向于拥抱半开放的财团链尝试。

公有链VS私有链配图2.png

Figure 2银行间的财团链 (Wild et al, 2015)

大银行共同形成的财团可以通过财团链的内部共识机制对信息进行验证并上链,确保了信息的真实和不可更改性,同时信用背书来自于银行财团之间的互信机制,在上以节中的例子中则表现为15个金融机构组成的财团至少对10个以上金融机构所达成的共识进行认可。而适度对外开放的读取和验证权限又可以保证获得公众和社会的监督。

如此半管制私有链的形式由于是脱离了比特币区块链而重新构架了自己的区块链,因此就解决了前文中染色币尝试中币的内在价值与票面价值不统一的问题。同时线上线下权属分离的问题也可以通过财团链中所参与的金融机构进行线下身份验证的形式形成共识机制而得以合法解决。

事实上银行间的财团链虽然被归为私有链的一类,但却仍然起到了去中心化的目的。银行间的共识机制代替了中央银行或者是监管机构中心化的认证,大大提高了交易效率。事实上在西方政治经济体制下,原本被认为是中心化的央行或政府监管机构长久以来一直接受着银行财团的大规模游说,从而保证各类监管政策不会损害到金融财团的核心利益,这一点从欧债危机后的政策博弈中不难看出端倪。而财团链的组织形式则直接消除了费事费力的游说行为存在的必要,通过银行间的共识机制获得制衡。这或许也是全世界的大型银行财团纷纷加入R3 CEV的主要动机之一。

公、私链发展臆想

比特币、莱特币等数字货币公有区块链或许将更为独立地发展,在进一步扩大影响力的过程中获得更多针对于数字货币自身的信用增值。而数字货币公有链也将面临着扩容、升级、以及侧链等的尝试,笔者希望公有链能更为独立、完善地为数字货币自身的清算、交易发挥更大的作用。

而与此同时,被剥离出来作为工具的区块链最终应该会独立于数字货币作为应用区块链而存在,或者说应用区块链中的代币将仅仅作为工作量证明或者是持有量证明的一种媒介,而不在于代币本身的价值。应用区块链也更多地趋向于行业细分领域的半管制私有链及企业组织内部管理的全管制私有链。而全管制私有链与半管制私有链之间则可能通过软分岔的方式向下兼容,即全管制私有链的链上信息只可被组织内部认证和写入,但可以接受行业内半管制私有链的读取验证,同样行业内部的半管制私有链之能被行业财团内部认证和写入,但可以接受行业财团外部的读取和验证。或许下图中中间那种去中心化的组织形式更容易被社会所接收。

公有链VS私有链配图3.png

Figure 3 组织形式模型 (Swandon, 2015)

参考资料(Reference list)

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