吳云、朱瑋

比特幣真的能夠替代現有法定貨幣體系而擔當貨幣大任嗎？我們先來看看兩個簡單的感性數據，就可以知道這種期望是不現實的：比特幣交易驗證的平均等待時間是10分鐘；迄今為止，比特幣在2017年12月發生了歷史上最嚴重的交易擁堵現象，當月一筆交易的平均等待時間是兩天兩夜！

從系統技術效率的角度，比特幣（bitcoin）之于現有的電子支付（如支付寶），猶如馬車之于火箭，差別巨大。讀者可能會奇怪，在這個比喻里，究竟比特幣是馬車，還是支付寶是馬車？筆者可以負責任地說：“比特幣是馬車！”實際上，作為支付工具，比特幣相比較于支付寶，比馬車與火箭的速度差距還要大一百倍。請注意，這里僅是從支付工具的角度討論，并不否認比特幣帶來的區塊鏈技術所蘊含的創新性和應用價值。（詳細參考筆者文章《虛擬貨幣：失敗的貨幣實驗和成功的技術革新》，2020-08-30，澎湃商學院）。

2009年，比特幣的誕生，標志著虛擬貨幣作為一種現象級事件正式登上了歷史舞臺。我們一般將比特幣這種私人發行的數字貨幣稱為“虛擬貨幣”，截至2020年3月5日，僅利用以太坊上的ERC20開發的虛擬貨幣就達到24.55萬種。比特幣深受私人貨幣思想的影響，不僅懷有取代現有法定貨幣還懷有改變現有金融格局的宏大理想。比特幣的設計者和創始人“中本聰”在《比特幣白皮書》中指出，比特幣是“一種純粹的點對點電子現金，不通過金融機構，可以實現交易對手之間直接的網絡支付”。比特幣誕生以后，引發了各界廣泛的關注，人們曾經對虛擬貨幣抱有很大的期望，很多人將其視為替代現有支付體系的“高科技武器”，甚至大膽預測比特幣所開創的點對點支付手段將會使金融體系徹底擺脫對金融機構的依賴。

記得我們的中學教科書里說過，新生事物的發展是曲折的。這句話用到比特幣和眾多虛擬貨幣之上也是合適的。比特幣確實提供了一種新型貨幣和支付體系的思路，但是，至少到目前為止，比特幣和各種虛擬貨幣并沒有表現出作為支付手段的任何優勢，甚至在關鍵技術指標上可以說是“落后的”，它們不可能成為公眾可以大規模使用的支付手段。

為什么現實和期望之間有如此巨大的反差？這還要從比特幣的底層技術說起。

一、比特幣的交易數據構造：交易、區塊、鏈

和傳統的電子支付一樣，比特幣也拋棄了紙鈔、黃金這樣的實體，但為了在點對點環境下實現可信支付，比特幣創造性地使用交易記錄作為貨幣的載體。雖然在比特幣名字中有“幣”這個字, 但在比特幣這個系統中并不存在一枚金光閃閃的“幣”。 比特幣所構造的模型迥異于傳統銀行系統的余額制, 當然更不同于古老的金銀鑄幣和紙鈔（倒是在流通模式、隱私保護上與金銀和紙鈔類似）。中本聰設計的比特幣，以交易記錄的形式出現。你并非擁有一個比特幣, 而是擁有別人轉比特幣給你的一筆記錄。這個記錄就叫作“未花費的輸出”（Unspent Transaction Output，UTXO），可以理解為一張可轉讓的權利電子憑證。

很多論著或報道告訴我們，區塊成鏈，所以我們把這種技術形象地稱為“區塊鏈”。實際上，比特幣區塊之中的交易通過UTXO記錄的形式也勾連成鏈，形成了連續的交易鏈條，也即交易成鏈。我們來具體了解一下“區塊”的特點和“鏈”的形成過程。

“區塊”是將多筆交易數據打包在一起形成的數據體?？梢詫^塊理解為一個賬本, 賬本里記錄了多筆交易。單筆交易在最簡單的情況下，大小為250字節, 當然實際發生的交易會大于這個數值。每個區塊大小被中本聰限定最大為1兆字節（1024千字節）, 那么我們就可以算出來, 一個區塊最多可以容納4096(1024000/250) 筆交易。以賬本作比喻, 中本聰限定了一個賬本最多只有1024頁。而每個最基本的交易要占用四分之一頁, 那么一個賬本最多就是4096筆交易。

區塊成“鏈”的同時交易也成鏈。記賬人按照規則在賬本（區塊）上記滿了交易后，在封面貼上時間封條，同時在賬本封面上記錄前一個賬本的編號，這樣就在賬本之間構成了一個首尾相連的賬本鏈條。這樣構成的賬本鏈條, 有一個特點：越老的賬本, 其中的交易越難以篡改。若要更改2015年高度為363270區塊中的一筆交易, 那么就要將自2015年該賬本之后的所有賬本, 全數改掉, 重新記賬才可做到。

