区块链经济全景与未来:Fintech进化引擎(上)

自2008年比特币诞生以来,支撑其底层运行的核心技术区块链技术日益发展成熟并随着比特币价格的一路上涨走进主流金融科技界视野。第46届世界经济论坛达沃斯年会将区块链与人工智能、自动驾驶等一并列入“第四次工业革命”。而《经济学人》杂志曾在2015年10月的封面文章《信任的机器》中介绍区块链——“比特币背后的技术有可能改变经济运行的方式”。

2019年6月18日,Facebook旗下全球数字加密货币Libra官方网站正式上线,Libra白皮书随之公布。根据白皮书,Libra将建立一套简单的、无国界的货币以及服务于数十亿人的金融基础设施。Libra币一经推出就受到广泛关注,一方面将数字货币推向了新一轮高潮,另一方面引发了各国监管层的担忧。

近来,中央强调,区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。领导人指出,区块链技术应用已延伸到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域。目前,全球主要国家都在加快布局区块链技术发展。我国在区块链领域拥有良好基础,要加快推动区块链技术和产业创新发展,积极推进区块链和经济社会融合发展。

中央指出,区块链技术已经不仅局限于加密资产行业,其在金融科技的前沿创新领域,诸如清结算、支付、电子发票、供应链金融、贸易融资等,均开始发挥积极的作用。目前,主要的区块链开源架构有比特币、以太坊、Hyperledger Fabric、R3 Corda 等,中国国内则有蚂蚁金服、平安、腾讯、万向等主要的区块链平台服务提供商。

图1 中国主要区块链平台服务商,BlockVC行业研究

 

在技术不断突破,监管日趋完善,行业不断进步的历史潮流中,BlockVC行业研究立足于技术,着眼于金融科技,展开《区块链经济全景与未来:Fintech进化引擎》系列研报的撰写,分为上中下三部分,力图以第一性原理为指导,从区块链:源起、机制与特征、区块链:重塑金融科技、Libra与DC/EP、金融科技公司拥抱区块链技术、行业发展前景展望等多个维度全面展现区块链技术的强大潜力以及技术改变金融的发展路径。

区块链:源起、机制与特征

定义

“区块链”在维基百科中的定义是指,通过密码学(哈希函数指针)将交易记录(Block)进行连接起来的,不断增长的记录列表(账本)。这个账本通常以交易区块(Block)的形式存在,并呈链式增长(Chain)。事实上,比特币白皮书《比特币:一种点对点电子货币系统》中,只出现了Block与Chain,后来专家学者将这种账本技术抽象形成了Blockchain(区块链)的基本特征和技术框架,所以“区块链”与“比特币”是一体双生的事物。一言以蔽之,区块链技术是一种可信的分布式数据库技术。在一条区块链中,数据由系统的所有节点共同记录、存储,因而可以实现不同节点之间的去信任化。

图2 区块链结构的简单示意图,BlockVC行业研究和比特币白皮书

 

核心机制

区块链技术结合并应用了密码学原理中的哈希算法与非对称加密技术、默克尔树数据存储结构以及共识算法三大核心机制,开创性地实现了分布式去信任的可信价值传输。

  • 密码学原理:哈希算法、非对称加密

哈希算法是一类加密算法的统称,其含义是输入任意长度的字符串,哈希算法可以产生固定大小的输出。通俗地说,哈希算法的输出,即哈希值,可以被理解为区块链世界中的“家庭地址”或“手机号”。哈希算法的特点是从哈希值反推出区块的具体内容,即被哈希算法加密后的内容有极强的隐秘性。非对称加密是指加密和解密过程中使用不同密钥的加密算法,也称为公私钥加密。区块链网络中,每个节点都拥有唯一的一对私钥和公钥。公钥是密钥对中公开的部分,就像银行的账户可以被公开,私钥是非公开的部分,就像账户密码。使用这个密钥对时,如果用其中一个密钥加密一段数据,则必须用另一个密钥解密。在比特币网络中,私钥代表了对比特币的控制权。

  • 数据结构

一般区块链所应用的数据结构是默克尔树(Merkle Tree)。这种树状数据结构在快速归纳和检验大规模数据完整性方面效率很高。在比特币网络中,默克尔树被用来归纳一个区块中的所有交易,其树根就是整个交易集合的哈希值,最底层的叶子节点是数据块的哈希值,非叶节点是其对应子节点串联字符串的哈希。

