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基于去中心化虚拟货币的比较与演进趋势分析

作者: 顾刚

  【摘要】以去中心化(Decentralize)思想,散列算法为基础的虚拟电子货币近年来蓬勃兴起并快速发展,其基于算法而不是基于信用的独特货币发行和流通方式被认为是货币发展历程中的一场革命。这其中比较知名的如比特币,莱特币,PPC,XPM等。本文对部分主要新式虚拟电子货币的特点进行了分析和比较。并以此为基础对去中心化虚拟货币发展演进趋势进行了分析展望。
  【关键词】去中心化 虚拟货币 比较分析 演进 莱特币 PPC XPM
  一、去中心化虚拟货币
  去中心化虚拟货币诞生在2008年,其中的代表性货币是比特币。它的发行是通过一个彼此连接的比特币用户的计算机网络完成的。通过工作量证明算法自动调整向网络中释放比特币。参与网络的每个节点可以使用自己的CPU处理能力进行运算并获取比特币[3]。每一个比特币的获取都将需要一定的成本,同时背后的密码规则保证了它的真实完整和唯一。每一笔比特币交易都会被广播到比特币网络中,网络中每一个节点都会对这笔交易进行散列算法的验证,验证通过后将被记入到区块中然后进一步在网络中传播,这种基于P2P和全网参与计算认证的方式导致没有任何政府和机构可以实现对其流通的控制,它的流通只受算法控制。
  二、去中心化虚拟货币的种类
  在比特币诞生以后,一批基于同样去中心化思想的虚拟货币借助于互联网开源社区的帮助下纷纷涌现。它们在算法各有特点,并实现了一定的优化。[5]
  (一)莱特币(Litecoin)
  Litecoin(LTC)是目前除比特币以外市场价值最高,交易最活跃的一种虚拟货币。不同于比特币使用的SHA256挖矿算法,LTC采用Scrypt算法。这种算法有较快的块生成时间,并能更快确认真伪,比特币的交易验证的时间平均在10分钟以上,大多数交易网站验证需要1个小时。而LTC交易确认平均为2.5分钟。另外Ltc的总数量也是BTC的四倍,总数为8400万枚。此外,在比特币挖矿软件技术已经从CPU到GPU到现在正式进入FPGA(现场可编程阵列)和ASIC(专用集成电路)时代。而相对于比特币,LTC的算法则仍然非常适合GPU挖矿,这在一定程度上保护了矿工的现有挖矿设备的投资。[6]
  (二)PPCoin(PPC)
  PPCoin(PPC)由Sunny King发布于2012年8月19日,其在货币生成上采用了工作量证明(proof-of-work)和股权证明(proof-of-stake)的混合模式,并引入币龄的概念。
  (三)工作量证明算法SHA256
  SHA256是一种从输入得到输出非常容易,但从输出反推出输入极其困难的函数。反推输入的方法除了穷举所有可能输入之外,别无他法。比特币货币生成采用的就是基于SHA256的工作量证明算法,交易数据外加一个随机数(nonce),然后在其前面附加大量的“0”,以此作为区块信息发送出去,接受者的验证可以迅速使用nonce得到函数散列值。然而对于攻击者而言如果想反推出这个nonce则近乎不可能。
  (四)51%算力攻击
  去中心化货币发行依赖于网络中大多数节点的确认信息。如果参与的网络节点有限,攻击者通过某种手段控制了网络中多数节点(比如51%)的运算力,使受控网络生成块的速度超过网络剩余部分的总和,就可以生成一个块链接分叉,并使其长度超过主环链,网络中的其他节点将开始把新的分叉视作合法块链接(尽管衍生51%攻击成功可能性是一个随机漫步理论的难题)。在这种情况下,攻击者就可以自行对区块信息进行确认,从而可以篡改交易记录实现多重支付或将别人的货币据为己有。除了货币发行初期易遭受51%算力攻击外,当货币生成算法的难度因子提高过大,导致运算成本增加过度和大量“矿工”退出,只有少数矿工控制着绝大多数比特币的挖掘运算,这种情况下51%算力攻击的可能性也会提高。为此,Sunny King提出了下文详述的股权证明算法。
  (五)股权证明(proof-of-stake)
  与工作量证明算法不同,股权证明并不要求持有人进行大量运算来证明自己,而是要求持有人明确表达自己对一定量货币的拥有权。对于PPC来说,当一个新的股权证明区块被挖掘出来后,矿工需要构建一笔股权交易,将一部分货币外加一点(算法预设好的)奖励货币发送给自己。随后SHA256算法开始工作,根据上述交易信息,一些特定的固定数据,以及币龄作为输入被用于散列运算。运算的难度因子与货币年龄成反比例关系。即决定因素是他已经拥有的货币数量,和进行股权交易后的时长。也就是说,如果你已经拥有了1%的货币或者说股权(stake),那么你最多可以挖掘的新增货币的上限也为1%。这种算法不通过提高运算复杂度来控制货币生成数量,而是通过股权交易这种经济行为来实现这种控制。
  (六)币龄(coin age)
  在PPCoin中,币龄被定义为交易输入大小和它交易存在时间的乘积,作为生成新的PPCoin区块算法的输入。币龄越大,输出PPcoin概率越大,直到找到有效的区块时则复位为零。[7] [8]
  总结来看PPC因为使用了股权证明算法,与Bitcoin相比具有4个方面的改进:
  *以股权证明鼓励人们持有货币而非用于投机;
  *获取股权所需的成本远大于获取运算力的成本,有效减少了51%攻击的可能性;
  *股权证明算法不以提高工作量证明难度为基础,减少了运算所需能源的消耗。
