區塊鏈:智能合約系列1：數字社會的基石——智能合約_CON

作者：北京航空航天大學云南創新研究院?北京航空航天大學分布式實驗室?胡凱教授

業界不少人對智能合約的認識常常是不清楚的，有的認為是區塊鏈里本來帶的內容，有的認為就是發幣用的，有的認為就是以太坊上的應用等等，這些認識完全淹沒了智能合約的意義、嚴重制約了智能合約的發展和應用。那么智能合約是什么？它有什么作用？它的本質是什么？它的意義在哪里？它存在什么問題？它如何落地應用？它的發展之路在哪里？

1.?智能合約的起源和意義

近年來區塊鏈成為大熱門技術，作為一門應用技術，其迅猛的發展和熱潮是罕見的，為什么會受到社會各階層人士的關注呢？有很多分析和認識，但筆者認為最重要的原因有二個，一是區塊鏈并不是一門單獨的技術，它不僅是包含了很多技術的融合，更是涉及社會治理模式和思維改變的思想性技術，這種思想性技術會促使人們創新、產生技術革命；第二就是區塊鏈技術迎合了當前社會重要的發展大潮，那就是人類社會向數字化社會發展過程中，未來如何把實體社會人們生活的模式、信用、法律甚至文化等依存關系轉移到虛擬世界上是技術和社會治理面臨的巨大挑戰問題，而區塊鏈相關技術正是迎合這個大潮的重要技術之一。

我們可以看未來一個汽車交易的場景：汽車貸款，如果貸款者不還款，一個合約程序將自動收回發動汽車的數字鑰匙，汽車經銷商將發現這種自動合約用途很有吸引力。這個例子是密碼學家尼克.薩博在1994年給出的一個場景，也是他首次提出了“智能合約(SmartContract,簡稱SC)的概念。相比復雜的涉及用戶、汽車經銷商和銀行的貸款行為和手續，智能合約是能夠自動執行合約條款的計算機程序。通過對自動售貨機的觀察，薩博領悟到機器通過物理的密封系統自行控制財產，可以編程自動執行“合約”條款，指出計算機代碼可以代替機械設備，進行更復雜的數字財產交易，未來的某一天，這些程序甚至可能取代處理某些特定金融交易的律師和銀行,即“智能財產可以將智能合約內置到物理實體的方式，被創造出來”。隨后在2002年，尼克薩博設計出了一種叫“比特黃金”(BitGold)的數字貨幣機制，認為智能合約可以支持電子數據交換(EDI)、證券期權等合成型資產(SyntheticAssets）的交易。

BCH將于今晚進行硬分叉升級并將支持智能合約:5月15日消息，Bitcoin Cash（BCH）將于北京時間今晚進行硬分叉升級，升級內容包括推出代幣發行功能CashTokens以及支持智能合約，允許開發者在 BCH 上開發 DApp。[2023/5/15 15:03:51]

圖1自動售貨機模式的啟示

他進而創造性地抽象提出“智能合約就是執行合約條款的可計算交易協議”，這個簡單而樸素的抽象卻蘊含了深遠博大的意義，因為它涉及了最基礎的人類社會經濟活動：交易和協議，而且是由計算完成的。這對未來數字社會的潛力顯而易見，因為它把人、交易、法律協議以及網絡虛擬世界之間復雜的關系程序化了，也許有一天我們會驚訝地發現，生活中合同、律師、公證、保險、交易所、銀行、甚至法院部分職能都被智能合約所代替。由此可見智能合約概念的寬廣和深刻，在技術發展的歷史長河中，很多簡單的自然的思想往往是一種發展基石，智能合約完全有可能是數字社會的基石之一。就像互聯網發展過程中建網和網上應用關系一樣，作為鏈上無所不在的智能合約應用將是區塊鏈浪潮中最重要、最活躍的技術。

Gavin Wood：WebAssembly是智能合約的未來:金色財經報道，波卡創始人Gavin Wood在2021年共識大會上發表講話時表示，EVM對Polkadot區塊鏈系統提供支持非常重要，至少在可預見的將來。他認為WebAssembly是智能合約的未來，但“傳統” EVM現在就在眼前。據悉，WebAssembly是一種軟件格式，可以在網絡上使用，并且可以輕松地與多種軟件語言一起使用。它是由大型網絡公司構建的，并且可以在所有主要的瀏覽器上運行。[2021/5/26 22:44:19]

