中央银行加密货币——RSCoin系统之分析

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作为一种学术研究模式，rscoin具有很好的参考价值，但作为一种合法的数字现金，仍有许多细节需要进一步完善

在英格兰银行的建议下，伦敦大学学院的研究人员提出并开发了一个法定数字现金的原型系统，即中央银行密码货币系统。

有必要对央行数字现金这一典型原型进行研究。本文详细分析了rscoin系统的核心功能、体系结构、关键实现技术和交易模型，并对其功能扩展进行了展望。在此基础上，分析了rscoin系统的优缺点。

Rscoin作为一种学术研究模式，具有很好的参考价值，但作为一种合法的数字现金，仍有许多细节需要进一步完善。

R&D对比特币系统的概述认为，比特币不适合央行发行数字现金的应用场景，这源于比特币内部机制存在的一些问题，主要包括以下几个方面:一是比特币网络的可扩展性差。它无法承载大容量和高速的货币交易。目前，比特币网络中每秒钟的交易量高达7笔；第二，分散的货币发行体系导致央行无力宏观调控货币供应，比特币本身价格极不稳定，不利于其在更大范围和规模上的应用，尤其是对主权货币的使用。

为了解决上述问题，rscoin的设计目标是从中央银行的角度实现一个可扩展的由中央银行控制的数字现金，为中央银行发行数字现金提供一套参考框架和一系列指导方针。

rscoin解决方案的核心内容主要包括:

一是将货币发行与交易总账维护分开，实行中央集权的货币政策。货币由中央银行统一发行，交易账簿由多个可信任的造币厂(可理解为商业银行)进行分配和存储、记录和维护，最后由中央银行进行统一对账和管理。总之，系统的总体设计采用了中央银行商业银行的二进制分层架构，并基于区块链技术实现了分层管理的分布式总账；

其次，mintettes是由中央银行授权访问系统的，中央银行审查mintettes的行为，因此没有必要使用比特币工作量证明来达成共识；

第三，rscoin为分布式会计采用了一种被称为两阶段提交的一致机制，每秒可以处理2000个事务。通过增加分钟数，每秒事务的上限可以不断提高，从而实现系统的可扩展性。

Rscoin系统实现技术rscoin系统包括三种角色:中央银行、造币厂和最终用户，其总体结构如图1所示。中央银行完全控制货币的生成，并通过生成一个更高级的块(即最终的交易账簿)将最终的交易数据发布给整个系统。中央银行对硬币进行授权和认证，并定期向整个系统公布授权硬币清单。

Mintettes被授权在一段时间内维护交易记录簿。Mintettes收集并验证用户提交的交易信息，并且验证的交易由mintettes打包以生成较低级别的块。Mintettes定期向中央银行提交下级账簿的交易数据，中央银行汇总并生成全球账簿，并发布确认的交易数据。

终端用户和中央银行之间没有直接的信息交互，但它通过中间的mintettes层传输，以汇总交易记录；央行更像是一个冲突调解人、最终确认者和全球分类账。

Rscoin类似于比特币，它不是基于用户账户余额的系统设计，而是基于交易流程(utxo)，即系统只记录有效的转账凭证(可与支票相比)，只要用户能够证明他合法持有转账凭证，他就可以将该凭证转账给他人。

Rscoin采用分片的设计思想来提高系统的处理能力。具体方法是将mintettes分成几组，每组mintettes只维护系统全局分类帐的一部分；然后将待处理的事务按照一定的规则分配到不同的分组进行处理，从而提高整个系统的处理能力。这也是淘宝、微信等高负载、海量数据系统(603138)常用的方法。然而，这种系统的困难在于解决数据一致性的问题。在rscoin中，它是为了解决双花的问题。

rscoin系统的可扩展性的另一部分来自于这样一个事实，即该系统使最终用户承担更多的任务，并且许多信息同步和协调工作是由用户完成的。例如，银行间转账系统可以通过让用户自己处理来实现:转账银行将向用户颁发证书(不能用加密算法编辑)，然后用户去转账银行存款，最终实现银行间转账，减轻银行间信息系统的压力。

以下以用户发起的转账请求为例描述rscoin系统的交易模型(见图2):

(1)用户首先找到自己的转账凭证，然后根据转账凭证上的号码和一定的规则获得转账凭证的mintettes组，这类似于我们可以根据id号来计算出生地。由于mintettes组仅保存部分账簿数据，因此有必要找到正确保存转账凭证的mintettes组。

(2)然后，用户将他合法持有凭证的证明(即，用户签名)发送给明特组的所有成员，并且该组的成员分别批准并向用户颁发证书(明特签名)。

(3)在收集了足够的薄荷糖签名之后，用户可以将所有薄荷糖签名连同凭证和他自己的签名一起发送到该交易的接收者的薄荷糖组之一，以获得确认签名。

(4)对于用户来说，转移过程在这里完成，最终签名可以用作转移完成的证据。

接受交易的Mintettes还应负责将交易数据写入mintettes集团的下级账簿，并最终汇总到中央银行的全球账簿中。

Rscoin的论文并没有谈到如何使薄荷糖相互同步，以确保薄荷糖组中的数据一致性，以及薄荷糖的账簿是如何汇总到央行的账簿中的，而后者是最重要的部分。

如果忽略以上两个未描述的细节，rscoin仍然可以达到以下安全标准:第一，没有货币双花；第二，不可否认记账:当用户收到交易输出的所有者mintettes发送的确认消息后，交易将被添加到账簿中。如果交易没有被添加到账本中，确认信息可以用来抱怨薄荷糖；；第三是定期的个人审计:用户有权查看mint ette的低级书籍，以确保mint ette没有进行非法操作；第四是通用审计:任何有权查看的用户都可以查看mint ette的低级书籍，而mint ette不能篡改、省略、添加交易等。；第五，任何有权查看的用户都可以监控薄荷糖是否正确遵守协议，这可以作为薄荷糖获得多少交易费的证据。

