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比特币也有智能合约?与以太坊有何差别?

受访者:王渊命(微博:@jolestar)

采访 & 撰文:李画(币信研究院特约研究员)


   随着新的指令和算法的引入,比特币的多签功能正在变得强大。多签不仅是指多个人共同签名,保管一笔比特币资产;它还可以是多个条件「共同签名」,通过这些条件锁定和解锁比特币。

  用条件决定资产的使用,其实就是合约的功能。当这个合约可以被代码表达并无需信任地自动执行时,我们称其为智能合约。因此前比特币核心主管维护人员 Gavin Andresen 说:比特币的多签功能已经可以完成以太坊上大部分有用的功能。

  那么,比特币是如何实现智能合约的?比特币与以太坊的智能合约又有何区别?我们采访了对区块链和智能合约有着深刻认知的技术写作者王渊命,他曾任新浪微博架构师、QingCloud 容器平台负责人,现为某公链项目的首席架构师,他也是 BFTF 区块链技术联盟的发起者。

智能合约

  一、比特币是否需要智能合约

  Q:比特币需要智能合约吗?

  A:需要。智能合约能够为比特币系统带来逻辑可扩展性,在不改变现有基础设施、基础架构的情况下,为系统增加新的功能,从而增强系统的能力。扩展性不只是指 TPS、容量和存储等方面。

  智能合约的另一个作用是它能实现具有约束力的合同功能。它是一个定义各方权利和义务关系的协议,只不过是数字化的,且它的执行机制不依赖于现有的法律体系。

  Q:比特币作为一种加密货币,为什么需要合同功能?简单交易它不就可以吗?

  A:并没有所谓的简单交易,你为什么给我转账?无论是购物,或者是发工资或其他,背后其实都依赖于一个合同。在现实生活中,这个合同的执行是依赖于司法体系的,一方违约,另外一方可以起诉。只有货币而没有司法体系的约束,是没办法完成任何交易的。

  那么在全球化的加密货币世界里,该如何构建这种合同的约束力?依赖于智能合约。智能合约将规则 / 法律通过代码表达并执行,用代码构建出一套约束力体系。

  Q:比特币需要 DeFi 吗?

  A:广义来说,所有的加密货币都属于 DeFi 的应用领域,因为 DeFi 的第一步是有货币。有了货币后,可以围绕货币定义怎么跟其它资产或者货币交换,如何借贷等等,加密货币里的金融相对法币体系的金融还比较早期,可探索的路还很长。

  二、比特币如何实现智能合约

  Q:为什么说比特币系统是支持智能合约的?

  A:合约就是当我跟你做一个交易时,它能保证这个交易达成,也就是说它能表达某种条件,当条件满足时我才给你付款。能把这个条件表达出来,就可以认为它有智能合约表达能力。比特币的脚本(Script)是有智能合约表达能力的,可以把比特币的脚本理解成是一种智能合约。

  那为什么比特币要通过脚本而不是把功能固化在链上?因为如果固化在链上,当用户 / 开发者需要某个功能时,就需要比特币开发团队去实现,然后再发布,然后推动整个链的升级,但区块链升级是个复杂的事情,弄不好就分叉了。

  所以比特币只提供最基础的一些素材,相当于给你提供面粉,但菜怎么做留给你自己,你可以利用这些素材,根据自己的场景组合出新的东西,不需要依赖于主链的升级。这也就是我前边讲过的通过智能合约来实现逻辑可扩展性。未来是不确定的,智能合约可以看成是一种应对不确定性的策略。

  上边是比特币系统本身对智能合约的支持,它是通过脚本实现的;还有另一类支持 / 实现智能合约的方式,就是通过比特币系统的侧链,在侧链上实现智能合约的方法跟在以太坊上类似。

  Q:比特币系统是如何通过脚本实现智能合约的?

  A:以太坊上的智能合约是直接用代码表达清楚的,什么条件下执行 A,什么条件下执行 B 等等,比特币上的智能合约不像以太坊那样直白。

  比特币上所有的智能合约都要被转换成加锁、解锁的机制来实现,也就是说在脚本中,通过「key」或者是「哈希条件」把资产锁定,再加上一个「时间锁」(TimeLock)。无论是闪电网络还是 Arwen 协议,都是这样的机制,比特币将会推出的 Schnoor 签名之类的,也都是为了更好地去表达这个机制。

  因此,实现比特币智能合约的核心就是怎么去加锁和解锁资产。

  如果合约中所有的条件都能转换成 key、哈希条件、时间锁这三者来加锁和解锁,那么这个合约就可以用比特币系统实现。我把这三者分别称为签名锁,哈希锁,时间锁,比特币智能合约基本就是用这「三把锁」来实现的。

  比如你从我这儿买一个音乐,这个音乐通过密码访问,那么在交易合约中,我把音乐的访问密码也变成其中的一个 key,如果要达成交易,这个 key 必须让你知道;而一旦你知道(你拿到音乐),钱就支付给我了。

  Q:哈希条件和 key 有什么不同?

