KEY:區塊鏈入門 | 開啟比特幣智能合約的「三把鎖」_Monkey King

隨著新的指令和算法的引入，比特幣的多簽功能正在變得強大。多簽不僅是指多個人共同簽名，保管一筆比特幣資產；它還可以是多個條件「共同簽名」，通過這些條件鎖定和解鎖比特幣。

用條件決定資產的使用，其實就是合約的功能。當這個合約可以被代碼表達并無需信任地自動執行時，我們稱其為智能合約。因此前比特幣核心主管維護人員GavinAndresen說：比特幣的多簽功能已經可以完成以太坊上大部分有用的功能。

那么，比特幣是如何實現智能合約的？比特幣與以太坊的智能合約又有何區別？我們采訪了對區塊鏈和智能合約有著深刻認知的技術寫作者王淵命，他曾任新浪微博架構師、QingCloud容器平臺負責人，現為某公鏈項目的首席架構師，他也是BFTF區塊鏈技術聯盟的發起者。

智能合約

一、比特幣是否需要智能合約

Q：

比特幣需要智能合約嗎？

A：需要。智能合約能夠為比特幣系統帶來邏輯可擴展性，在不改變現有基礎設施、基礎架構的情況下，為系統增加新的功能，從而增強系統的能力。擴展性不只是指TPS、容量和存儲等方面。

智能合約的另一個作用是它能實現具有約束力的合同功能。它是一個定義各方權利和義務關系的協議，只不過是數字化的，且它的執行機制不依賴于現有的法律體系。

Q：比特幣作為一種加密貨幣，為什么需要合同功能？簡單交易它不就可以嗎？

A：并沒有所謂的簡單交易，你為什么給我轉賬？無論是購物，或者是發工資或其他，背后其實都依賴于一個合同。在現實生活中，這個合同的執行是依賴于司法體系的，一方違約，另外一方可以起訴。只有貨幣而沒有司法體系的約束，是沒辦法完成任何交易的。

新晨科技：區塊鏈相關業務收入對公司營業總收入產生影響不大 但是增速較快:9月29日消息，新晨科技在互動平臺表示：2020年公司在區塊鏈方面，成功上線了某國有大型銀行“區塊鏈即服務（BaaS）平臺項目”、某全國股份制銀行“雄安新區建設資金鏈項目”；新增實施了某國有大型銀行“外匯管理局跨境區塊鏈平臺接入項目”及“雄安新區非稅票據區塊鏈項目”。區塊鏈業務為公司創新型業務，公司區塊鏈相關業務收入對公司營業總收入產生影響不大，但是增速較快。[2020/9/29]

那么在全球化的加密貨幣世界里，該如何構建這種合同的約束力？依賴于智能合約。智能合約將規則/法律通過代碼表達并執行，用代碼構建出一套約束力體系。

Q：比特幣需要DeFi嗎？

A：廣義來說，所有的加密貨幣都屬于DeFi的應用領域，因為DeFi的第一步是有貨幣。有了貨幣后，可以圍繞貨幣定義怎么跟其它資產或者貨幣交換，如何借貸等等，加密貨幣里的金融相對法幣體系的金融還比較早期，可探索的路還很長。

二、比特幣如何實現智能合約

Q：

為什么說比特幣系統是支持智能合約的？

A：合約就是當我跟你做一個交易時，它能保證這個交易達成，也就是說它能表達某種條件，當條件滿足時我才給你付款。能把這個條件表達出來，就可以認為它有智能合約表達能力。比特幣的腳本是有智能合約表達能力的，可以把比特幣的腳本理解成是一種智能合約。

那為什么比特幣要通過腳本而不是把功能固化在鏈上？因為如果固化在鏈上，當用戶/開發者需要某個功能時，就需要比特幣開發團隊去實現，然后再發布，然后推動整個鏈的升級，但區塊鏈升級是個復雜的事情，弄不好就分叉了。

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所以比特幣只提供最基礎的一些素材，相當于給你提供面粉，但菜怎么做留給你自己，你可以利用這些素材，根據自己的場景組合出新的東西，不需要依賴于主鏈的升級。這也就是我前邊講過的通過智能合約來實現邏輯可擴展性。未來是不確定的，智能合約可以看成是一種應對不確定性的策略。

上邊是比特幣系統本身對智能合約的支持，它是通過腳本實現的；還有另一類支持/實現智能合約的方式，就是通過比特幣系統的側鏈，在側鏈上實現智能合約的方法跟在以太坊上類似。