图3 以太坊网络默克尔树结构示意图,BlockVC行业研究

 

  • 共识算法机制

共识机制是区块链网络的核心价值所在。简单来说,共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制,可以保证最新生成的区块被准确添加至先前的区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉甚至可以抵御恶意攻击。实践中要达到这样的效果需要满足两方面条件:一是选择一个独特的节点来产生一个区块,二是使分布式数据记录不可逆。为了实现这两个特点,目前主流共识机制包括比特币所采用的PoW工作量证明机制;以太坊所设计采用的PoS权益证明机制等。 

基本特征

区块链并非是凭空产生的全新物种,而是延续了人类历史上账本技术的发展脉络。从账本的数据结构演进来看,人类历史上先后经历了两个阶段,分别是实物账本阶段和电子账本阶段,其中实物账本阶段贯穿了人类历史的数千年,而电子账本则在电子计算机诞生之后方才出现。而区块链同样属于电子账本,但其不再是依托于单个计算机的简单电子账本,而是依托于全球互联网的分布式账本。区块链这种全新的电子账本具有如下特性(以比特币模型为例):

  • 分布式

区块链的一个基本特征便是分布式,主要体现在区块链网络属于P2P对等网络,网络中的节点均保留有一份完整的全网账本,因此区块链的分布式账本特性能够有效的预防在传统互联网或数据库架构中的“单点故障”。但分布式并不等同于去中心化,因此去中心化并非区块链的必要特征。

图4 典型的网络拓扑结构,BlockVC行业研究

 

  • 去信任中介化

随着人类贸易和商业活动的繁荣,复式记账法逐渐替代了最初期的单式记账法,通过对账即可轻松发现账本的篡改行为和账目错误。为了进一步确保账本的可信程度,在复式记账法的基础上,人们通过引入可信任的第三方机构保存公共账本,进一步发展成为了三式记账法。在一般意义上,第三方可信任机构可以由具备公信力的大型金融机构扮演,前提是交易双方必须保持对第三方的信任。区块链在三式记账法的基础上,将可信第三方通过可信的第三方网络进行替代,第三方网络中的节点都会保存完整的全网账本从而极大的降低了来自于第三方的信任风险。

  • 不易篡改性

区块链的不易篡改性主要来自于多个方面,如网络中的大量账本副本能确保部分节点的账本错误或数据遗漏能被准确矫正。此外,区块链还带来了两个重要的防篡改手段:其一,区块链技术应用了大量的加密学手段以确保数据结构的抗攻击性和资产的安全性,例如交易区块之间均通过单向哈希函数确保区块顺序,且所有账户均通过非对称加密算法确保资金安全;其二,根据区块链共识算法的不同将会赋予区块链网络不同程度的安全性,如比特币的“工作量算法”确保了整个比特币网络除非具备50%以上的全网算力,否则将无法对交易进行回滚或篡改。

  • 隐私性

区块链网络中的账户模型一般通过非对称加密算法提供,其中的公钥为账户地址,私钥则为账户的密钥。在区块链网络中创建新账户并不需要进行身份认证,而是通过随机获得的字符串作为账户地址,因此能够一定程度上减轻个人信息的泄漏。然而,由于区块链账本在全网公开,一旦个人真实ID信息与网络中的账户进行关联,那么隐私性将会大幅降低。

图5 区块链的隐私模型,BlockVC行业研究和比特币白皮书

 

  • 通证(Token)

早在区块链诞生以前,token便被广泛的拥有计算机系统中,用于实现对数据或文件的访问权限控制或其他安全管制等功能。区块链源于比特币网络,而比特币网络提供了一种帮助协调全网络参与者的激励手段(token):BTC。从技术上而言,token本身代表了对整个区块链网络中稀缺资源的使用权限(如计算资源、存储资源和带宽资源等)。从广义上而言,通过对token的灵活运用将有可能实现组织和个人的大规模网络协作,从而促进分布式组织和分布式协作的进一步发展,也能够通过区块链网络中的token使主权货币信用和价值在更大范围内进行辐射和影响。

