分布式账本技术系统：一个概念框架.pdf

分布式账本技术系统一个概念框架更多资讯，敬请联络杭州市余杭塘路866号浙江大学互联网金融研究院Academy of Internet Finance，Zhejiang UniversityDISTRIBUTED LEDGER TECHNOLOGY SYSTEMSA Conceptual FrameworkMichel Rauchs Andrew Glidden Brian Gordon Gina PietersMartino Recanatini Franois Rostand Kathryn Vagneur Bryan Zhang独家中文翻译合作伙伴Cambridge Centre for Alternative Finance10 Trumpington StreetCambridge CB2 1QAUnited KingdomEmail: ccafjbs.cam.ac.ukTel: +44(0)1223 339111浙大AIF(CIFI_ZJU)目 录剑桥大学新兴金融研究中心（ CCAF）是剑桥大学嘉治商学院下属的国际性跨学科学术研究中心，致力于传统金融以外的创新工具、渠道和系统的研究，包括众筹、网络借贷、创新型信贷和投资分析、创新支付系统、加密货币、分布式账本技术（如区块链）以及相关的制度和监管创新（如监管沙盒和监管科技）等方面的研究。前言 01序言 02研究团队 03声明 08致谢 08独家授权联合发布声明 08摘要 09第一章：导言 11理论基础 11 报告目标 11研究方法 12报告结构 12第二章：分布式账本技术系统建立场景 142.1 文献综述 142.1.1 定义 142.1.2 现有框架 152.1.3 前期研究的局限 152.2 什么是分布式账本技术系统？ 162.3 相关概念 18“账本”的概念 18“私钥”的概念 212.4 参与者 222.4.1 开发人员 232.4.2 管理员 232.4.3 网关 232.4.4 使用者 24第三章：框架介绍 253.1 协议层 263.2 网络层 263.3 数据层 27参考 / 价值链接 283.4 框架整合 28第四章：系统交互 314.1 系统界限之内 314.1.1 层间依赖 314.1.2 层次结构 31前 言加密货币、区块链、分布式账本这样的概念已逐渐进入我们的日常生活，并逐渐成为新闻媒体关注的焦点，并由此引起了学术研究人员、行业参与者和政策制定者的激烈讨论。然而由于很多概念目前还没有严格定义的专业术语体系或被普遍接受的分类体系，导致很多词语经常被错误的理解和使用。如果没有一个系统、完整的认识方法，人们的注意力和分析很容易被事物的表象所吸引，而看不到整体的情况，从而 “见树不见林”，并更容易受到偏见、误解、夸张或冲突观点的影响。分布式账本是一个具有核心层次、组件、流程以及与其他可适用系统交互的功能系统。因此，我们需要对这个系统进行更加全面、深入的研究并做出概念界定和考察。我们采用“系统性视角”开始这段研究，希望公众不止见到“树”和“林”，还可以对这个复杂的 “分布式账本技术生态系统”有更细致的理解。在本中心的全球加密货币和区块链基准研究基础上，我们意识到此项任务的挑战性以及自身的局限性，专门组建了由不同背景的研究人员和参与者构成的研究团队。为了对分布式账本技术概念进行界定，并在定义及分类上达成“共识”，我们的研究过程是开放、协作和自我批判的。正如我们所看到的，随着当下分布式账本技术领域自身快速地发展，这项研究将会成为一个开端，并催生和吸引更多的关注和讨论。在这项研究中，我们采用“系统视角”和一套分析框架将分布式账本技术系统“解构”然后“重建”。这套分析框架将所有的分布式账本技术系统分为三个层次：协议、网络和数据，并阐明这些核心层次是如何通过流程相互作用的，以及它们在系统内的条件从属关系和层次结构。本研究论证了如何改变这些层次及其组件的“配置”， 使得“分布式账本技术系统”（以及扩展它们记录的内容和资产）在发挥的功能和运作方式上产生巨大的变化。