  A:你可以理解成一个东西,它们的作用是一样的。哈希条件是我知道一个 value,把 value 哈希之后得到一个哈希结果。那么在合约中,就是设置一个条件,谁能在写交易的时候把这个哈希结果打进来,这钱就归谁。只要我有这个 value,就有哈希结果,也可以理解成有一个 key。

  Q:简单而言,可不可以认为比特币的智能合约是通过多签加上时间锁来实现的?

  A:可以,前边讲过用 key、哈希条件 、时间锁实现智能合约,哈希条件也可以当作多重签名中的一个 key 来看待;时间锁则是一个关于区块高度的条件。

  Q:时间锁在实现智能合约中的重要性是什么?

  A:时间锁很重要,如果没有时间约束的话,很多协议是没法实现的。正是因为现在有了哈希条件、时间锁,闪电网络这种合约才能跑起来。

  比如说闪电网络,我们两个人共同出钱,把钱冻结到一个共管的账号里,然后在链下互相支付,当要去结算时一方不合作了怎么办?假设我们吵架了,你的钱你不要了,但我的钱我也拿不到。有了时间锁就好处理了,我设一个超时时间,过了超时时间钱就是我的,我就可以拿走了。

  三、比特币与以太坊智能合约的差别

  Q:对应于比特币用脚本实现智能合约,以太坊是用什么实现智能合约的?

  A:以太坊有一个智能合约语言。其实比特币的脚本也可以理解成一种语言,只不过比较简单;比特币脚本执行也可以理解成有一个虚拟机,只不过虚拟机的实现比较简单。既然都是虚拟机执行指令,那么以太坊的改变在哪里?

  我总结以太坊带来的主要改变有三点:

  1. 以太坊虚拟机指令的表达能力更强。简单理解的话,可以认为以太坊提供的指令更低级,用低级的指令组合成高级指令,而比特币是直接提供高级指令,其指令是有限的。另外,以太坊支持跳转等指令,能表达出循环等逻辑,也就是大家常说的图灵完备。

  2. 以太坊引入了 gas 机制。在以太坊上可以随意写合约逻辑,gas 机制保证最后执行的时候有一个上限限制,这除了解决停机问题外,还能限制浪费资源,让脚本的执行成本跟付出的费用间有个关系。

  3. 以太坊上的合约有状态,而比特币上的合约不能有自己的状态。这代表着:第一,比特币上的合约是不能自己生成自己的状态的,比如说在这次脚本里输出一个东西,在下次脚本中使用是不行的,比特币的脚本都是一次性的,只对这个交易起作用;第二,比特币上的脚本是不能直接读取链上已有的状态的,比如时间锁依赖链上的区块高度,需要特殊指令支持,嵌入到脚本里的其他状态(通过 op_return 指令实现)更无法读取。

  Q:图灵完备会带来什么差别?

  A:其实以太坊也不是说真图灵完备,因为它有 gas 的限制,不可能用太复杂的逻辑。

  图灵完备的好处是它的扩展能力更强,表达能力更强。因此以太坊提供的实验的自由度要远大于比特币,这也是以太坊上各种实验项目多的原因。

  比特币是一种保守策略。我就这么多指令,我在别的地方先实验,实验好了,觉得需要支持这个指令,就增加这个指令。比如说为了支持原子交换以及支付通道,增加了哈希时间锁定协议,可以锁定一个时间段。

  比特币为什么不扩充那么多指令?因为不同指令的资源消耗是不一样的,如果表达很复杂的脚本,执行这个交易的成本就会很高,会消耗资源、影响整个网络。

  Q:合约状态会带来什么差别?

