網(wǎng)絡(luò)支付與結(jié)算 第3版 課件 chapter 5 數(shù)字貨幣

網(wǎng)絡(luò)支付與結(jié)算第五章數(shù)字貨幣了解數(shù)字貨幣與比特幣的定義以及兩者間關(guān)系，分析數(shù)字貨幣的典型特征和發(fā)展趨勢。了解數(shù)字貨幣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，并闡述其具體的應(yīng)用場景。熟悉數(shù)字人民幣的研發(fā)以及特點，并舉例其在金融機構(gòu)、企業(yè)的應(yīng)用。分析數(shù)字人民幣發(fā)展遇到的挑戰(zhàn)，并提出可行的建議。學(xué)習(xí)目標5.1數(shù)字貨幣興起5.2數(shù)字貨幣關(guān)鍵技術(shù)5.3數(shù)字人民幣本章目錄5.1.1數(shù)字貨幣與比特幣當(dāng)前最新的貨幣發(fā)展形式是數(shù)字貨幣。近年來以比特幣為代表的數(shù)字貨幣則是貨幣發(fā)展的最新階段，貨幣開始從主權(quán)貨幣向全球貨幣演變。

比特幣的特點：1）貨幣本身是一個想象的集合，而比特幣是一種加密的數(shù)字貨幣，并沒有被賦予實體；2）現(xiàn)實流通的貨幣，一般都由地區(qū)內(nèi)央行鑄幣發(fā)行，但比特幣并不存在中央貨幣體系之中，也不受政府的影響，擁有著去中心化的屬性；3）貨幣是由在一個區(qū)域針對一個族群的共識所形成，一旦形成共識，任何達成一致的物品都可以作為貨幣，但比特幣則由區(qū)塊鏈技術(shù)做底層保障，依靠其獨特運行規(guī)則來保障比特幣的公正和信任。4）能夠穩(wěn)定地在現(xiàn)實中使用的數(shù)字貨幣體系具有以下特征：1）

稀有性：獲取貨幣需要一些手段并耗費相應(yīng)的資源；2）可流通性：貨幣需要被大眾認可，可以用于交易；3）去中心化：依托具有去中心化特點的區(qū)塊鏈技術(shù)，數(shù)字貨幣可以讓交易主體進行全球范圍內(nèi)的點對點交易與支付，無需任何金融中介機構(gòu)參與，提高交易效率，降低交易成本。5.1.2數(shù)字貨幣特征基本特征：去中心化數(shù)據(jù)庫、分布式記賬和離散化支付。優(yōu)勢（相比傳統(tǒng)貨幣）：1）數(shù)字貨幣交易平臺覆蓋范圍廣，數(shù)字貨幣流動性更大；2）數(shù)字貨幣安全可靠，市場需求更高；3）數(shù)字貨幣交易更便捷。

黃金數(shù)字貨幣相似點特點1稀有、產(chǎn)量稀少稀缺性，限量發(fā)售特點2物理屬性柔軟，便于交易分割可分割、便于交易，隨市場變化而變化特點3化學(xué)性能穩(wěn)定，難以偽造，Hash函數(shù)特點導(dǎo)致難以偽造特點4不可替代性，具有儲藏價值唯一性，可收藏不同點特點5自然物質(zhì)，優(yōu)質(zhì)金屬，具有真實穩(wěn)定價值虛擬的編碼，價值流通依賴于市場追捧，依賴區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展特點6得到世界各國的認可和保護缺乏政府信用背書，缺乏長期穩(wěn)定的支持和認可數(shù)字貨幣與黃金對比5.1.3數(shù)字貨幣發(fā)展歷程第一階段電子支付與盲簽名：E-Cash