它同时说明了分布式账本技术系统在更广泛的生态系统中是如何相互作用，“中心化”和“去中心化”应怎样被理解为一个范围内的变化而不是相互对立的，以及区分“本地”和“异地”记录存储的必要性。我们非常感谢研究团队所有成员的贡献，希望可以借此机会加深对分布式账本技术系统的共同理解。非常感谢和以贲圣林教授带队的浙江大学互联网金融研究院（ AIF)合作，出版本报告的中文版。谢谢浙大团队的大力支持和精心翻译。我们期待可以和AIF携手前行，共同为金融创新的研究学习尽一份力！张征执行主任、联合创始人剑桥大学新兴金融研究中心4.1.3 权衡：没有一种系统能适合所有模式 324.1.4 关于“去中心化”的说明 334.2 系统界限之外 354.2.1 系统的视角 354.2.2 外源和内源引用 37第五章：框架的深度分析 415.1 协议层 415.1.1 初始组件 415.1.2 变动组件 425.2 网络层 455.2.1 通信组件 455.2.2 交易处理组件 475.2.3 验证组件 495.3 数据层 525.3.1 操作组件 525.3.2 账本组件 54第六章：应用框架案例研究 566.1 比特币 56协议 56网络 57数据 586.2 比较分析 596.2.1 案例研究 596.2.2 这些是分布式账本技术系统吗？ 606.2.3 协议 616.2.4 网络 646.2.5 数据 686.3 比较分布式账本技术系统案例研究中的差异 706.3.1 总结框架结果 706.3.2 参与方式差异 716.3.3 探究当前分布式账本技术系统蓝图 726.3.4 关键设计决策和启示 73第七章：结论 747.1 总结 747.2 研究贡献 757.3 研究不足及未来方向展望 76附录A：分布式账本系统详解 77附录B：案例比较 78附录C：术语表 81还在路上社会大众对分布式账本技术、区块链、数字资产等这些新鲜名字的认知度呈现梯度和爆发式发展！比特币的火爆普及了背后的区块链概念，随后分布式账本技术这个拗口的名词开始浮出水面，走进公众视野，引起大家的关注。但是，从技术信徒的“链圈”到资本躁动的“币圈”，从业界到学术界到政府部门，从专业人士到社会公众，大家对基本概念的定义和理解差异之大可谓南辕北辙。有一知半解的，有不求甚解的，加之一些“初心不良”势力出于一己私利而故意混淆视听，形势大有失控的风险！正是在这样一个背景之下，浙江大学互联网金融研究院（ AIF）很高兴和剑桥大学新兴金融研究中心（CCAF）一起发布“分布式账本技术系统： 一个概念框架”报告的中文版。报告对目前分布式账本技术系统相关的术语定义的厘清、概念框架的构建、研究模型的应用以及未来研究的建议进行了较为系统的理论概括和案例分析，旨在为这一还在发展初期的新兴领域的未来研究和健康发展贡献智慧！分布式账本技术显然还处于起步阶段，它的潜在影响是巨大的，前景是诱人的，但我们对它的认知正如技术本身的发展一样“还在路上”。同样作为关注跟踪这一领域的研究机构， CCAF和AIF也“在路上”，所以报告本身不足之处在所难免。中文版的翻译工作具体由浙大AIF区块链研究室组织人员完成，由于行业变化快、时间短和专业能力不足等因素，欢迎指正！贲圣林、杨小虎、张瑞东、李启雷浙江大学互联网金融研究院研究团队剑桥大学新兴金融研究中心加密货币和区块链研究部门主管，作为联合作者发布过两篇关于加密货币和区块链生态系统实证分析的标杆性研究报告。m.rauchsjbs.cam.ac.ukMichel Rauchs项目主管伯克利法学院区块链法律研究的主管。研究领域包括公司治理和公司金融，金融监管，协议设计。asgliddenberkeley.eduAndrew Glidden联合作者（按字母顺序排列）犹他大学大卫埃克尔斯商学院访问学者，加州大学默塞德分校研究员。研究主要集中在战略、企业家精神和创新等。brianrgordongmailBrian Gordon芝加哥大学经济系讲师，剑桥大学新兴金融研究中心研究员。她的研究检验了在加密货币不同货币和货币体系中的经济意义和行为。gcpietersuchicago.edu Gina Pieters剑桥大学新兴金融研究中心助理研究员，她在工作中考察了监管系统及区块链项目中的治理、管理控制、弹性以及脆弱性。