2017 3rd International Conference on Humanity and Social Science (ICHSS 2017) ISBN: Research on the Application of Blockchain in Cen

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1 2017 3rd International Conference on Humanity and Social Science (ICHSS 2017) ISBN: Research on the Application of Blockchain in Central Bank-issued Digital Currency Lei ZHOU 1,* and Yi-ning SUN 2 1 School of Business, Suzhou Vocational University, Suzhou , China 2 School of Economics and Management, Southeast University, Nanjing , China *Corresponding author Keywords: Blockchain, Digital currency, Central Bank-issued Digital Currency, Monetary policy. Abstract. The successful operation of blockchain technology in bitcoin system guarantees the possibility of the Central Bank-issued Digital Currency (CBDC). By analyzing the evolution logic of digital money, the operation mechanism and main classification of blockchain, we can conclude the main applications of blockchain in the CDBC. First, we can use the consensus mechanism of blockchain and tamper-resistant data to construct the binary system of CBDC. Second, licensing chain helps to balance privacy protection and financial regulatory. Third, alliance chain can meet the demand of system carrying capacity and security for large transaction. Finally, asymmetric encryption algorithm enables achievement of non-fraudulent transfer. When promoting the digitization of legal currency, Central Bank and relevant government departments should also improve the regulation of blockchain and network security. It is important to prudentially assess the impact of CBDC on the current monetary system, and to improve the effectiveness of monetary policy. 区块链技术在央行法定数字货币中的应用研究周雷 1* 2, 孙伊宁 1 苏州市职业大学商学院, 苏州, 中国 2 东南大学经济管理学院, 南京, 中国 * 通讯作者关键词 : 区块链 ; 数字货币 ; 央行法定数字货币 ; 货币政策摘要 : 区块链技术在比特币系统的成功运行, 为其应用于央行发行的法定数字货币提供了可能通过分析数字货币的演进逻辑和区块链的运行机制与主要分类, 可以得出区块链在央行法定数字货币中的应用主要包括 : 利用区块链的共识机制和数据不可篡改性构建央行法定数字货币发行的二元体系 ; 利用许可链平衡法定数字货币的隐私保护与金融监管要求 ; 使用联盟链满足大规模交易对系统承载能力和安全性的要求 ; 应用非对称加密算法实现无欺诈转账等在推进法定货币数字化进程中, 央行和相关政府部门还应完善对区块链技术和网络安全的监管, 审慎评估其对现行货币体系的影响, 提升货币政策的有效性 1. 引言数字货币 (digital currency), 是货币形式电子化发展演变的产物, 代表了货币未来的发展方向根据发行者的不同, 数字货币可以分为央行发行的数字货币和私人发行的数字货币其中, 央行发行的数字货币, 是指中央银行发行的, 以代表具体金额的加密数字串为表现形 226

2 式的法定货币 [1] 2017 年, 中国人民银行基于区块链技术的数字票据交易平台测试成功, 标志着央行法定数字货币从理论探索到实际应用开始迈出实质性步伐但是, 上述测试仅是搭建了区块链在数字货币票据业务应用的原型系统, 而起源于比特币的区块链技术, 能否满足央行发行法定数字货币对网络安全隐私保护金融监管和交易规模等方面的要求, 仍有待进一步探索本文将在梳理和比较各种数字货币的基础上, 分析区块链的运行机制和主要分类, 重点探讨各类区块链在法定数字货币中应用的可行性, 最后提出相关政策建议 2. 数字货币的演进历程在货币产生的几千年中, 随着商品交换和信用制度的发展, 货币形态经历了实物货币金属货币代用货币信用货币等阶段, 从具体的商品逐渐演变成抽象的符号 [2] 计算机的发展大大降低了电子支付成本, 于是新的货币形式数字货币应运而生随着互联网信息技术的进步, 数字货币自身的内涵和外延也在不断演进和丰富 2.1 电子货币阶段电子货币是数字货币的雏形, 是数字货币的初级阶段电子货币作为央行发行的纸币电子化后的一种流通形式, 最初是以银行卡为载体的这类电子货币的出现, 能够更便捷地完成资金支付, 但银行卡本身不存储价值, 而是提供了用于识别用户账户身份的标志 1982 年, 数字货币之父 David Chaum 发表用于不可追踪的支付系统的盲签名论文, 首次提出利用新的密码协议 ( 盲签名 ) 构建一个具备匿名性不可追踪性的电子货币系统, 是典型的中心化数字货币方案 [3] 随着电子支付技术的发展, 电子货币领域出现了 PayPal 支付宝等第三方支付工具, 成为电子化的银行卡, 在经济生活中得到了广泛应用 2.2 去中心化数字货币阶段以比特币为代表的去中心化数字货币是在互联网信息技术和数字加密技术的催化下产生的此类数字货币与电子货币最大的不同在于没有类似于央行的中央发行者 2008 年, 化名为中本聪 (Satoshi Nakamoto) 的学者发表奠基性论文比特币 : 一种点对点的电子现金系统, 基于区块链技术, 通过分布式账本机制设计, 提出了典型的去中心化数字货币安排 [4] 数字货币的发行量由复杂的数学算法决定, 其运行体系则通过所有参与者之间形成的价值链条维持去中心化数字货币因为和法币之间不存在直接联系, 从而不具有国家信用作为后盾保障, 使其与法币之间的兑换价格极易波动 2017 年以来国内比特币曾受央行检查 BTC 与 BCC 硬分叉 ICO 代币发行融资被叫停等影响而暴跌, 也曾因日本承认其为合法支付方式等而创出历史新高, 其与人民币的兑换价格波动巨大 2.3 法定数字货币阶段在人类社会历史演进中, 去中心化的货币制度安排往往会出现以次充好缺斤少两以假乱真等失信现象, 影响币值稳定和交易便利性, 最终被国家强制力建立的中心化法定货币制度安排所取代数字货币自身的发展也不会例外, 中心化是未来国家发行数字货币的基础, 人民银行有望成为首个发行国家数字货币 ( 数字人民币 ermb) 的央行与去中心化数字货币不同, 国家数字货币又称央行法定数字货币, 必须由货币当局垄断发行基于中央银行商业银行的二元体系运行 ; 在管理上要有利于货币政策的实施和传导, 保留货币主权的控制力 3. 区块链的运行机制与主要分类 3.1 比特币区块链运行机制区块链是指通过分布式账本方式集体维护一个可靠可信数据库的技术方案虽然比特 227

