数字货币:探讨：跨链技术在金融基础设施的应用

撰文：郝凯，就职于HashKeyCapitalResearch

审核：邹传伟，万向区块链、PlatON首席经济学家

来源：链闻

编者注：原文标题为《跨链技术在金融基础设施的应用》

本文对几种主流的跨链技术做了描述和对比，并对跨链技术在金融基础设施中的应用做了分析。公证人机制理论上可以实现不同央行数字货币之间的跨链转账，但存在公证人的选择问题；哈希时间锁受到各国央行的重视，可以成功实现央行数字货币的跨账本券款对付、同步跨境转账等功能，但哈希时间锁还存在缺陷，需要进一步改进；侧链技术方案对于央行数字货币不适用；中继链技术方案的实际运行经验非常少，如果Cosmos和Polkadot未来能成功实现中继链功能，对于央行数字货币会是一种可行的选项。

未来央行数字货币的格局

区块链技术在货币和支付领域的应用，已成为备受关注的前沿问题。近期，人民银行DC/EP开始在深圳、雄安、成都、苏州进行试点测试；Facebook发起的全球稳定币项目Libra做出重大修改，发布2.0版本白皮书，开始加速推进；日本银行与欧央行合作的Stella项目、新加坡金管局的Ubin项目和加拿大银行的Jasper项目等都已经对区块链技术在金融领域的应用做了大量的研究工作。

美联储发表论文探讨推出数字美元的先决条件:2月25日消息，美联储（Federal Reserve）周三发表的一篇新论文阐述了美联储可能考虑推出数字美元的一些先决条件。论文作者强调，“明确的政策目标、广泛的利益相关者支持、强有力的法律框架、强大的技术和市场准备”是“支持美国通用CBDC的高水平环境先决条件”。事实上，这份报告被定位为进一步讨论的起点，而不是美联储未来行动的明确风向标。论文表示，“与广泛的利益相关者接触并监测市场准备情况，可以为明确的政策目标提供信息，本文并不打算规定如何处理这些先决条件;它的目的是激发进一步的研究，在美联储决定是否(以及如何)推进CBDC之前，仍有大量工作要做。”昨晚消息，美联储主席鲍威尔表示，美联储将在中央银行数字货币（CBDC）问题上“相当积极地与公众接触”。（TheBlock）[2021/2/25 17:50:19]

虽然Libra项目的愿景是成为「全球支付系统和金融基础设施」，但考虑到Libra一篮子货币稳定币可能引发的货币主权和货币替代问题，Libra将以单一货币稳定币为主。未来大概率的场景是，主权国家发行自己的央行数字货币，辅以市场机构推出的单一货币稳定币。

在这种情况下，各国的央行数字货币是基于不同的区块链。在跨境转账、券款对付等场景中，信息和资产需要在不同的区块链上进行流转，各国的央行数字货币之间必须实现互联互通。跨链技术是实现链间交互的解决方案。

香港财政司司长：特区政府和金管局将积极和央行探讨数字人民币的可行方案:11月23日消息，香港特区政府财政司司长陈茂波23日出席团结香港基金“团结卓尔论坛”并致辞表示，香港是全球领先的国际金融中心，近年来本地金融科技业蓬勃发展，具备良好的条件在较高的起步点上探索数字货币等金融科技的发展和应用。“我们一直留意中国人民银行数字人民币的发展。特区政府和金管局将积极和人民银行共同探讨各种可行方案，完善及扩大跨境人民币资金双向流通的渠道。”（新华社）[2020/11/23 21:50:30]

主流的跨链技术

不同区块链之间的信息隔离会造成区块链的孤岛效应，大大限制区块链的价值转移能力和应用范围。跨链技术可以把不同的区块链连接起来，实现不同链之间的互联互通。目前，主流的跨链技术包括公证人机制、哈希时间锁、侧链和中继链。

公证人机制

公证人机制是所有跨链技术中最简单的一种，不同区块链之间使用共同信任的第三方充当公证人进行连接。公证人为交易双方创建资金托管，当所有交易参与方对这笔交易达成共识时，便可自动触发交易。根据公证人的数量和签名方式，公证人机制可以进一步细分为单签名公证人机制、多签名公证人机制和分布式签名公证人机制等。