kvagneur.phd91london.eduKathryn Vagneur剑桥大学新兴金融研究中心执行主任、联合创始人。他参与联合撰写了超过 15篇新兴金融方面的研究报告。b.zhangjbs.cam.ac.uk Bryan Zhang 剑桥大学新兴金融研究中心访问学生，在马尔凯理工大学攻读银行与金融硕士学位。硕士论文是关于论述分布式账本技术系统对证券后交易服务的影响。m.recanatinijbs.cam.ac.ukMartino Recanatini剑桥大学新兴金融研究中心访问学生，在剑桥大学攻读化学工程硕士学位。现在伦敦高盛投行工作。 fr339cam.ac.ukFranois Rostand 序 言工业工程师和经济学家（加州大学伯克利分校博士），他将创新经济学应用于早期的技术研发。曾在 SAP和梅赛德斯 -奔驰公司工作，现在从事区块链与企业系统交叉方面的咨询工作。beigecal.berkeley.eduOliver Beige其他参与者加密货币协议项目投资顾问，同时也为包括IMF等机构在相关问题上提供咨询。jillruthcarlsongmailJill CarlsonCastle Island风险投资公司的合伙人，公司总部位于波士顿，专注投资区块链领域。创建了一 家 为 公 有 链 提 供 开 放 数 据 源 的 公 司Coinmetrics.io。毕业于爱丁堡大学，硕士论文为密码学治理结构方面的问题。niccastleisland.vcNic Carter马克斯普朗克创新与竞争研究所的高级研究员，牛津大学基布尔学院欧盟法律专业讲师。曾著有欧洲的区块链监管和治理（剑桥大学出版社， 2018年），并向多家机构提供法律和区块链技术交叉方面的咨询。michele.finckip.mpg.deMichle Finck任职于数字货币集团（ DCG），该集团主要投资初创公司和数字资产。曾在安永公司从事三年加密货币和区块链方面的实践工作。larrydcg.coLarry Sukernik圣玛丽大学法学院副教授，伦敦大学学院区块链技术研究中心研究员。她对区块链技术的研究主要集中在治理、语言和操作风险方面。awalchstmarytx.eduAngela Walch翻译校审浙江大学教授，互联网金融研究院院长，现任浙江大学管理学院财务与会计学系主任、教授、博士生导师，浙大互联网金融研究院创始院长，中国人民大学国际货币研究所联席所长。有丰富的国际金融业经历，是海内外各类论坛的常邀演讲嘉宾，在金融科技、新金融、国际金融等领域发表或出版了多篇文章和书籍。贲圣林浙大 AIF区块链研究室首席顾问，互联网金融研究院副院长，浙江大学计算机学院研究员。自 1994年起任教于浙江大学，现任浙江大学软件学院常务副院长、计算机学院软件研究所副所长、浙江大学道富技术中心主任。长期从事金融信息技术、云计算、软件工程等方面的研究工作，先后承担了国家支撑计划、国家863计划项目、省部级项目和国际合作项目等20余项，在国内外核心刊物、国际会议发表学术论文60余篇。杨小虎浙大 AIF区块链研究室主任，美国内布拉斯加大学林肯分校信息管理学博士 , 现任美国威斯康辛大学奥克莱尔分校计算机信息系统学终身教授。研究领域包括云计算的架构及优化、区块链及数字货币技术的应用及开发、电子商务、开源技术以及下一代互联网的发展及应用。主要从事计算机网络、数据中心服务器管理及企业级网络资源管理的教学研究工作。多篇学术论文发表在国际学术期刊和重要学术会议上。张瑞东浙大 AIF区块链研究室企业创新顾问，浙江大学 软 件 学 院 讲 师 ， 趣 链 科 技 首 席 技 术 官（ CTO），研究领域为体感人机交互、区块链和移动互联网技术。作为核心研究员参与国家 863计划和国家科技支撑计划，在国内外知名学术期刊和会议发表论文 9篇，获得国家发明专利1项，软件著作权1项。李启雷浙大 AIF区块链研究室全球研究助理，为中国人民大学在读学生，曾在美国市政府和中国人民银行实习；参与翻译英文教材 Financial Markets and Institutions。