3 币仅是区块链的一个基础应用, 但可以通过比特币来分析区块链的运行机制比特币交易采用 P2P( 点对点 ) 方式, 一定量比特币从一个地址转出, 转入另一个地址, 交易发生后自动向全网广播挖矿者为了得到比特币奖励, 记录一定时间内 ( 目前系统设定约 10 分钟 ) 的所有交易, 并据以计算一个符合难度系数的哈希值, 最先计算出该值者向全网广播, 各节点验证后, 成为最新区块已达成交易的区块加上时间戳连接在一起形成区块链, 使其拥有可追溯性通过对比特币交易过程的简单概述, 我们可以总结出区块链运行机制的主要特点 : 1. 去中心化机制区块链技术基于 P2P 对等网络, 无中心化的物理节点与管理机构, 各节点地位平等, 数字货币交易数据分布式存储在各节点上, 并按统一的共识机制和规则运行, 部分节点损坏不会影响整体运作 2. 无需信任担保网络节点间的数据传输以匿名形式进行, 但运行规则和全部交易数据公开透明, 每一次运作细则都对全网可见, 使各节点间的互通往来, 包括比特币交易, 不需要以信任机制为担保 3. 数据不可篡改网络各节点均可获得一份完整数据库的拷贝, 并且运用非对称加密技术 ( 哈希散列,PKI 公钥体系 ) 对数据加密处理, 借助强大算法来保证区块链不会被篡改别人的交易数据只能运用公钥来验证, 而无法修改而要修改自身交易数据, 则不仅需要同时控制总数 51% 的节点, 并且计算机的算力要支持其篡改区块的速度快于区块链系统的更新速度, 这很难实现 4. 集体监督维护机制分布式系统中记账权不专属于某个节点, 所有节点都可以通过计算符合难度系数的哈希值的方式竞争记账, 并获得比特币奖励所有节点对交易记录进行验证和监督 5. 智能合约机制区块中的数据可以编程, 可以把数字货币交易合同以代码形式放到区块链上, 合同在约定条件下可自动执行 3.2 区块链的主要分类从技术层面来看, 区块链是多种技术融合后的新兴技术成果, 通过多项技术的组合发展完善后, 形成更为高效的数据记录存储和表达方式随着区块链在数字货币等领域的应用, 逐渐演化出以下类型表 1 区块链的主要分类类别核心特征主要运行机制应用举例公共链去中心化权限对公众完全开放, 所有参与人员均可竞争记账权, 参与节点之间的信任机制为工作量证明机制, 多用于网络节点之间无信任基础的情况比特币莱特币联盟链多中心化由具有参与权限的成员组成, 记账者由参与人员多家金融机构间清协商确定, 所有参与节点之间的信任机制为共识算机制由具有中心控制权限的成员组成, 所有参与节点许可链中心化之间的信任机制为互信机制, 多用于节点之间高度信任的情况 R3 银行联盟 4. 区块链技术在法定数字货币中的应用探索区块链技术在比特币系统的成功运行, 为其应用于法定数字货币提供了可能, 但是作为将来可能取代纸币的货币新的表现形式, 法定数字货币与比特币等去中心化数字货币存在着本质区别 ( 详见表 2), 因此有必要进一步研究如何利用区块链的某些机制和联盟链许可链等不同类型来满足央行发行法定数字货币的需要 228