日媒：G20拟为数字货币交易开绿灯，将探讨监管措施:7月11日消息，多名G20相关人士透露，二十国集团（G20）已朝着事实上允许代替现金的结算工具“数字货币”的方向，启动了协调，预计10月将全面开始探讨防止等监管措施。G20此前担忧美国社交网站巨头脸书计划发行的“Libra”的影响力，一贯制约民间企业的动向，但由于各国央行也加速了导入计划，因此将转换方针，国际上围绕数字货币的讨论也开始进入新局面。脸书去年发布的Libra计划受到世界各国的强烈反对，曾表态参加的主要企业陆续退出。另一方面，中国政府开展了“数字人民币”试运行，柬埔寨央行争取年内导入等，国家层面的行动变得具体起来。曾经态度谨慎的美国也启动了讨论，G20不得不进行应对。日本央行2日发布了关于数字货币的报告，计划将开展实证试验。若能实现，被期待会减少汇款手续费等；但如何应对不能熟练使用智能手机等终端的老年人们，也将成为课题。据报道，G20财长和央行行长18日将在线召开定期会议，确认数字货币等主要议题的今后的讨论安排。（日本共同社）[2020/7/11]

因为公证人机制非常简单，所以这种模式的适用范围非常广泛，理论上可以用于任意两条区块链之间的交互。但也有观点认为，公证人机制是中心化的产物，与区块链的去中心化理念不相符。

动态 | 《审计理论与实务》系统地探讨了审计的未来变革趋势，包括区块链审计等:近日，由对外经济贸易大学陈汉文教授和浙江大学韩洪灵教授主编的《审计理论与实务》正式出版，在“大智移云物区”时代，审计环境与审计客体都将发生深刻的变化，这必然会引发审计技术、方法与模式的重大变革。为此，本书以专门的一章较为系统地探讨了审计的未来变革趋势，包括信息系统审计、数据审计、区块链审计以及人工智能审计等，以为学生从理论和实践层面全方位透视数据时代的未来审计提供前瞻性的洞察。（中证网）[2019/12/26]

哈希时间锁（HashTimeLockedContract，HTLC)

哈希时间锁最早起源于闪电网络，使多个用户之间的「条件支付」能以去中心化、无需第三方受信任中介的方式完成，在多跳支付、原子交换和跨链交易等中有广泛应用。

HTLC的核心是时间锁和哈希锁。时间锁指，交易双方约定在某个时间内提交才有效，超时则承诺方案失效。哈希锁指，对一个哈希值H，如果提供原像R使得Hash(R)=H，则承诺有效，否则失效。如果交易因为各种原因未能成功，时间锁能够让交易参与各方拿回自己资金，避免因欺诈或交易失败造成的损失。

假设Alice想开启一个与Bob的交易，交易金额为0.5BTC，但Alice需要通过Carol才能与Bob建立通道进行交易，如下图所示。

新西兰央行发文 探讨发行央行数字货币的利弊:新西兰储备银行（新西兰央行）周二早间在官网发布一篇探讨发行央行数字货币利弊的文章。这篇文章探讨了加密货币的本质——将与现金一起使用，需要有一个固定兑换现金的汇率，不带利息，并且资产负债表不能为负。加密货币可以采用“传统”数字货币的形式，这种货币依赖于现有的支付技术来运作，或依赖于分布式记账技术。对央行来说发行央行加密货币需要更好地评估和理解货币政策，以及加密货币对金融稳定的影响。这篇文章并没有讨论如何设计一种央行发行的加密货币；也没有建议新西兰央行自己发行。[2018/6/19]

图1：HTLC与支付路径

第一步：Bob设定原像R，把哈希值H=Hash(R)告诉Alice。

第二步：Alice通过HTLC向Carol进行条件支付：当且仅当Carol在T时刻前提供与哈希值H对应的原像R，Alice才向Carol支付0.5BTC。类似地，Carol通过HTLC向Bob进行条件支付：当且仅当Bob在t时刻前提供与哈希值H对应的原像R，Carol才向Bob支付0.5BTC，其中t

第三步：Bob如果在t时刻前向Carol提供R，获得0.5BTC，此时Carol知悉R。反之，0.5BTC会返回给Carol，Carol不会遭受任何损失。第四步：Carol如果在T时刻前向Alice提供R，获得0.5BTC。反之，0.5BTC会返回给Alice，Alice不会遭受任何损失。

侧链（Sidechain)

侧链是一种锚定主链代币并使该代币可以在主链和侧链之间进行价值转移的协议。最初，侧链是一种解决主链可扩展性问题的扩容技术，可以读取主链的事件和状态。一般来讲，主链可以不知道侧链的存在，而侧链必须要知道主链的存在。需要注意的是，侧链实现的是货币价值的转移，不是货币的转移。

双向锚定是实现侧链的基础，即暂时将主链上的代币锁定，然后将等价值的代币在侧链上释放；当等价值的代币在侧链上被锁定时，释放主链上被锁定的原始代币。针对双向锚定中的资产管理和监督问题，目前主要有以下三种模式：单一托管人模式、联盟托管模式和SPV模式。

中继链

中继链本质上是公证人机制和侧链机制的融合和扩展，可以视为侧链的升级版本。目前，最知名的两个跨链项目Cosmos和Polkadot采用的都是基于中继链的异构多链系统。