hederlilygmail王皓月浙江大学竺可桢学院人社班 17级学生，主修金融，浙江大学区块链协会成员，对区块链与金融交叉内容有所探究，并曾多次参与翻译院网文章。m18961015876126叶舒元就读于中国人民大学财政金融学院。曾参加“首届全国区块链保险创新大赛”并入围决赛。1216833537ruc.edu施璐吉浙江大学会计硕士研究生。曾参与 2018亚太地区新兴金融行业调研项目等项目研究。chloegu413163顾雨静浙江大学经济学院本科生。参与 2018亚太地区新兴金融行业调研项目等项目研究。jeff_ff_lixinfoxmail李昕浙江大学管理学院博士研究生，浙大 AIF网贷与众筹研究室负责人。作为主要成员撰写远求骐骥，吐故纳新：中国网贷行业的现在与未来等研究报告，参与编制中国金融科技中心指 数 (FHI)、 全 球 金 融 科 技 中 心 指 数 (GFHI)等，参与编写互联网金融理论与实务教材，参与完成多项省级课题并撰写多篇省级政府咨询要报。主要研究方向：互联网金融，金融市场与监管等。luodaniris163罗丹浙 江 大 学 管 理 学 院 博 士 生 ， 同 时 担 任 浙 大AIF创业金融研究室负责人，研究方向为创业金融、金融科技等。chenxueruzju.edu陈雪如参与翻译浙江大学管理学院博士生，浙大 AIF区块链研究室负责人，主要研究方向为金融科技监管、第三方支付、区块链技术与数字货币。11620038zju.edu刘谆谆浙江财经大学中国金融研究院研究员，香港大学经济学博士。futaolugmail 鲁福韬剑桥大学嘉治商学院新兴金融研究中心研究员、兼数据科学家。专门从事数据库设计、大数据分析及机器学习。她合作出版了多部具有影响力的替代金融行业基基准报告，并合作参与了英国金融监管局英国众筹市场监管大数据分析。她拥有剑桥大学工程系博士学位和诺丁汉大学环境工程一等荣誉学士学位。同时她还获得量化金融和数据科学家专业资格证书。r.haojbs.cam.ac.uk郝睿浙大 AIF区块链研究室全球研究助理，香港科技大学硕士，专业方向为电子通信工程。cxj2827163晁宪金剑桥大学嘉治商学院新兴金融研究中心访问学生，清华大学博士研究生。参与多篇新兴金融基准报告的调研和数据分析工作。 x.haojbs.cam.ac.uk郝鑫分布式账本技术生态体系由于不完整、不一致的定义以及缺乏标准化的术语解释而饱受诟病，这为政策制定者、开发者以及第一次踏足这个领域的人带来了不必要的麻烦。本研究旨在推动国际化的讨论以形成一套共享的、通用的分布式账本技术体系的语言，厘清术语和概念。我们将提供一个正式的分布式账本技术系统的定义以及一系列其关键特性，使之区分于其他系统。本报告也引入一个概念框架作为一种多维度的工具来检验并比较现有的分布式账本技术系统，我们相信这一框架将有助于大家理解这一技术并能实现多种用途，这包括开发分布式账本技术应用的企业和机构、该领域的风险投资者、学者、监管人士以及希望对分布式账本技术系统有更好、更细微理解的政策制定者。这个框架将分布式账本技术系统分解为一组相互连接的层、组件和流程。正是这些小的、十分简单的程序组合并交互在一起形成了一个复杂的动态系统。这些构成分布式账本技术的层遵循一种等级结构：协议层主导着网络层和数据层，它可以支配这些层上的任何决定。分布式账本技术系统中的角色和参与者可以被划分为4类。我们将讨论各个角色和参与者如何分布在不同层，这对于考察这个系统的权力结构至关重要。我们强调分布式账本技术系统的去中心化并非一种二元属性，而是一个由每一层系统组件、层级结构和权力结构相互作用形成的连续变量。我们的框架并未列出在每一层上的各种流程和组件所有可能的配置，而是显示出不同的设计选择（如不同的配置）导致的结果可以产生具有不同特性和特点的系统。这项实践需要应用由框架延伸出的不同方法来分析每一过程。它同时表明了分布式账本技术内在的权衡属性，并根据特定的安全假设、威胁模型和信任关系在一定范围内改变。这其中没有特定的“对”或“错”：应根据案例的需求和目标判断可选的权衡取舍。