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探討:跨鏈技術在金融基礎設施的應用

責任編輯:cres 作者:郝凱 |來源:企業網D1Net  2020-06-08 16:34:52 本文摘自:巴比特-鏈聞

本文對幾種主流的跨鏈技術做了描述和對比,并對跨鏈技術在金融基礎設施中的應用做了分析。公證人機制理論上可以實現不同央行數字貨幣之間的跨鏈轉賬,但存在公證人的選擇問題;哈希時間鎖受到各國央行的重視,可以成功實現央行數字貨幣的跨賬本券款對付、同步跨境轉賬等功能,但哈希時間鎖還存在缺陷,需要進一步改進;側鏈技術方案對于央行數字貨幣不適用;中繼鏈技術方案的實際運行經驗非常少,如果 Cosmos 和 Polkadot 未來能成功實現中繼鏈功能,對于央行數字貨幣會是一種可行的選項。

未來央行數字貨幣的格局

區塊鏈技術在貨幣和支付領域的應用,已成為備受關注的前沿問題。近期,人民銀行 DC/EP 開始在深圳、雄安、成都、蘇州進行試點測試;Facebook 發起的全球穩定幣項目 Libra 做出重大修改,發布 2.0 版本白皮書,開始加速推進;日本銀行與歐央行合作的 Stella 項目、新加坡金管局的 Ubin 項目和加拿大銀行的 Jasper 項目等都已經對區塊鏈技術在金融領域的應用做了大量的研究工作。

雖然 Libra 項目的愿景是成為「全球支付系統和金融基礎設施」,但考慮到 Libra 一籃子貨幣穩定幣可能引發的貨幣主權和貨幣替代問題,Libra 將以單一貨幣穩定幣為主。未來大概率的場景是,主權國家發行自己的央行數字貨幣,輔以市場機構推出的單一貨幣穩定幣。

在這種情況下,各國的央行數字貨幣是基于不同的區塊鏈。在跨境轉賬、券款對付等場景中,信息和資產需要在不同的區塊鏈上進行流轉,各國的央行數字貨幣之間必須實現互聯互通。跨鏈技術是實現鏈間交互的解決方案。

主流的跨鏈技術

不同區塊鏈之間的信息隔離會造成區塊鏈的孤島效應,大大限制區塊鏈的價值轉移能力和應用范圍。跨鏈技術可以把不同的區塊鏈連接起來,實現不同鏈之間的互聯互通。目前,主流的跨鏈技術包括公證人機制、哈希時間鎖、側鏈和中繼鏈。

公證人機制(Notary schemes)

公證人機制是所有跨鏈技術中最簡單的一種,不同區塊鏈之間使用共同信任的第三方充當公證人進行連接。公證人為交易雙方創建資金托管,當所有交易參與方對這筆交易達成共識時,便可自動觸發交易。根據公證人的數量和簽名方式,公證人機制可以進一步細分為單簽名公證人機制、多簽名公證人機制和分布式簽名公證人機制等。

因為公證人機制非常簡單,所以這種模式的適用范圍非常廣泛,理論上可以用于任意兩條區塊鏈之間的交互。但也有觀點認為,公證人機制是中心化的產物,與區塊鏈的去中心化理念不相符。

哈希時間鎖(Hash Time Locked Contract,HTLC)

哈希時間鎖最早起源于閃電網絡,使多個用戶之間的「條件支付」能以去中心化、無需第三方受信任中介的方式完成,在多跳支付、原子交換和跨鏈交易等中有廣泛應用。

HTLC 的核心是時間鎖和哈希鎖。時間鎖指,交易雙方約定在某個時間內提交才有效,超時則承諾方案失效(無論是提出方或接受方)。哈希鎖指,對一個哈希值 H,如果提供原像 R 使得 Hash(R)=H,則承諾有效,否則失效。如果交易因為各種原因未能成功,時間鎖能夠讓交易參與各方拿回自己資金,避免因欺詐或交易失敗造成的損失。