如何防止篡改賬本呢？比特幣創造性使用了工作量證明（POW）機制，礦機通過哈希運算競爭獲得記賬權，從而防止區塊篡改。比特幣沒有中心服務器，而是由所有節點的礦機自發運行為系統提供算力。礦機通過競爭，以獲得記賬權，系統會給獲得記賬權的礦機以比特幣作為獎勵。也就是我們常說的“挖礦”。礦機作POW運算就是對“區塊頭”數據進行兩次哈希運算（比特幣使用的是SHA256哈希運算）, 得到了一個256位的哈希值。

算出哈希值只要幾秒時間，礦機在瞬間即可完成，因此，比特幣給哈希運算提出了要求，也即你必須算出指定要求的哈希值，比如，前19位數都是零。這樣，難度陡然增加。礦機要算出指定要求的哈希值，必須用試錯的方法，將隨機數（專業上稱作“被使用一次的非重復的隨機數值”，即Nonce）不斷代入以運算出小于某個數值的哈希值。因為SHA256的運算結果是非常隨機的, 所以, 要想運算出指定的哈希值, 唯一的方法就是不停地嘗試Nonce。因此, 礦機是否能夠挖礦成功, 一是依賴礦機的運算速度; 二是依賴運氣, 也許第一次改變Nonce的值, 就得到了合乎大小的哈希值, 也許運行幾百億次, 也沒有得到。比特幣設置了自動調節哈希運算的時間，將其設定為平均十分鐘，并動態調整。這個時間設定，是兩個方面的平衡，時間太少，消耗算力不夠，無法讓篡改企圖知難而退，且造成網絡同步不穩定，而時間太長則交易確認時間過長，礦機體驗太差。（哈希運算問題比較復雜，這幾個術語我們限于篇幅不作詳細解釋，有興趣的讀者可以閱讀《區塊鏈簡史》第四章。）

以上是對比特幣的區塊鏈原理的基本解釋，對于非技術人員了解比特幣的運行效率而言，至關重要的有三個方面：

第一，可以將每一次比特幣交易驗證過程理解為一次“出塊”，就是將很多交易數據文件整理在一起后封裝，并蓋上數據哈希和時間戳，從此不再更改（前提是在哈希競賽中勝出并在共識機制中得到足夠多的確認）。

第二，比特幣區塊大小被設定為1兆字節，每個區塊理論上只能記載4096筆交易。

第三，出塊時間就是礦機們驗證交易、區塊打包、哈希競賽的時間，按照比特幣代碼的設定，比特幣哈希競賽的目標難度值會進行動態調整，使出塊時間平均維持在10分鐘左右。

二、從單筆交易速度看，比特幣“出塊”時間被設定為平均十分鐘，耗時是支付寶的200倍，無法用于公眾日常使用

比特幣在底層技術上將“出塊”時間設定為平均10分鐘，這也即意味著完成“一批”交易的驗證時間是10分鐘。每次交易的平均確認時間也在10分鐘左右。對于公眾日常支付，這個速度是無法接受的。試想，你在超市結賬，排在你前面的人，用比特幣發起支付到商家確認收到比特幣，要10分鐘，這隊應該排到幾公里外了。再仔細用簡單的數字計算一下：超市的一個收銀柜臺要10分鐘完成一筆收款，一個小時才6筆，在8個小時的營業時間里只能完成48筆?？梢哉f比特幣的這種速度是無法滿足公眾的日常使用需求。

大家可以回想一下我們日常使用電子支付的時間。生活經驗告訴我們，支付寶每筆交易的系統處理時間不超過3秒（僅指系統處理時間，不包括打開App，輸入密碼等用戶操作所耗費時間），網絡銀行轉賬也可以幾秒之內到賬。按照中國銀聯的技術規范，非接觸卡交易時間更是應少于500毫秒。三、從并發交易速度看，比特幣的每秒可處理交易數量是支付寶的3.7萬分之一

決定一個系統交易處理速度的，還要看并發處理能力。比如，一條高速公路能夠行駛多少輛車，除了要看道路長度，還要看道路寬度，這個寬度決定了一次可以通過多少輛車。比特幣每10分鐘最多處理4096筆交易，換算到每秒，也就是每秒最多處理6.83筆交易。而根據支付寶2017年“雙十一”公布的數據，支付寶的每秒交易處理量峰值是25.6萬筆。著兩者的處理速度差距有多大呢？相差了3.7萬倍！而火箭的第一宇宙速度和馬車的速度也僅是474倍的差距。打個比方，“比特幣高速公路”十分鐘通過4096筆交易，換算到每一秒僅通過6.83筆交易，而“支付寶高速公路”一秒鐘通過25.6萬筆交易。假如全球有4097筆交易，那么第4097筆交易注定要在4096筆交易完成后，在下一個10分鐘才能完成。想象一下，在出行旺季，高速公路只有一個收費站，必然是綿延幾公里、幾十公里的汽車排隊長龍。2017年12月，由于比特幣價格上漲導致比特幣交易量暴增，比特幣系統開始擁堵，當月一筆交易平均等待時間是兩天兩夜。