盲簽名技術(shù)使用RSA算法和其他公鑰數(shù)字簽名，下面將利用選民身份確認的投票方法闡述具體工作原理：（1）信封外部預(yù)先印有選民的憑據(jù)，選民將填寫完成的匿名票據(jù)放在帶有復(fù)寫紙的特定信封中，然后將信封郵寄給官員；（2）官員，即簽名者，檢查了證書并在信封上簽名，通過復(fù)寫紙將他的簽名轉(zhuǎn)移到里面的選票上；（3）選民在收到包裹后，可以將具有官員簽名的選票另外轉(zhuǎn)移到新的信封中，全過程沒有向第三方透露除身份外的任何信息，但同時得到了第三方的信用認證；（4）簽名者無需審查郵件內(nèi)容，但第三方可以檢查簽名，并在基礎(chǔ)簽名技術(shù)的限制范圍內(nèi)驗證其是否合法。盲簽名的主要目的是讓簽名者在不暴露通信內(nèi)容的情況下對消息進行簽名。5.1.3數(shù)字貨幣發(fā)展歷程第一階段電子支付與盲簽名：E-Cash

RSA盲簽名（最簡單的盲簽名方式）：私鑰和公鑰分別對簽名者和公眾開放，分別用于信息的簽名和身份驗證。

E-Cash：一個能夠促進資金匿名轉(zhuǎn)移的數(shù)字系統(tǒng)，其目標是保護使用互聯(lián)網(wǎng)進行小額支付的個人的隱私，是加密貨幣的先驅(qū)

。工作的前提是盲簽名技術(shù)，郵件的內(nèi)容在簽名之前是不可見。通過這種方式，沒有用戶能夠在提款和支出交易之間創(chuàng)建鏈接。5.1.3數(shù)字貨幣發(fā)展歷程第二階段數(shù)字貨幣雛形：B-Money（一個匿名的分布式電子現(xiàn)金系統(tǒng)）

首先，每個參與者都擁有基于自己假身份的獨立數(shù)據(jù)庫，而后所有的賬戶共同定義個人擁有者的貨幣量；其次，貨幣創(chuàng)造需要通過工作量證明機制來證明，根據(jù)工作量大小決定擁有貨幣的多少；再次，針對貨幣支付，將采用公共區(qū)域廣播形式，各參與者參與賬本的記錄

；最后，數(shù)字合約需要有仲裁機構(gòu)。將去中心化賬本的想法與加密計算結(jié)合起來，并參考到貨幣創(chuàng)造的公平性與利用B-Money實現(xiàn)數(shù)字合約的可能，基本具有比特幣雛形。5.1.3數(shù)字貨幣發(fā)展歷程第三階段比特幣架構(gòu)的直接前身——BitGold（創(chuàng)建去中心化虛擬貨幣的最早嘗試之一

）

通過結(jié)合密碼學(xué)和采礦的不同元素來完成去中心化。這些元素包括存儲在標題注冊表（TitleRegistry）處的有時間戳的區(qū)塊，并使用工作證明機制生成字符串。

所有已解決的謎題都通過拜占庭容錯點對點網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，然后分配給謎題解決者的公鑰。

與交易有關(guān)的詳細信息存儲在標題注冊表中，這類似于共識系統(tǒng)中的區(qū)塊鏈，為已經(jīng)發(fā)生的交易提供了不可更改的記錄和順序。

每個解決方案都成為下一個謎題的一部分，通過創(chuàng)建一條鏈，將最新的謎題解決方案與下一個謎題的結(jié)果聯(lián)系起來，從而驗證交易塊

。（類似比特幣中的區(qū)塊創(chuàng)建過程）

BitGold是在構(gòu)成其網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點或參與的計算機之間的分散和分布式的信任系統(tǒng)上運作，開創(chuàng)性地把B-Money中通過計算獨立數(shù)學(xué)問題證明工作量發(fā)展成通過計算與之前存儲數(shù)據(jù)高度相關(guān)的數(shù)學(xué)問題證明算力的付出。

時間戳的不可逆向生成的特性，數(shù)據(jù)之間形成了矢量串，而不是孤立存在。5.1.3數(shù)字貨幣發(fā)展歷程第四階段擺脫雙重支付——比特幣

（創(chuàng)建去中心化虛擬貨幣的最早嘗試之一

）

雙重支付：數(shù)字貨幣作為一種電子文檔可被復(fù)制，所以使用數(shù)字貨幣這個行為并不會從原持有者身上移除其擁有的狀態(tài)，從而“建立”了已支付但未移除的貨幣，造成通貨膨脹而導(dǎo)致貨幣貶值