假設 Alice 想開啟一個與 Bob 的交易,交易金額為 0.5 BTC,但 Alice 需要通過 Carol 才能與 Bob 建立通道進行交易,如下圖所示。

圖 1:HTLC 與支付路徑

  • 第一步:Bob 設定原像 R (也被稱為暗示數),把哈希值 H=Hash(R) 告訴 Alice。
  • 第二步:Alice 通過 HTLC 向 Carol 進行條件支付:當且僅當 Carol 在 T 時刻前提供與哈希值 H 對應的原像 R,Alice 才向 Carol 支付 0.5 BTC。類似地,Carol 通過 HTLC 向 Bob 進行條件支付:當且僅當 Bob 在 t 時刻前提供與哈希值 H 對應的原像 R,Carol 才向 Bob 支付 0.5 BTC,其中 t<T。
  • 第三步:Bob 如果在 t 時刻前向 Carol 提供 R,獲得 0.5 BTC,此時 Carol 知悉 R。反之,0.5 BTC 會返回給 Carol,Carol 不會遭受任何損失。 第四步:Carol 如果在 T 時刻前向 Alice 提供 R,獲得 0.5 BTC。反之,0.5 BTC 會返回給 Alice,Alice 不會遭受任何損失。

側鏈(Sidechain)

側鏈是一種錨定主鏈代幣并使該代幣可以在主鏈和側鏈之間進行價值轉移的協議。最初,側鏈是一種解決主鏈可擴展性問題的擴容技術,可以讀取主鏈的事件和狀態。一般來講,主鏈可以不知道側鏈的存在,而側鏈必須要知道主鏈的存在。需要注意的是,側鏈實現的是貨幣價值的轉移,不是貨幣的轉移。

雙向錨定是實現側鏈的基礎,即暫時將主鏈上的代幣鎖定,然后將等價值的代幣在側鏈上釋放;當等價值的代幣在側鏈上被鎖定時,釋放主鏈上被鎖定的原始代幣。針對雙向錨定中的資產管理和監督問題,目前主要有以下三種模式:單一托管人模式、聯盟托管模式和 SPV 模式(Simple Payment Verificaiton)。

中繼鏈(Relay)

中繼鏈本質上是公證人機制和側鏈機制的融合和擴展,可以視為側鏈的升級版本。目前,最知名的兩個跨鏈項目 Cosmos 和 Polkadot 采用的都是基于中繼鏈的異構多鏈系統。

Cosmos 是在 Tendermint 共識算法基礎上建立的一個支持跨鏈交互的異構網絡,具有高性能、一致性等特點。Cosmos 系統中主要包括樞紐(Hubs)和分區(Zones)兩種角色。Hubs 是指用于處理跨鏈交互的中繼鏈,Zones 是指一般的平行鏈。但是,Cosmos 目前只支持資產的跨鏈,功能開發進度比較慢并且團隊內部傳出不和聲音。

Polkadot 是一個異構多鏈系統,旨在支持并行的多個區塊鏈。Polkadot 系統中包括中繼鏈和平行鏈。中繼鏈實現多條平行鏈之間的跨鏈交互,平行鏈可以滿足構建不同應用程序的特定需求。目前,Polkadot 主網剛剛上線,還處在項目早期,很多功能還有待在實際運行中檢驗。

技術方案的對比

表 1:跨鏈技術方案的對比

跨鏈技術在金融基礎設施的應用

各國央行著重于研究區塊鏈技術在支付系統、證券結算系統、同步跨境轉賬等金融市場基礎設施的應用,這同時也是央行數字貨幣未來主要的應用場景。對于央行數字貨幣而言,上述幾種跨鏈技術的適用性存在明顯的差別。