4 表 2 法定数字货币与去中心化数字货币的主要区别比较要素法定数字货币去中心化数字货币 ( 以比特币为例 ) 发行方由中央银行统一发行基于分布式账本技术生成, 任何人都可以挖矿获取方式社会公众都可获得在 P2P 网络中奖励给第一个计算出符合难度系数的哈希值, 取得记账权的人, 但总量上限为 2100 万枚定价央行保持法定数字货币币值相对稳定受获取难易程度和市场供求变化而波动使用范围满足全球支付需求作为社群货币, 使用者相对固定和集中 4.1 探索利用区块链的共识机制和数据不可篡改性构建法定利用区块链的共识机制和数据不可篡改性构建法定数字货币发行的数字货币发行的二元体系探索利用区块链的共识机制和数据不可篡改性构建法定数字货币发行的二元体系在比特币系统中, 货币发行机制和总量由分布式算法决定, 交易验证和记录则由网络中的所有节点共同完成而在法定数字货币体系中, 货币的发行则由央行根据货币政策目标来调控, 体现国家对货币的主权控制力同时, 法定数字货币要基于中央银行商业银行的二元体系来运行因此, 可尝试利用区块链技术搭建法定数字货币发行流通模型, 央行和商业银行都是区块链系统的参与者但与一般区块链中所有参与者都担当共同角色不同, 基于二元体系的模型中货币发行由央行独立承担, 而商业银行则负责验证和记录交易 [5] 从技术层面而言, 央行和商业银行是区块链中担任不同角色的节点, 通过共识算法协同工作, 而其他方只是普通用户, 只能使用数字货币交易而不能参与发行或记账同时区块链具有数据不可篡改机制, 并能回溯历史交易和提供实时审计, 这样央行可以准确地掌握市场中的现金流通情况, 调控货币供应量 4.2 探索利用许可链平衡央行推出法定数字货币的隐私保护与金融监管要求在比特币系统中, 虽然交易信息全网公开, 但货币拥有者完全匿名, 保护了用户隐私而法定数字货币, 需同时满足隐私保护和维护社会秩序打击违法犯罪等金融监管要求因此可考虑采用许可链的方式来实现, 央行和商业银行共同维护数字货币运行的账本, 负责验证和记录交易的商业银行只有权限访问与本行相关的交易和账户信息, 而央行虽然可以访问所有交易信息, 但并没有权限访问账户信息这样的非相容职责分离设置可保证任何一个参与者都不能同时获得整个数据库中所有账户及交易信息, 实现了对用户隐私的保护而在进行反洗钱 (AML) 等金融监管时, 央行可要求商业银行提交特定的账户信息, 保证了打击犯罪的可行性同时, 金融机构为满足了解你的客户 (KYC) 监管要求, 需要掌握用户信息, 因此可通过许可链来颁发和管理用于验证用户身份的私钥等电子证明信息 4.3 探索使用联盟链来满足法定数字货币大规模交易对系统承载能力和安全性的要求比特币系统交易承载能力不足源于所有节点都同时承担所有交易在整个网络中的广播和验证而在法定数字货币体系中, 可以使用联盟链的设计实现准入机制, 由负责发行货币的央行和负责交易验证与记录的商业银行组成联盟链, 在相对独立高效的网络环境中进行数据交换, 并采用效率更高的共识算法和闪电网络技术来显著提高交易处理效率此外, 对于区块链的 51% 攻击问题, 由于比特币是运行在互联网上的共有链, 参与节点的任意性可能存在算力被人为集中的安全风险隐患而法定数字货币采用联盟链机制可有效保证节点的可信赖性, 同时可对节点提出网络安全信息安全权限管理等合规要求, 确保整个数字货币体系安全稳定运行 4.4 探索应用区块链的非对称加密算法实现法定数字货币的无欺诈转账区块链采用非对称加密算法, 公私钥对数据存储和传输进行加密和解密公钥可公开发布, 用于发送方加密要发送的信息, 私钥用于接收方解密接收到的加密内容法定数字货币可考虑利用该算法实现无欺诈转账交易, 表 3 给出了一个应用情景示例 229