分类

“区块链”源于比特币,但远不止比特币技术。专家、学者和工程师在比特币所代表的区块链技术的基础上进行了进一步的研究和拓展。根据对网络权限控制的区别,广义的区块链技术被分为公有链、联盟链和私有链,其中,公有链不对全网的参与者进行权限分级和管制,全网节点具有相同的地位,而联盟链则对网络访问权、记账权等则进行了限定,至于私有链则类似于企业内部管理系统,所有权限属于链的所有者。以下表格对三种区块链类型的基本特点进行链列举。

图6 区块链分类与基本特点,BlockVC行业研究

比特币一般被称为“区块链1.0”系统,而以“智能合约”为特征的“分布式应用平台以太坊”则开启了“区块链2.0”的发展阶段。时至今日,区块链技术已经不仅仅被限定在链式区块链结构,包含新数据结构(有向无环图(DAG)和分布式哈希表(DHT)等)和新共识机制(POS、DPOS、POA等)的区块链系统被持续不断地研发出来。为了改善区块链性能(如隐私性和可扩展性等)的新技术也得到了进一步的发展,如分片技术、闪电网络、状态通道技术和跨链技术等。其中,跨链技术尤其得到了普遍重视,该技术一旦获得成功将会打通目前相互割裂的区块链系统,实现区块链信息和资产的自由跨链流转,从而使“区块链的互联网”成为可能。 

 

区块链:重塑金融科技

 

根据上文区块链技术的诸多特性可以看出,区块链技术的核心优势是通过密码学技术与共识机制等,在保证数据唯一性且极难篡改的前提下,实现多方之间的可信价值传递。这种特征让区块链天然适合需要“多方共享”、“高频重复”、“交易链条长”的金融科技场景。

区块链技术能够广泛服务于支付与清结算、票据存证、保险等金融领域以及供应链管理、工业互联网、产品溯源、能源、知识版权等实体经济领域。在现代社会中,几乎所有行业都涉及交易,因此需要诚信可靠的交易环境作为行业健康发展的前提支撑,而这正是区块链技术的核心价值所在。区块链通过数学原理而非第三方中介来创造信任,可以降低系统的维护成本与交易成本。对于传统金融机构而言,对账、清算、审计等线上环节的运营与人力成本将得以降低;对于非金融行业,区块链能够减少价值链各环节的信息不对称,从而提升协作效率、降低整体交易成本;对于个体而言,陌生双方或多方能够跨越物理距离的限制,在网络上安全地传递价值,从而创造更多供给与需求。

尽管区块链与通证相结合具有冲击现有商业逻辑的巨大变革潜力,BlockVC行业研究认为,区块链技术目前更适合落地于价值链长、沟通环节复杂、多方间存在博弈行为的场景,区块链技术将有效提升跨主体协作的效率、降低相关环节成本,对传统信息技术的升级、对现有商业环境实现跨越式优化。在跨企业、跨主体的商业场景中,由于互信机制的缺失,目前仍然大量依赖人力物力进行沟通协作。例如当前不同机构间进行对账校验,往往需要从各自的信息系统中导出数据后电邮发送甚至打印后盖章邮寄,对方收到后再进行比对验证。在这种跨主体协作的场景下,区块链技术能够通过保持各主体间账本的安全、透明与一致性,从而切实降低各参与方的信息不对称。

BlockVC行业研究将从跨境支付、全球贸易物流、供应链金融、征信、LibraDC/EP等多个方面具体阐述区块链重塑金融科技的实践、前景与路径。

 

区块链重塑跨境支付:缩短交易周期,降低交易成本

跨境支付是典型的中介提供价值转移服务的场景,目前国际间支付业务主要使用SWIFT(Society for Worldwide Interbank Financial Telecommunication, 环球银行金融电信协会)来进行。SWIFT为金融机构的结算提供金融交易的电文交换业务,提供规则统一的金融行业安全报文服务和接口服务。SWIFT这类中介机构之所以存在,是由于跨境金融机构间系统不相通,直接结算成本高昂,同时业务占比低以及对手方存在不确定性,很难构建直接合作关系。代理行的存在、协议的沟通以及交易信息的反复确认使得通过SWIFT进行交易确认往往需要1-2天。尽管目前SWIFT在全球范围内被广泛使用,每年跨境支付金额高达25万亿-30万亿美元,但仍面临手续费高昂的问题(每笔交易30-40美元费用)。这些支付成本包括但不限于:银行手续费、SWIFT通道费、交易延迟损失和准备金等等,其中因交易时间过长造成的流动性损失占比达34%,资金运作成本占比达24%。