。比特幣通過以下方法解決雙重支付問題：

（1）UTXO數(shù)據(jù)庫：UTXO，UnspentTransactionOutputs，是指未花費的交易輸出，是比特幣交易的基本單位。UTXO數(shù)據(jù)庫里記錄著每一筆未花費的交易輸出。在創(chuàng)建一筆比特幣交易并廣播到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中之后，接收到此交易信息的節(jié)點需要去UTXO數(shù)據(jù)庫里檢查該筆交易的存在。

（2）時間戳數(shù)據(jù)：比特幣有可能同時轉(zhuǎn)賬給兩人；如果兩筆交易都被記錄，則根據(jù)時間戳數(shù)據(jù)成功驗證最先被記錄的交易。

5.1.3數(shù)字貨幣發(fā)展歷程

（3）六次確認：在當(dāng)前區(qū)塊之后，如果又有5個區(qū)塊被計算出來并連接到區(qū)塊鏈上，即對當(dāng)前區(qū)塊進行了5次確認，總共6次確認極大地增加了當(dāng)前區(qū)塊被篡改的難度。

（4）分叉：在同一時間段內(nèi)，可能存在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中不止一個節(jié)點同時挖到礦，從而將自己挖到的礦鏈到區(qū)塊鏈上，從而出現(xiàn)區(qū)塊鏈分叉。不同礦工看到的這些區(qū)塊存在先后順序，將在先被看到的區(qū)塊上繼續(xù)開始新的挖礦工作，因此分叉中較長的一條鏈被證實。

5.1.3數(shù)字貨幣發(fā)展歷程基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字貨幣最新發(fā)展

私人數(shù)字貨幣：2019年6月，F(xiàn)acebook發(fā)布其加密數(shù)字貨幣項目天秤幣（Libra）白皮書。Libra仍然具有去中心化等特征，但顯著改進了比特幣存在幣值波動較大的問題。其具體方式包括兩方面：（1）通過完全準備金制約束Libra發(fā)行數(shù)量；（1）掛鉤一籃子國際貨幣，減輕單一貨幣幣值過度波動對Libra本身幣值的影響。法定數(shù)字貨幣：中國較早開展法定數(shù)字貨幣實踐研究工作。目前，我國數(shù)字人民幣已進入試點階段，率先進入實測階段。

5.2.1數(shù)字貨幣關(guān)鍵技術(shù)——區(qū)塊鏈技術(shù)特點：去中心化、可追溯、防篡改、隱私性、可信性、自治性和可靠性。狹義：區(qū)塊鏈按照時間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊按順序相連，組合成一種鏈式分布式賬本，并以密碼學(xué)方式保證數(shù)據(jù)不可篡改和不可偽造。廣義：區(qū)塊鏈是利用其鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲和驗證所有信息，利用分布式節(jié)點的共識算法機制來完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)生成與添加，借助密碼學(xué)原理來保障數(shù)據(jù)傳輸與訪問的安全性，利用自動化腳本生成的智能合約來約束和使用數(shù)據(jù)的一套全新的計算模式。

區(qū)塊鏈基本結(jié)構(gòu)

5.2.1數(shù)字貨幣關(guān)鍵技術(shù)——區(qū)塊鏈技術(shù)數(shù)據(jù)層主要用來封閉最底層數(shù)據(jù)，借助密碼學(xué)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和保障數(shù)據(jù)安全。共識層是建立在網(wǎng)絡(luò)層之上，用來定義節(jié)點如何對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)達成一致，其本質(zhì)是為解決分布式一致性問題。

網(wǎng)絡(luò)層扮演著區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點和節(jié)點之間信息交換的角色，負責(zé)用戶點對點的信息交換。智能合約層建立在共識層之上，定義了智能合約的編寫語言和執(zhí)行環(huán)境。智能合約層的基本框架包含：開發(fā)與構(gòu)建、智能合約部署、智能合約運行。