四、從可承載交易總量看，比特幣也難以成為大規模支付手段

通過進一步的簡單的數學計算，我們可以發現，理論上比特幣一日僅能處理59萬筆交易，一年僅能處理2.12億筆交易。從實際處理交易看，以2019年第三季度數據為例，比特幣每日交易為30萬筆左右，從2009年1月9日至2019年4月12日，比特幣歷史累計共計有約4億筆交易。

專門進行網絡第三方支付清算的中國網聯平臺日均處理11.8億筆交易，接近比特幣歷史交易總量的三倍。需要注意的是，這個數字只是中國網絡第三方支付網絡支付的部分交易量，我國網絡第三方支付網絡支付的交易有些通過網聯轉接清算，有些交易通過銀聯轉接清算，還有相當一部分在支付巨頭體內自循環。比特幣系統滿負荷運轉，理論上每年僅能承載2.12億筆交易，相當于網聯每日清算量的五分之一左右。比特幣將近十年的累計歷史交易量僅相當于網聯清每日清算量的三分之一。五、從各國央行數字貨幣的架構選擇，反證當前區塊鏈技術的不足

比特幣所帶來的區塊鏈技術發源于民間密碼學社區，但很快便吸引了各國政府部門，尤其是各國央行的興趣。以中國、英國、加拿大、日本、新加坡為首的多國央行，各自展開了區塊鏈技術實驗。多數央行在數字貨幣實驗中，確實使用了區塊鏈技術，但只應用在批發業務中（批發業務即金融機構間的交易和清結算業務），而非零售業務（即普通公民的日常支付、轉賬業務）。

毫無疑問，批發業務所面臨的壓力遠遠小于零售業務。這種選擇和定位，雖然主要出于金融業務上的考慮，但一定程度上也反映了對區塊鏈技術的態度。英國、加拿大等進行央行數字貨幣實驗的國家不約而同都聲稱對區塊鏈的興趣主要在于“結算效率”。也即金融機構之間的結算在區塊鏈上可以實現“交易即結算”，不再需要央行居間處理。注意，此處的效率僅指“結算效率”，并非我們前文所討論的技術層面的效率（交易速度、承載能力等）。

根據公開資料顯示，我國的央行數字貨幣DCEP，是全球首個在零售領域進入實驗階段的央行數字貨幣。但是，DCEP并未完全照搬區塊鏈技術，僅引入了分布式賬本技術，用于實現交易追溯，這種交易追溯類似于前文所述的“交易成鏈”。在發行、清結算、支付、回收銷毀等環節，DCEP都堅持以央行為中心，技術上也以中心化系統為核心。

從各國央行數字貨幣實驗中的技術選擇，側面說明了在主流貨幣和支付系統領域，當前的區塊鏈技術并非主流官方的首選。

六、總結：虛擬貨幣難堪貨幣大任

比特幣作為一種技術創新，具有革命性意義。但是，比特幣的單筆交易確認速度過慢、并發處理能力過低，這些技術特點決定了其無法成為可以被公眾大規模使用的支付手段，難以取代現有法定貨幣體系而擔當貨幣大任。比特幣類似技術在支付和結算領域的成就，僅能適用于對時效性要求不高、交易量有限的批發型業務。

當然，后續的虛擬貨幣一直試圖對比特幣做提升和改進，但至今依然無法作為大規模社會公眾使用的支付手段。例如，以太幣（ETH）的交易效率高峰也僅為每秒15筆左右。據報道柚子幣（EOS）曾達到每秒3996筆交易，但也至多作為小的國家、地區或者行業的支付工具。

2019年以來常被提及的“閃電網絡”寄希望于通過離線技術實現比特幣無延遲、低成本交易，但閃電網絡當前的支付容量極為有限，且存在一系列技術不足。2016年Poon與Dryja在一篇論文比較系統地提出了閃電網絡的構想，其原理是把海量的小額交易放到閃電網絡的節點上執行，而并不提交到比特幣系統中，比特幣系統只作為閃電網絡的后臺“抵押”和“結算”系統。2018年1月閃電網絡系統在比特幣主網上線，截至2020年3月6日閃電網絡節點共計11624個，支付通道共計36289個，整體支付容量為895個比特幣。對閃電網絡上線之后的研究表明，閃電網絡結構趨向中心化，網絡運行效率依賴大型中心節點的支付容量，而非點對點網絡的規模擴張。

比特幣和當前眾多的其他虛擬貨幣還無法成為可以被公眾大規模使用的支付手段，未來的技術發展也許可讓區塊鏈可以成為大容量支付系統，但虛擬貨幣的內在價值、交易成本、合規等問題依然存在，可能依然難當貨幣大任。這是比特幣等虛擬貨幣作為私人貨幣的局限，又是一個極具爭議的話題，讓我們留待下回繼續展開。

（作者吳云、朱瑋合著有《區塊鏈簡史》。本文源自吳云、朱瑋發表在《金融監管研究》2020年第6期上的論文《虛擬貨幣：一場失敗的私人貨幣社會實驗？》，澎湃新聞刊登的這一版本，作者進行了一定的改寫，感興趣的讀者不妨參閱原文。）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的虚拟货币为何难当货币大任？从比特币底层技术说起的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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