理論上講,公證人機制非常簡單,可以直接采用開源的 Interledger 協議。公證人機制適用于任意兩條區塊鏈之間的交互,實現不同央行數字貨幣之間的跨鏈轉賬。同時,如果由商業銀行來充當公證人的角色,可以直接復用部分現有的銀行體系。當兩個不同國家的用戶和商家進行支付和轉賬時,商業銀行作為公證人為交易雙方創建資金托管,當交易參與方達成共識后便可觸發交易。在現行的系統中,跨境轉賬涉及銀行賬戶操作復雜、國際支付標準不一、流程透明度低、監管重復、費用高等缺點。采用公證人機制的央行數字貨幣之間的跨境轉賬則可以避免這些缺點。

圖 2:現行跨境支付流程示意圖

但在實際應用中,使用公證人機制還存在一些問題。央行數字貨幣是央行對公眾的負債,最終的結算服務必須通過各國的中央銀行。而不同中央銀行之間進行跨鏈交互時,公證人角色是很難選擇的。商業銀行的信用低于中央銀行,不能為中央銀行擔任公證人;而 IMF 和 BIS 這類國際金融機構的信用高于一般商業銀行,但這類機構的信用也很難說高于主要中央銀行。因此,公證人機制在央行數字貨幣中的應用存在公證人的選擇問題。

對于哈希時間鎖來講,Ubin、Stella 和 Jasper 等各國央行主導的區塊鏈研究項目都非常重視對哈希時間鎖的研究和使用。在這些研究項目中,哈希時間鎖可以成功實現跨賬本券款對付、同步跨境轉賬等功能。在參與者理性前提下,哈希時間鎖中所有「條件支付」要么全部完成,要么全不完成但所有參與者都能拿回自己的資金,交易是原子式的。同時,原像(信息)和資金相向流動,原像可以被視為收據。

但并不是所有參與者都會做出理性選擇,哈希時間鎖不是一種完美的解決方案。Stella 項目測試發現,使用 HTLC 的跨賬本券款對付可能發生結算失敗,并導致兩種不同結果。第一種結果是資金和證券被退還給各自原始持有人,兩個交易對手方都不會承擔太大風險,但會面臨重置成本風險和流動性風險。第二種結果是資金和證券都會被一個交易方獲得,另一方會承擔較大的本金風險。目前,哈希時間鎖還存在缺陷,需要進一步改進。

對于側鏈技術方案來講,在這種機制中存在主鏈和側鏈,主鏈可以不知道側鏈的存在,而側鏈必須要知道主鏈的存在,通過側鏈技術方案進行交互的區塊鏈之間有明顯的主次之分。而不同的央行數字貨幣之間的關系是對等的,側鏈機制與央行數字貨幣的實際情況不相符。所以,側鏈技術方案是不適用的。

從結構上看,中繼鏈技術方案適用于不同央行數字貨幣之間的交互。各國的央行數字貨幣以平行鏈的形式接入同一個中繼鏈。各國央行可以擔任中繼鏈驗證人,運行中繼鏈節點、保護中繼鏈的安全。但是,中繼鏈技術方案的實現難度比較高,實際運行經驗還非常少。如果 Cosmos 和 Polkadot 未來能成功實現中繼鏈功能,做到系統穩定、可擴展性高、易于接入和升級等特點,中繼鏈技術方案會是一種可行的選項。

綜上所述,對于央行數字貨幣而言,幾種主流的跨鏈技術方案具有不同的特點和適用性。公證人機制理論上可以實現不同央行數字貨幣之間的跨鏈轉賬,但存在公證人的選擇問題;哈希時間鎖受到各國央行的重視,可以成功實現央行數字貨幣的跨賬本券款對付、同步跨境轉賬等功能,但哈希時間鎖還存在缺陷,需要進一步改進;側鏈技術方案對于央行數字貨幣不適用;中繼鏈技術方案的實際運行經驗非常少,如果 Cosmos 和 Polkadot 未來能成功實現中繼鏈功能,對于央行數字貨幣會是一種可行的選項。

關鍵字:區塊鏈

本文摘自:巴比特-鏈聞

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