應(yīng)用層封裝了各種應(yīng)用場景和案例，是用戶可以真正直接使用的各種應(yīng)用產(chǎn)品。

激勵層通過提供一些激勵獎勵措施，以此來鼓勵網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點參與記賬，進而維護網(wǎng)絡(luò)的安全與持續(xù)穩(wěn)定運行。

5.2.2數(shù)字貨幣關(guān)鍵技術(shù)——Hash算法基本概念：把任意長度的輸入，通過散列算法變換成固定長度的加密輸出。這種轉(zhuǎn)換是一種壓縮映射。安全性分析：弱Hash函數(shù)

強Hash函數(shù)

5.2.2數(shù)字貨幣關(guān)鍵技術(shù)——Hash算法消息認證是驗證消息完整性的一種機制和服務(wù)使用對稱密碼算法加密消息與Hash值使用對稱密碼算法只對Hash值進行加密不使用加密算法，僅使用Hash函數(shù)通過將消息和Hash值加密

信息安全文件校驗：奇偶校驗和循環(huán)冗余校驗定程度上能檢測并糾正數(shù)據(jù)傳輸中的信道誤碼，但卻不能防止對數(shù)據(jù)的惡意破壞。目前使用最為廣泛的文件完整性檢驗方法是MD5，其具有“數(shù)字指紋”特性。數(shù)字簽名：對“數(shù)字摘要”Hash值進行數(shù)字簽名，統(tǒng)計上被認為與對文件本身進行數(shù)字簽名是等效的。

鑒權(quán)協(xié)議：鑒權(quán)是指通過驗證來確定用戶是否擁有訪問某系統(tǒng)的權(quán)利。傳統(tǒng)的鑒權(quán)是通過密碼來驗證的。但一旦密碼遺失或被盜，后果非常嚴重。Hash算法有助于更高效地鑒權(quán)。需要鑒權(quán)的一方，向?qū)⒈昏b權(quán)的一方發(fā)送一個隨機串，也被稱為一次“挑戰(zhàn)”，被鑒權(quán)方則將該隨機串和自己的鑒權(quán)口令字一起進行Hash運算后，發(fā)送給鑒權(quán)方。鑒權(quán)方將收到的Hash值與自己用該隨機串和對方的鑒權(quán)口令字進行Hash運算的結(jié)果進行比對。如果比對結(jié)果相同，則可在統(tǒng)計上認為對方擁有該口令字，即通過鑒權(quán)。如果比對結(jié)果不同，則認定對方不能通過鑒權(quán)。

在消息認證與信息安全中的應(yīng)用

5.2.2數(shù)字貨幣關(guān)鍵技術(shù)——Hash算法窮舉攻擊原像攻擊：攻擊者需要對給定Hash值h，找到滿足

H(x)=h的消息塊x。第二原像攻擊：通過窮舉的方式找到與原像相同的消息塊y，且y=x。碰撞攻擊：攻擊者嘗試找到兩個消息塊

x和y，使其滿足條件H(x)=

H(y)。密碼分析攻擊密碼分析攻擊的實質(zhì)就是攻擊者在密鑰未知的情況對所截獲的密文或明—密文對通過分析、假設(shè)、推斷和證實等工作來恢復(fù)明文，或者是首先試圖找出密鑰，進而利用解密算法恢復(fù)明文。

針對哈希函數(shù)的安全攻擊

5.2.3數(shù)字貨幣關(guān)鍵技術(shù)——其他技術(shù)分布式賬本技術(shù)分布式賬本技術(shù)（DistributedLedgerTechnology，DLT）是一種將與資產(chǎn)相關(guān)的交易信息、以及其他細節(jié)記錄在眾多地方的數(shù)字系統(tǒng)。通過分布式賬本技術(shù)記錄的數(shù)據(jù)庫存在于多個處于不同地理位置的參與者之間，而非集中存儲。類型：私有鏈、公共鏈、聯(lián)合鏈、混合鏈。重要性：分布式賬本由于整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存儲的所有副本都需要同時受到攻擊才能被攻擊成功，因此通?？梢悦馐芫W(wǎng)絡(luò)犯罪的影響。此外，點對點共享和更新記錄使整個過程更快，更有效，更便捷。