  *PPC不预设货币生成上限,理论上可以供应无限多的货币(尽管当前设置了20亿的上限但理论上可以改变),这有助解决货币供给无法满足经济发展需要的问题。此外股权证明算法设计为每年提高1%的货币供应量且可调整,这将是非常温和和良性的通胀率。
  (七)素数币(PrimeCoin)   素数币是一种建立在比特币架构基础上的数字货币,它运用一种独特的“科学计算证明”机制取代比特币的“散列工作量证明”机制,通过计算去发掘由大量质数组成的质数链,质数币被作为矿工在挖矿过程中发现质数的奖励。素数币并非将工作量证明完全去掉,而是试图让工作量证明变得更有意义。它没有使用SHA256计算,但是要求矿工们寻找长的由素数构成的“Cunningham链”和双向双链(Bi-twin chains)。同样是通过能源密集型的计算挖矿,但素数币试图给现实世界带来实用的价值,而不是电力算力的无谓消耗。比如素数币被用于“Folding@home”项目,该项目由斯坦福大学教授Vijay Pande开发,借助于素数币发掘的运算来分析蛋白质自我折叠问题,这个项目可能帮助研究者发现治疗阿兹海默症、帕金森氏症以及多种癌症。[9] [10]
  此外还有一些较典型的虚拟货币,比如Freicoin在算法中引入囤积税概念,以抑制人们持有货币,鼓励交易与流通。而Namecoin的特点在于除了本身是一种货币外,还可以被赋予其他功能,如注册域名。Ripple是一种比比特币更激进的虚拟货币,Ripple网络自动进行汇率换算,用户可以用任何一种类型的货币向他人支付另外任何一种类型的货币,从而实现所有货币的全网流通。[11]此外还有很多基于类似算法的虚拟货币,比如Devcoin(DVC)、Terracoin(TRC)、Ixcoin(IXC)、NovaCoin(NVC)等等。甚至我国也有了基于类似算法的国产虚拟货币比如CHNcoin(CNC)。
  三、去中心化虚拟货币的总结比较
  下表为各种典型虚拟货币特点比较汇总[13]:
  四、演进趋势分析
  目前的虚拟货币发展仍处于早期阶段,新的种类不断出现,各种创新和改进层出不穷,对其演进趋势总结如下:
  第一,基于去中心化和P2P的原则仍是根本基础,无论算法和应用如何改进创新,这一基础原则不会改变。
  第二,发行和认证算法逐渐摒弃工作量证明算法,衍生出Scrypts算法、质数算法和股权证明算法等,其实质是对工作量证明算法的低效率和算力浪费的改进。这也会是将来虚拟货币算法改进的必然趋势。工作量证明算法将会被更具实际意义和更具效率的算法所取代。
  第三,货币发行上限将不再固定。预设发行上限曾经是比特币用以消除通胀的核心手段,但人们逐渐意识到这将诱使人们持币坐等升值的投机心理。许多货币提高了发行上限以增加货币供应,但并非最终解决之道。而像PPC那样容忍一定程度的可控的良性通胀,同时发行上限甚至发行速度和难度因子可由算法参数化调整,以鼓励流通和增加持币成本,这种实现方式比较适应实际经济规律,必将是未来的方向。
  第四,作为被寄予厚望的“未来货币”,理应承担更多的功能,比如如何适应利率形成、保持汇率稳定、促进贸易发展和商品流通、保证货币供给弹性等。这需要进一步的算法改进和理论创新。目前Ripple正在研究的全网汇率形成和货币兑换技术即属于这方面的尝试。
  第五,市场占有率和人们的信心对哪种货币将成为未来主导货币也将起重要作用。
  去中心化的虚拟货币是人类第一次从技术角度实现的流通支付工具,它的创生和每一步发展都将对未来的金融体系产生深远的影响。
  参考文献
  [1]北京晚报.《疯狂比特币未来能买房子》.2013.5.
  [2]中国企业家网.《比特币的社会实验:活在未来》.2013.5.
  [3]Satoshi Nakamoto.《Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System》.2008.10.
  [4]洪署宁.《比特币:一种新型货币对金融体系的挑战》.《支付创新》.2011(10).
  [5]巴比特(www.8btc.com) Daniel (翻译:比特人潇湘夜雨).《米塞斯圈:山寨币的症结所在》.2013.8.
  [6]blog.sina.com.cn.知耿《密码学货币一览》.2013.5.
  [7]Bitcoin Magazine VITALIK BUTERIN 《What Proof of Stake Is And Why It Matters》,2013.8.
  [8]Geek Park.《防贬值抑通胀低能耗-PPCoin能超越Bitcoin 吗?》2013.4.
  [9]Make Tech Easier Miguel Leiva-Gomez《4 Popular Bitcoin Alternatives and How They Compare to Bitcoin》2013.7.
  [10]MIT Technology Review 《Bitcoin Isn't the Only Cryptocurrency in Town》2013.4.
  [11]虎嗅网.悟网不欢.《Ripple,比比特币更激进的虚拟货币幽灵》2013.4.
  [12]巴比特.《中国山寨币解析及对比》.
  [13]部分统计数字来自http://chinabtcltc.com/.
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