区块链入门 | 开启比特币智能合约的「三把锁」

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GavinAndresen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。

浙江富润：布局区块链生态领域 并为此与中国联通等展开合作:据上交所-E互动消息，浙江富润(600070.SH)在互动平台表示，公司已设立浙江富润数链科技有限公司，将以其为主体，在区块链生态领域进行业务布局。同时，公司与中国联通、中国烟草、华为等的战略合作，也是为此做准备。[2020/4/21]

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。

动态 | FDA采用区块链技术提高新试点项目药品供应链的安全性:据bitcoinexchangeguide消息，美国食品和药物管理局（FDA）目前正在努力提高消费者可用产品的安全性和质量。利用区块链技术，该机构可以确保在国家药品供应链中加强问责制。FDA目前正推出一个试点项目，以确保犯罪嫌疑人非法产品不进入供应链，并计划在2023年为该行业推出跟踪和追踪系统。[2019/2/9]

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」。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。

动态 | 京东智臻链首推电子营业执照区块链应用场景落地:据新华社消息，9月18日，宿迁市工商局与京东集团益世商服、大数据与智能供应链事业部在京东集团总部发布国内首个电商电子营业执照区块链应用平台，宿迁市工商局、京东商城、益世商服三方成功部署区块链节点，并实际应用于京东平台商家入驻执照申领、审核、变更等环节，实现数据保密传输、参与方共享、同步更新、不可篡改等监管要求，宿迁市境内入驻京东商城商家营业执照信息成功上链。[2018/9/19]

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，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。

现场 | Vitalik Buterin：区块链可以被视作是一种促进各种经济协调的工具:金色财经现场报道，今日，由金色财经提供战略媒体支持的以太坊产业发展峰会在香港举办，会上以太坊创始人Vitalik Buterin及其团队接受了包括金色财经在内的中外媒体采访。在回答“区块链究竟能给我们这个社会带来些什么”这一问题时，Vitalik Buterin表示：“我认为你可以把区块链看作是一种促进各种经济协调的工具，就像其他不同种类的经济机制一样，人们可以在互联网上合作制作内容，然后再各自获得报酬，这样就会鼓励人们更具有责任心，他们在制作新闻的时候也会更负责，不会出现虚假新闻。现阶段，人们正在提出各种不同的工具、或是不同的经济机制，鼓励大家以更广泛的受益形式来工作。传统支付方式很难满足这种协作工作模式，因此区块链能够创建全新的经济机制。我写论文的时候，也得到了开发者们的支持。”[2018/9/8]

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。

瑞士区块链公司推出以太坊聊天公证应用 Notar.ie: 据globenewswire消息，瑞士区块链公司 Horizo??n Globex 推出了基于以太坊区块链系统的聊天公证应用，该应用可以有效保证在线对话的真实性，保护谈话内容免受不必要的编辑和篡改，且永远不会被删除。Horizo??n 公司的 CEO Brian Collins 表示，这是该公司推出的第一个以太坊应用程序，正式的商业谈判需要这样的保证，尤其是重要的商业协议和沟通过程。[2018/2/9]

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模型与Account模型的不同，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。

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，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。

-TheEnd?-

受访者：王渊命

采访&撰文：李画

本文约5000字，阅读全文需约10分钟。

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