2.?智能合約的定義

智能合約有許多非形式化的定義，這里列舉幾個供大家從不同角度去理解智能合約的本質內涵和意義：

1)?????智能合約通過使用協議和用戶接口來促進合約的執行；

2)?????智能合約就是用程序代碼編寫的合約，它的條款由程序來執行；

3)?????智能合約就是基于區塊鏈的可直接控制數字資產的程序。

4)?????智能合約是運行在可復制、共享賬本上的計算機程序，可以處理信息，接收、儲存和發送價值。

5)?????智能合約是一段代碼，被部署在分享的、復制的賬本上，它可以維持自己的狀態，控制自己的資產和對接收到的外界信息或者資產進行回應。

通過分布式賬本、智能合約可以促進應對氣候挑戰:一位評論人士就區塊鏈如何促進應對氣候挑戰提出以下觀點。第一，通過區塊鏈建立一個分布式賬本增加透明度，對不同企業的碳減排任務進行分配，避免同一個任務被兩家企業認領。同時通過鏈接物聯網等設備，可以保證碳減排任務完成。第二，對于退出氣候協定的國家如美國以及其他拒絕執行氣候協定的機構，可以設置一個智能合約讓這些國家和機構將一定量資金存入來做保障，如果他們違約則將這些資金用于解決氣候問題。但是這樣做有兩大弊端，第一不能保證上鏈數據正確性，第二不能保證關鍵機構加入。（econotimes）[2020/6/13]

6)?????而維基百科給出的定義是：

“Smartcontracts?arecomputerprotocolsthatfacilitate,verify,orenforcethenegotiationorperformanceofa?contract,orthatobviatetheneedforacontractualclause.Smartcontractsusuallyalsohaveauserinterfaceandoftenemulatethelogicofcontractualclauses.Proponentsofsmartcontractsclaimthatmanykindsofcontractualclausesmaythusbemadepartiallyorfullyself-executing,self-enforcing,orboth.Smartcontractsaimtoprovidesecuritysuperiortotraditionalcontractlawandtoreduceother?transactioncosts?associatedwithcontracting.”

動態 | 微軟公布新開源形式驗證工具VeriSol，旨在優化智能合約質量:據Crypto Globe消息，6月3日，微軟研究院（Microsoft Research）在博客中揭示了一個新的開源形式驗證工具。該工具旨在提高使用Solity（為以太坊區塊鏈構建的編程語言）子集編寫的智能合約的質量。 新工具名為VeriSol（即Verifier for Solidity），曾出現在一篇概述微軟Azure區塊鏈智能合約驗證的設計和應用的學術論文中。博客文章稱，盡管VeriSol迄今仍然是一個主要由Azure智能合約驅動的原型，但研究人員對其期望很高，同時也在鼓勵開放協作以促進形式驗證發展并引入主流智能合約開發中。[2019/6/4]

總的來說，一個智能合約是一套以數字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執行這些承諾的協議。

3.智能合約發展階段

薩博提出的智能合約理論幾乎與互聯網同時出現，但應用實踐卻一直嚴重地落后于理論，沒有找到將這個理念轉變現實的清晰路徑。主要是面臨三個方面問題，一是資產需要數字化和數字資產的賬本化；二是合約方需要一個受信任的執行環境；三是代碼合約需要有類似合同蓋章不可隨意變更和可審核機制。而區塊鏈技術的出現，解決了這些問題，從而觸發了智能合約的應用。區塊鏈為完全數字化資產的記錄和轉移奠定了基礎，通過完全數字化的資產和分布式賬本，區塊鏈使計算機代碼可以控制資產，資產的控制就是控制資產對應的密鑰，而不是任何實物。區塊鏈也成為了互聯網上最可信的機制，同時一旦智能合約代碼做塊進入區塊鏈，合約方就可以確定合約不會被更改，好像合同蓋了紅章，由于區塊鏈的開放性，可以被備案、監管和審計。