我们进一步指出分布式账本技术系统通常不是单独运作的，而是与多种外部系统相配摘 要致 谢感谢 Andre Boysen和 Sarah Douglas (SecureKey)以及不愿意公开透露名字的几位公司代表向我们介绍他们各自的分布式账本技术系统的设计和运作，并为我们提供了有益的意见。同时感谢超级账本项目的Marta Piekarska帮助我们联系分布式账本技术系统的业内人士。特别感谢 Jon Frost为早期草稿提供的宝贵反馈意见， Robert Wardrop (剑桥大学新兴金融研究中心 ) 和 Victoria Lemieux (英属哥伦比亚大学 )在前期讨论中提出的有益观点和评论，以及Louis Smith (剑桥大学新兴金融研究中心)对报告的设计和发表做出的贡献。本报告的发布遵循CC BY-NC-ND 4.0协议。独家授权联合发布声明浙 大 AIF作 为 中 文 独 家 授 权 联 合 发 布 剑 桥 大 学 新 兴 金 融 研 究 中 心 报 告 DISTRIBUTED LEDGER TECHNOLOGY SYSTEMS-A Conceptual Framework中文版，凡引用、转载等请标明来源。声 明过去的两年时间内，剑桥大学新兴金融研究中心收到了多家机构的资助（ VISA、安永、野村综合研究所、卓越集团），用于进行独立的学术研究。我们同时也是超级账本项目和Linux基金会的联合（学术）成员。所有的联合作者和参与者所表达的均为个人观点，不代表他们各自所属机构。理论基础报告目标分布式账本技术的概念在比特币和区块链技术之前就存在。Lamport et al.（1982）将拜占庭将军问题理论化，描述了“计算机系统在一个包含对抗的环境中怎样处理 .矛盾的信息”。随后的研究引出了第一个“高度适用的拜占庭容错系统”算法，并且延迟很小（ Castro 有些是矛盾的。 因此，一个大家都能接受的分布式账本技术的定义还有待发掘。例如，世界银行（ 2017）将分布式账本技术系统描述为“比较宽泛定义的分享账本落地的一个特例，” 而这个比较宽泛定义的分享账本是指账本上记录的数据可以在不同参与方之间分享。来自欧洲中央银行（ ECB）的 Pinna Ruttenberg（ 2016）将分布式账本技术描述为一种技术，该技术“允许其用户在交易或账户余额的共享数据库中存储和访问与给定资产及其持有者相关的信息。 该信息散布于用户之间，然后用户可以使用它来结算他们的(资产）转让，例如， 证券和现金，而无需依赖一个可靠的中央验证系统”。 Davidson等人（2016）将分布式账本技术系统视为一个“分布式的、加密安全的且有加密经济激励的共识引擎”。与之相反，英格兰银行（ 2017）提供了一组定义分布式账本技术系统的关键架构特征：“分布式账本技术是一个分布式数据库，也就是说每个节点都有一个同步的数据副本，但分布式账本技术传统的分布式数据库架构在三个重要方面有所不同：（ i）去中心化 ; （ ii）无信任环境中的可靠性 ; （ iii）加密。” 英格兰银行将其定义概括为：一个能够以分布式和去中心化的方式保存和共享记录，同时通过使用基于共识的验证协议和加密签名来确保其完整性的数据库架构。同样， Tasca Tessone（ 2018）列出了似乎是分布式账本技术系统独有的一系列关键功能：分布式账本技术系统是基于社区共识的分布式帐本，其存储数据不是基于区块链 ，区块链的原则是（a.)去中心化共识 （b.)透明化 (c.)安全性与不可更改性。其他的定义仅指“区块链技术”，不区分分布式账本技术和“区块链”。 例如， CongHe（ 2018）将区块链定义为“分布式数据库，即以“区块”为单位自主维护不断增长的公共记录列表，防止篡改和修订，而 Atzori（ 2015）将其描述为一个“不可逆转且防篡改的公共记录存储库，用于存储可以嵌入信息和指令的文档、合同、财产，其应用广泛。”如这些示例所示，对于所谓的分布式账本技术系统，没有真正的和通用的定义。 更具挑战性的是，一方面，定义有时过于具体，技术性使得一般受众无法理解 ;而另一方面，有些过于简单和宽第二章 分布式账本技术系统-设置场景