根据中央银行的需要，可以通过设计操作机制和修改基本储蓄系统的操作参数来实现一些扩展功能。

(一)激励机制。通过设计一个合适的激励机制，mintettes将完成更多的工作，比如生成更多的低层次书籍和减轻央行的负担；可以要求mint ette将交易准备金存入中央银行，并规定mint ette只能核实交易金额小于准备金数额，如果mint ette不诚实，他将受到惩罚。

(2)快速交易确认。中央银行定期发布一份包含本周期所有交易的全球账簿，此时，交易将正式记录在账簿中。然而，mintettes可以证明用户的交易在更短的时间内是有效的，并向用户承诺该交易将被记录在中央银行的分类账中，这样用户可以在一个会计周期内进行多个交易，而不像其他加密的数字现金，需要等待区块链生成几个数据块才能确认交易，从而使用户体验更好。

(3)多家银行和外汇。如果多个央行使用这一框架部署自己的数字现金系统，全球用户可以使用不同的数字现金进行交易。这些货币保持独立，央行不能跟踪其他央行范围内的交易。外汇交易可以在第三方机构的干预下进行。

rscoin系统的优缺点分析rscoin采用了几种独特的设计，以区别于以前的加密数字现金:

(a)中央货币发行。rscoin模型框架和以比特币为代表的加密数字现金之间最重要的区别是货币可控发行。在rscoin模型的设计中，中央银行使用密码技术来控制数字现金的生成。在货币生成后，它被存储在中央银行，中央银行实施集中控制，并根据策略将其交付给造币厂或最终用户。这种可控发行机制的设计能够满足央行货币政策调控的需要。

(2)分布式台账的维护。Rscoin模型框架采用了货币发行控制与账簿维护分离的设计。mintettes由中央银行授权维护交易账簿，并采用分段策略将用户分配给每个授权机构，以提高可靠性和安全性。

(3)交易能力可以扩大。通过对消息交互的分析，从理论上可以得出结论，事务处理能力将随着分钟数的增加而线性增加。这意味着薄荷糖的数量越多，系统的交易能力就越大。其原型系统在亚马逊云上的测试结果表明，该系统的事务处理能力约为每秒400个事务，三分钟。每增加一分钟，事务处理能力就增加66个事务/秒，并且部署30个分钟，这可以提供2000个事务/秒的事务处理能力和小于1秒的事务处理速度。

(4)交易账簿可以审计。Rscoin使用交叉日志机制来确保分类账具有高透明度和可审计性。日志内容包括关键行为的签名记录，如授权机构和用户之间的交互，以及用户提交的交易凭证。任何修改交易记录的企图或攻击都会导致日志信息不一致，央行或审计机构可以及时发现问题。

然而，rscoin也有以下缺点:(1) rscoin采用两层分布式分类账，通过增加分币数量提高了系统的处理能力，但没有减少总账的数据量。对于一个更大、更复杂的系统，有必要在总分类账的数据量与系统的可靠性和效率之间找到平衡。rscoin只是简单地处理这个问题，并没有深入探讨；

(2)在双层分布式记账法中，rscoin会将大量对账工作移交给中央银行，这可能成为系统的瓶颈，因此该方案是否最优仍有待商榷；

(3) rscoin没有进一步描述中央银行应如何进行对账，以及中央银行的对账结果应如何反馈给基础货币，这从协议的角度来看是不完整的；

(4) rscoin复制了比特币记录交易流程的记账模式，没有使用银行业采用的复式记账法。因此，有一种观点认为，银行人员是否习惯于这种制度还有待观察；

(5) rscoin只是一个概念原型系统，无法实现现实世界中的许多支付和交易功能。

从商业角度来看，rscoin隐含着一个全球账簿，即中央银行负责每笔交易的最终确认，这就有了一个面向全社会的统一账户体系的概念，这可能会对中央银行和商业银行的双重体系造成冲击。

此外，由于采用dlt技术和utxo模式来记录交易，身份认证是系统不可或缺的一部分，这也将带来狭义银行业务的风险和新炉灶的问题。为了解决这些潜在的问题，作者提出了使用基于银行账户分层的数字现金钱包的想法，希望将数字现金这个行业的宠儿有机地融入到现有系统中。

法定数字现金当然不依赖于特定的技术，包括区块链。总之，rscoin作为一种学术研究模式，具有很好的参考价值。例如，区块链金融联盟r3提出的corda模型，暗示了对其架构中的思想的引用。

rscoin模型还有很多细节需要进一步细化和改进。最近，国际中央银行为法定数字现金模型的测试项目探索了不同的架构和应用场景(如加拿大银行的贾斯珀)，法定数字现金分配和流通系统的研究帷幕已经慢慢拉开。

(姚谦，工程学博士，教授级高级工程师，现在中国人民银行工作。这篇文章是作者的学术观点，与他的单位无关。(

(姚谦/温/编者)