密碼學(xué)密碼學(xué)是使用編碼技術(shù)來保護計算機網(wǎng)絡(luò)、在線系統(tǒng)和數(shù)據(jù)信息等，從而保證重要信息的安全性和機密性。類型：私鑰加密、公鑰加密、流密碼、分組密碼、5.3.1數(shù)字人民幣的研發(fā)研發(fā)背景國內(nèi)：數(shù)字人民幣的研發(fā)是我國經(jīng)濟發(fā)展所需。

國際：目前世界上已出現(xiàn)多種加密貨幣且發(fā)展迅速。研究進展2014年，央行成立法定數(shù)字貨幣專門研究小組；2016年1月20日，央行首次提出對外公開發(fā)行數(shù)字貨幣的目標；2017年5月27日，央行數(shù)字貨幣研究所正式掛牌；2021年10月6日，中國人民銀行數(shù)字貨幣研究所與麗澤金融商務(wù)區(qū)管委會簽約，雙方將共同在麗澤設(shè)立數(shù)字金融技術(shù)檢測中心。定義數(shù)字人民幣是我國央行發(fā)行的數(shù)字形式的法定貨幣。因此，數(shù)字人民幣具有貨幣的價值尺度、交易媒介、價值貯藏等基本功能，與實物人民幣一樣是法定貨幣，其在發(fā)行、流通管理等方面與實物人民幣一致。面臨挑戰(zhàn)目前我國能夠受理數(shù)字人民幣的終端建設(shè)仍然不足。數(shù)字貨幣其本質(zhì)為一套信息系統(tǒng)，極易成為黑客的攻擊目標，因此安全是數(shù)字人民幣系統(tǒng)開發(fā)的首要任務(wù)。數(shù)字人民幣還需要設(shè)立單獨的監(jiān)管措施和管理辦法來完善和補充。5.3.2數(shù)字人民幣特點

數(shù)字人民幣是紙鈔的數(shù)字化代替，其功能屬性跟我們?nèi)粘Ｊ褂玫膶嵨锶嗣駧磐耆粯?，僅僅存在形態(tài)上的差異。數(shù)字人民幣作為我國的法定貨幣具有以下特點：數(shù)字人民幣是我國境內(nèi)唯一合法數(shù)字貨幣，具有無限法償?shù)哪芰?，?shù)字人民幣的發(fā)行權(quán)集中于人民銀行；數(shù)字人民幣是價值符號，可以是商品價值計價的尺度；數(shù)字人民幣是穩(wěn)定的貨幣，能夠保持相對穩(wěn)定的購買力，國家手中掌握的大量商品是維持人民幣穩(wěn)定的關(guān)鍵；數(shù)字人民幣是我國獨立自主的貨幣，是國家經(jīng)濟主權(quán)的象征。國內(nèi)一切貨幣收付、計價單位和匯價的確定都由人民幣承擔(dān)。數(shù)字人民幣不和世界上其他任何一個國家貨幣的幣值存在固定的聯(lián)系，當(dāng)外幣升值或貶值時，可以相應(yīng)的調(diào)整人民幣匯率；發(fā)行數(shù)字人民幣可以大幅度降低貨幣交易和管理成本。數(shù)字人民幣極大地提高了假冒數(shù)字人民幣的技術(shù)門檻。

我國數(shù)字人民幣功能上包括電子支付，但和我們?nèi)粘Ｊ褂玫囊苿又Ц洞嬖谳^大差異：數(shù)字人民幣在使用時并不會涉及銀行賬戶。在電子支付的場景下，任何機構(gòu)和商戶不能拒絕法定數(shù)字貨幣作為支付方式。我國數(shù)字人民幣可以實現(xiàn)“雙離線支付”，即收支雙方都離線的情況下仍能進行支付。5.3.3數(shù)字貨幣應(yīng)用代表實例數(shù)字人民幣在北京冬奧會的應(yīng)用

2022年北京冬奧會在支付方面進行了創(chuàng)新，首次將數(shù)字人民幣納入支付體系，從而