图7 SWIFT电汇结算协议,BlockVC行业研究

 

区块链的分布式架构和信任机制可以很大程度上简化金融机构电汇的流程,缩短3-5天的结算周期,同时降低SWIFT协议的高昂手续费。目前Ripple、蚂蚁金服等已有探索发展出较为成熟的区块链跨境支付解决方案, SWIFT 也在积极试验区块链跨境支付网络。应用区块链技术于跨境支付领域相当于创建了一个跨国金融机构间的点对点网络,汇出行和汇入行的交易需求可以无需中间方直接得到匹配,从而大大降低了SWIFT体系中的流动性损失、资金运作和换汇成本。

以Ripple为例:Ripple(瑞波)公司成立于2012年,通过基于区块链技术的 RippleNet,为银行、支付服务提供商、企业等提供快捷、低费用的跨境支付服务。目前, RippleNet 已接入来自全球40多个国家的 100 多家金融机构,包括加拿大皇家银行、渣打银行、西太平洋银行等。RippleNet的具体服务按照路径划分,包括xCurrent、xRapid 及xVia 三种解决方案。其中xCurrent 主要针对银行间跨境支付;xRapid 在跨境交易中引入了瑞波币(XRP)充当货币转换媒介,使用该服务的支付提供商便无需预先在各市场中储备当地货币,故而降低了流动性成本;xVia 则为普通企业接入 RippleNet 提供了更加标准和快捷的入口。总体上,支付流程的简化大幅降低了跨境支付的成本。根据Ripple估算,银行间每笔交易的成本将从5.56美元下降到2.21美元,降低60%,以2016年通过SWIFT完成的30多亿次支付类报文数量计算,2016年可以节约大约100亿美元的费用。

图8 RippleNet服务架构图,Ripple

 

区块链+全球贸易物流:更简单、更快、更透明、更安全

现行的全球贸易机制由包括出口商、进口商、受货商、承揽商、运输商、监管机关等多主体构成。其中,全球贸易量的90%经过海域运输,应用消费品则有80%以上通过海域运输。当前,国际贸易面临着贸易周期长、信息不流畅等痛点。以马士基一项运输案例为例,若一家公司希望从非洲运输牛油果和玫瑰至欧洲,则需要进行耗时1个月的跨国运输,沿途将涉及超过30个主体200多次沟通交互。且其中每个主体每次交互都有各自不同的文件流程,整体流程结束签署后文件总厚度将高达25厘米。

主体之间信息离散程度高且各自存在自有环节中,大量的纸质作业使供应链缺乏透明度、协同效率低下。交易环节中大量协作与低透明度造成各主体难以及时了解货物运输实时状态,容易出现资源利用率降低、运输时间延长、货物潜在损坏度提高、成本提高的风险。

图9 当前国际贸易流程,BlockVC行业研究

区块链及智能合约技术的去中心化、可追溯、信息对称、安全可视等特点天然的适用于全球贸易的物流环节。以IBM区块链开放物流平台为例:对于信息流通透明方面,IBM平台对各个参与主体开放,关于物流相关的任何详细信息,均通过双方以及多方进行数字签名和凭证(Token)进行全网验证。五大管理系统包括物流、港口、海关、供应链、运输交通同时协作管理,保证所有信息电子化实时共享。实时共享的信息保证物流全流程每个环节的效率和效益,有效降低人力物力支出。

对进口商、出口商、制造商来说,多方间端到端的信息透明可以做到实时监管物流全流程,增加各个环节沟通效率;对港口和集装箱集中地管理来说,提高空箱利用率和资源错配率;对海关等检查机关来说,信息正确可以大幅提高批审效率;对运输管理商来说,优化货物运输路线和日程安排。

回溯上文从非洲运输货物到欧洲的案例,在IBM区块链开放物流平台上运行的同类任务总共只需花费两个星期,时间上可节省超40%,成本降低超20%。IBM区块链技术提高各个环节数字化管理效率,大幅度降低纸质文件、集装箱错配或空置、中间环节欺诈等问题,提高资源利用率的同时优化管理结构。

图10 区块链赋能国际贸易示意图,BlockVC行业研究

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