5 表 3 法定数字货币无欺诈转账交易示例交易目标步骤 1 步骤 2 步骤 3 交易验证 A 要将 100 个数字货币转账给 B A 写一条信息, 转账 100 个数字货币给 B, 钱包用私钥加密后发到 P2P 网络上网络各节点都用 A 的公钥验证这条信息是 A 发出的, 且看到 A 确实有 100 个数字货币整个网络公认此次转账操作,A 钱包存款减少 100 个数字货币,B 钱包增加 100 个数字货币, 并将此次交易记入区块若经公钥解密验证 A 没有 100 个数字货币, 整个网络不会承认此次转账操作 5. 相关政策建议法定数字货币研发, 是一项长期的系统工程, 无论是区块链技术本身的成熟度还是配套的金融基础设施都有待进一步完善政府相关部门应立足经济便民和安全原则, 审慎评估法定数字货币的影响, 健全监管体系和政策配合, 积极稳妥地推进法定货币数字化 5.1 审慎评估法定数字货币对现行货币体系的影响随着以信用卡为代表的电子货币和以比特币为代表的数字货币的发展, 首先会对货币体系中流动性最强的现金需求产生影响截至 2016 年末, 我国流通中的现金余额占广义货币 M2 的比例为 4.41%, 同比下降 0.13 个百分点 [6] 未来央行一旦发行法定数字货币, 由于其高流动性, 对现金 M1 的替代效应将进一步显现, 因此需要审慎评估法定数字货币对现行货币体系的冲击, 特别是法定数字货币和传统法币法定数字货币和去中心化数字货币之间如何流通和共存及其对经济社会的长期影响, 为法定数字货币发行和流通奠定基础 5.2 完善对区块链技术和网络安全的监管区块链技术是金融技术史上前所未有的范式转型, 有望成为法定数字货币的技术支撑, 但作为新技术, 其在系统稳定性应用安全性交易一致性等方面尚未成熟, 特别是对区块链技术本身的监管尚在探索中对监管者而言, 区块链技术的相关监管框架应兼顾防范风险和鼓励创新这两大原则首先, 可以探索借鉴英国金融行为监管局 (FCA) 提出的沙盒监管 (regulatory sandbox) 模式, 即创造一个监管试验区, 对经筛选的区块链技术新应用和新产品, 适当放松监管约束, 主要采用柔性监管和原则性监管, 以鼓励创新, 并根据试验结果改进监管政策其次, 要完善网络安全相关法律体系, 严厉打击网络黑客洗钱犯罪等行为, 强化金融消费者权益保护, 守住不发生系统性风险的底线, 为法定数字货币的推出营造一个安全的网络环境 5.3 探索法定数字货币流通条件下提升货币政策有效性的方法法定数字货币流通对货币政策的影响具有复杂性一方面, 法定数字货币的发行可能导致现金漏损率下降, 货币乘数增大, 货币流通速度的可测度性提升, 从而增强央行对货币供给的控制力 ; 另一方面, 如果传统法币与国家数字货币用户之间的经济和金融连接程度较弱, 则可能影响货币政策的有效传导因此, 在央行法定数字货币流通条件下, 要探索利用大数据和可信云计算等技术更好地计算货币总量分析货币结构, 实现精准调控 ; 同时, 要加强互联网金融素养教育, 使社会公众了解区块链的基本原理传统法定货币与国家法定数字货币的区别和联系, 合理引导公众预期, 畅通货币政策传导机制, 提升货币政策的有效性致谢本文为江苏高校哲学社会科学研究基金项目基于双创背景的股权众筹支持大学生创业融资研究 (2017SJB1412) 的阶段性成果之一 230

6 References [1] Qian Yao, Ying-Wei Tang. Some Thoughts on Central Bank-issued Digital Currency[J]. Journal of Financial Research, 2017(07): [2]He-Jie Zhang. Research on Sustainable Development of Finance [J].Zhejiang Finance, 1999(12): [3] David Chaum. Blind Signatures for Untraceable Payments[J].Advances in Cryptology Proceedings of Crypto, 1983(3) : [4] Nakamoto, Satoshi. Bitcoin: A Peer -to -Peer Electronic Cash System, [5] Yi Qin, Exploration of Block Chain Technology in Digital Currency Issue[J]. Tsinghua Financial Review, 2016(05): [6] Zheng Xiang, Expectation on Digital Money to Replace Paper Money[N]. Securities Times, (A03). 231

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a b 38 3 2014 5 Vol. 38 No. 3 May 2014 55 Population Research + + 3 100038 A Study on Implementation of Residence Permit System Based on Three Local Cases of Shanghai Chengdu and Zhengzhou Wang Yang Abstract