  A:比特币的状态全是在链下生成的,就是说生成交易的时候就要把这个状态写好,链上只承载交易的数据,其它额外的数据写不进去。

  比如你很难在比特币上发自己的币。在比特币上发的币都是染色币,染色币是在脚本里嵌入一些自己的数据结构,但脚本不能读嵌入的这个数据结构,所以也不能通过脚本对这个数据结构做验证,需要再做一个网络校验,看写进去的这个数据是不是合法的。

  所有的染色币都是基于这个机制实现的,它不是像以太坊那样直接发一个 token,然后通过合约来校验。

  比特币之所以采用这种设计,本质在于它是不欢迎其他的数据写上去的,因为对比特币网络来说,承载额外的数据是有成本的,这种数据还得永久保存,而用户只付费一次。所以比特币不提供自定义状态的存储,这不是它的路线,通过op_return嵌入自定义数据可以理解为一种 hack 行为,并不是比特币提供op_return的本来目标。

  其实这能够看出比特币和以太坊在设计思路上的区别:你可以把比特币理解成一个中立的银行,它只提供资产加锁、解锁的机制,谁有钥匙资产归谁,它对其他的条件都不关心;并且每一笔资产都是独立的锁,它也不关心资产之间的关系。比特币的智能合约并不是一段代码,而是一系列操作锁的协议。

  而以太坊的的设计思路是任何合约都可以表现为一系列的交易,后面的交易和前置交易的状态是有关联的,所以它提供一种通用的追踪和更新历史状态的机制,而更新状态的逻辑和条件就由用户自己去创造。以太坊黄皮书里的世界状态的公式很好的表达了这种思路。

  这两种思路其实各有优劣,和设计者的目标以及对世界的抽象有关系。

  Q:比特币和以太坊的智能合约还有其他不同吗?

  A:UTXO 模型(未花费交易输出)与 Account 模型(账户)的不同,也会给两者智能合约的实现带来差异。

  在 UTXO 模型中,每一笔钱都有一个标记,使用的时候需要明确知道使用的是哪一笔钱;Account 模型则相当于把用户所有的 UTXO 合并成一个大的 UTXO,使用的是这个默认的 UTXO。这带来几点不同:

  1. 在 Account 模型下写合约比较简单,只需要说转多少钱,不需要指明转的是哪一笔钱;

  2. Account 模型可以提前对未来的收益进行约束,也就说这笔钱还没到合约账户,但可以部署合约去约束它该怎么花;

  3. 由于 Account 模型相当于合并 UTXO,所以转账时不能直接设置解锁条件,必须先部署一个合约。

  当然,UTXO 模型和 Account 模型都是在演化的,有一些项目会对它们做出改变,有机会我会写文章详细分析。

  四、比特币智能合约案例

  Q:怎么理解闪电网络本身就是一种智能合约?

  A:你可以说闪电网络是一个协议,也可以说它是比特币上的一种智能合约。闪电网络的合约主要解决两个人如何共同锁钱,以及如果一方作弊、不合作等等情况下怎么办的问题,它是通过前边说的三把锁来实现的。

  Q:在闪电网络上实现智能合约又是怎样的一个过程?

  A:闪电网络实际上是两个人之间的支付通道,现在只支持互相转账。我们尝试在支付通道之上嵌入了一个虚拟机,就可以执行比较完备的智能合约,比如游戏。(注:王渊命在闪电网络上实现的智能合约)

  通道双方可以压一笔 BTC,然后去玩游戏,赢的一方得 BTC;如果玩的有分歧,可通过仲裁系统去仲裁。仲裁系统相当于一个法院,可以是一个侧链,或是一个双方信任的机构运行的节点,或者是仲裁者市场等等。仲裁系统保留了双方的解锁钥匙(哈希的 value),它仲裁之后把钥匙给赢的一方。

  由于闪电网络的资产是定向的,所以仲裁者只能决定哪个用户得到 BTC,但自己不能拿走用户的 BTC,即便是有联合作弊的可能,但作弊成本要比托管模式高。

  Q:通过闪电网络实现智能合约,与通过类似 Liquid 的侧链实现智能合约,有什么不同?

  A:闪电网络上的智能合约是通道双方的链下节点执行的,互相校验,产生分歧时需要有一个仲裁系统来仲裁。而侧链本身就有共识机制,有多个节点来执行和校验合约,所以两者在执行机制上是不一样的。

  在侧链实现智能合约的方式与在以太坊上实现智能合约的方式类似,但当它与主链协同的时候,需要通过比特币的加锁、解锁的机制。

  结束语

  作为加密货币,比特币似乎有能力为 DeFi 的发展提供一个更好的空间,因为它凝聚了最多的共识,也承载着最高的价值和流动性,它是最受信任的加密资产。

  那么作为一种系统,比特币是否支持 DeFi 的实施?在本文中我们探讨了比特币智能合约的实现机制,并把它与以太坊智能合约进行了一些比较。比特币上的 DeFi 不仅是可能的,而且会随着多签功能的强大变得更加完备。

  也许我们可以期待以比特币为核心元素的去中心化金融服务的到来。

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