Cosmos是在Tendermint共识算法基础上建立的一个支持跨链交互的异构网络，具有高性能、一致性等特点。Cosmos系统中主要包括枢纽和分区两种角色。Hubs是指用于处理跨链交互的中继链，Zones是指一般的平行链。但是，Cosmos目前只支持资产的跨链，功能开发进度比较慢并且团队内部传出不和声音。

Polkadot是一个异构多链系统，旨在支持并行的多个区块链。Polkadot系统中包括中继链和平行链。中继链实现多条平行链之间的跨链交互，平行链可以满足构建不同应用程序的特定需求。目前，Polkadot主网刚刚上线，还处在项目早期，很多功能还有待在实际运行中检验。

技术方案的对比

表1：跨链技术方案的对比

跨链技术在金融基础设施的应用

各国央行着重于研究区块链技术在支付系统、证券结算系统、同步跨境转账等金融市场基础设施的应用，这同时也是央行数字货币未来主要的应用场景。对于央行数字货币而言，上述几种跨链技术的适用性存在明显的差别。

理论上讲，公证人机制非常简单，可以直接采用开源的Interledger协议。公证人机制适用于任意两条区块链之间的交互，实现不同央行数字货币之间的跨链转账。同时，如果由商业银行来充当公证人的角色，可以直接复用部分现有的银行体系。当两个不同国家的用户和商家进行支付和转账时，商业银行作为公证人为交易双方创建资金托管，当交易参与方达成共识后便可触发交易。在现行的系统中，跨境转账涉及银行账户操作复杂、国际支付标准不一、流程透明度低、监管重复、费用高等缺点。采用公证人机制的央行数字货币之间的跨境转账则可以避免这些缺点。

图2：现行跨境支付流程示意图

但在实际应用中，使用公证人机制还存在一些问题。央行数字货币是央行对公众的负债，最终的结算服务必须通过各国的中央银行。而不同中央银行之间进行跨链交互时，公证人角色是很难选择的。商业银行的信用低于中央银行，不能为中央银行担任公证人；而IMF和BIS这类国际金融机构的信用高于一般商业银行，但这类机构的信用也很难说高于主要中央银行。因此，公证人机制在央行数字货币中的应用存在公证人的选择问题。

对于哈希时间锁来讲，Ubin、Stella和Jasper等各国央行主导的区块链研究项目都非常重视对哈希时间锁的研究和使用。在这些研究项目中，哈希时间锁可以成功实现跨账本券款对付、同步跨境转账等功能。在参与者理性前提下，哈希时间锁中所有「条件支付」要么全部完成，要么全不完成但所有参与者都能拿回自己的资金，交易是原子式的。同时，原像和资金相向流动，原像可以被视为收据。

但并不是所有参与者都会做出理性选择，哈希时间锁不是一种完美的解决方案。Stella项目测试发现，使用HTLC的跨账本券款对付可能发生结算失败，并导致两种不同结果。第一种结果是资金和证券被退还给各自原始持有人，两个交易对手方都不会承担太大风险，但会面临重置成本风险和流动性风险。第二种结果是资金和证券都会被一个交易方获得，另一方会承担较大的本金风险。目前，哈希时间锁还存在缺陷，需要进一步改进。

对于侧链技术方案来讲，在这种机制中存在主链和侧链，主链可以不知道侧链的存在，而侧链必须要知道主链的存在，通过侧链技术方案进行交互的区块链之间有明显的主次之分。而不同的央行数字货币之间的关系是对等的，侧链机制与央行数字货币的实际情况不相符。所以，侧链技术方案是不适用的。

从结构上看，中继链技术方案适用于不同央行数字货币之间的交互。各国的央行数字货币以平行链的形式接入同一个中继链。各国央行可以担任中继链验证人，运行中继链节点、保护中继链的安全。但是，中继链技术方案的实现难度比较高，实际运行经验还非常少。如果Cosmos和Polkadot未来能成功实现中继链功能，做到系统稳定、可扩展性高、易于接入和升级等特点，中继链技术方案会是一种可行的选项。

综上所述，对于央行数字货币而言，几种主流的跨链技术方案具有不同的特点和适用性。公证人机制理论上可以实现不同央行数字货币之间的跨链转账，但存在公证人的选择问题；哈希时间锁受到各国央行的重视，可以成功实现央行数字货币的跨账本券款对付、同步跨境转账等功能，但哈希时间锁还存在缺陷，需要进一步改进；侧链技术方案对于央行数字货币不适用；中继链技术方案的实际运行经验非常少，如果Cosmos和Polkadot未来能成功实现中继链功能，对于央行数字货币会是一种可行的选项。

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