Smartbtc宣布執行基于Python的比特幣智能合約:Smartbtc近期宣布執行基于Python的比特幣智能合約。此前，該創業團隊設立了一個關于其Twitter關注量在60天內達到1000，則支付0.011比特幣的合約。這一Python合約于2月19日開始執行。Samrtbtc是一個為比特幣支付智能合約提供便利服務的中心化平臺，其合約全部基于Python代碼編寫。[2018/2/21]

下面是一個自動執行的、有著銀行基本功能的智能合約。一共有四個功能：查詢賬戶余額、存錢、取錢、轉賬，合約代碼如表1所示。

表1一個簡單的銀行智能合約

合約的建立與執行：先把上面的合約代碼編譯成代碼，然后在區塊鏈上建立合約賬戶，用于存儲合約和管理與合約相關的數據。當需要查看余額的時候，發消息給合約賬戶調用balance()；當需要轉賬的時候，調用transfer()，合約賬戶會自動將你的錢減去轉賬數額，給對方的錢增加相應的數額；當需要存錢的時候，調用deposit()，合約賬戶會自動增加你的錢數；當需要取款的時候，調用withdraw()。

可以看出這是一個簡單的合約，而以太坊為代表的第二代區塊鏈正是由于和這種簡單智能合約的融合而引發區塊鏈的熱潮。筆者預測智能合約的發展也可以分為三代：

第一代是目前用的比較多的簡單的鏈上代碼稱為鏈上代碼，大多是目前以太坊上項目中簡單的IF-THEN-ELSE語句的合約，只是一些簡單流程性的代碼，沒有什么復雜性邏輯和智能內容；

第二代是已經或將要廣泛應用的契約型的智能合約，表達契約關系的代碼。比如說購物的合約、出租的合約、醫患關系、保險關系、追溯等的合約，有一定的承諾和約定的智能表達，這些我們可以通過律師或者現成的契約模板，把這些模板轉換為代碼形成智能合約;

第三代將是智能合約的高級或智能時代，表現為代碼即法律合約：具有存證和判據，符合法律規制或法律規則的代碼化，是更智能，更高級的合約，筆者認為也是智能合約的最有前途的發展。

4.?智能合約的問題與解決之道

應該說，目前區塊鏈上的智能合約還處于技術早期階段，是不成熟、不安全的和不智能的，更沒有形成理論體系，還不能大規模夠滿足應用的需求，主要問題有：

1)?????智能合約規模化產生問題：和軟件發展過程一樣，可以預計智能合約是需要規模化生產應用的，如何規模化生產可信智能合約是個大問題，筆者提出的智能合約工程正是未雨綢繆的理論；

2)?????智能合約公信編寫問題：作為一種代碼合約，和文本協議很大的不同在于，如何公信編寫，誰來驗證、測試？合約當事方顯然是不合適的，一般的第三方也很難有公信立場，建立公信生產機制是發展的關鍵；

3)?????智能合約的可信問題：由于智能合約是管理巨大數字資產的特殊軟件，軟件bug的問題目前非常突出，軟件陷阱會導致明顯地有利于合約的一方，該怎樣進行對合約進行查驗和修復？如何驗證合約的邏輯正確并杜絕漏洞？形式化方法是目前軟件可信性驗證的重要手段,避免類似于由于代碼本身漏洞給黑客攻擊的機會；

4)?????智能合約的智能化問題：目前基本是簡單合約，或固定的合約模板，智能合約的語言、編寫、部署、審計、自動輔助工具、動態修改都會是全新的模式，與人工智能技術結合是研究趨勢；

5)?????合法性問題：智能合約具有與“真正”合約一樣的法律效力嗎？如果智能合約的結果違背法律，或者法庭發現它有與合約法沖突該如何解決？計算法律學只是研究法律化的問題，而筆者提出法律代碼科技，要解決代碼即法律問題；

6)?????智能合約執行問題：存在多個合約需要時間觸發的時候，待觸發事件由誰管理與發送？如果多個合約同時執行，會帶來復雜的訪問控制、同步并發以及一致性問題；

7)?????性能問題：把合約狀態的一致性過程與區塊鏈的一致性過程區別處理，有可能會增加區塊的制作時間，比如區塊的構造時間就包含了區塊中交易的處理時間，減慢了建塊速度，該如何加快合約執行效率？

當然還有很多技術實現問題，本系列文章將拋磚引玉，大家一起來討論解決這些問題之路。

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