Q：比特幣系統是如何通過腳本實現智能合約的？

A：以太坊上的智能合約是直接用代碼表達清楚的，什么條件下執行A，什么條件下執行B等等，比特幣上的智能合約不像以太坊那樣直白。

比特幣上所有的智能合約都要被轉換成加鎖、解鎖的機制來實現，也就是說在腳本中，通過「key」或者是「哈希條件」把資產鎖定，再加上一個「時間鎖」。無論是閃電網絡還是Arwen協議，都是這樣的機制，比特幣將會推出的Schnoor簽名之類的，也都是為了更好地去表達這個機制。

因此，實現比特幣智能合約的核心就是怎么去加鎖和解鎖資產。

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如果合約中所有的條件都能轉換成key、哈希條件、時間鎖這三者來加鎖和解鎖，那么這個合約就可以用比特幣系統實現。我把這三者分別稱為簽名鎖，哈希鎖，時間鎖，比特幣智能合約基本就是用這「三把鎖」來實現的。

比如你從我這兒買一個音樂，這個音樂通過密碼訪問，那么在交易合約中，我把音樂的訪問密碼也變成其中的一個key，如果要達成交易，這個key必須讓你知道；而一旦你知道，錢就支付給我了。

Q：哈希條件和key有什么不同？

A：你可以理解成一個東西，它們的作用是一樣的。哈希條件是我知道一個value，把value哈希之后得到一個哈希結果。那么在合約中，就是設置一個條件，誰能在寫交易的時候把這個哈希結果打進來，這錢就歸誰。只要我有這個value，就有哈希結果，也可以理解成有一個key。

Q：簡單而言，可不可以認為比特幣的智能合約是通過多簽加上時間鎖來實現的？

A：可以，前邊講過用key、哈希條件、時間鎖實現智能合約，哈希條件也可以當作多重簽名中的一個key來看待；時間鎖則是一個關于區塊高度的條件。

Q：時間鎖在實現智能合約中的重要性是什么？

A：時間鎖很重要，如果沒有時間約束的話，很多協議是沒法實現的。正是因為現在有了哈希條件、時間鎖，閃電網絡這種合約才能跑起來。

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比如說閃電網絡，我們兩個人共同出錢，把錢凍結到一個共管的賬號里，然后在鏈下互相支付，當要去結算時一方不合作了怎么辦？假設我們吵架了，你的錢你不要了，但我的錢我也拿不到。有了時間鎖就好處理了，我設一個超時時間，過了超時時間錢就是我的，我就可以拿走了。

三、比特幣與以太坊智能合約的差別

Q：

對應于比特幣用腳本實現智能合約，以太坊是用什么實現智能合約的？

A：以太坊有一個智能合約語言。其實比特幣的腳本也可以理解成一種語言，只不過比較簡單；比特幣腳本執行也可以理解成有一個虛擬機，只不過虛擬機的實現比較簡單。既然都是虛擬機執行指令，那么以太坊的改變在哪里？

我總結以太坊帶來的主要改變有三點：

1.以太坊虛擬機指令的表達能力更強。簡單理解的話，可以認為以太坊提供的指令更低級，用低級的指令組合成高級指令，而比特幣是直接提供高級指令，其指令是有限的。另外，以太坊支持跳轉等指令，能表達出循環等邏輯，也就是大家常說的圖靈完備。

2.以太坊引入了gas機制。在以太坊上可以隨意寫合約邏輯，gas機制保證最后執行的時候有一個上限限制，這除了解決停機問題外，還能限制浪費資源，讓腳本的執行成本跟付出的費用間有個關系。

3.以太坊上的合約有狀態，而比特幣上的合約不能有自己的狀態。這代表著：第一，比特幣上的合約是不能自己生成自己的狀態的，比如說在這次腳本里輸出一個東西，在下次腳本中使用是不行的，比特幣的腳本都是一次性的，只對這個交易起作用；第二，比特幣上的腳本是不能直接讀取鏈上已有的狀態的，比如時間鎖依賴鏈上的區塊高度，需要特殊指令支持，嵌入到腳本里的其他狀態更無法讀取。

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Q：圖靈完備會帶來什么差別？

A：其實以太坊也不是說真圖靈完備，因為它有gas的限制，不可能用太復雜的邏輯。

圖靈完備的好處是它的擴展能力更強，表達能力更強。因此以太坊提供的實驗的自由度要遠大于比特幣，這也是以太坊上各種實驗項目多的原因。

比特幣是一種保守策略。我就這么多指令，我在別的地方先實驗，實驗好了，覺得需要支持這個指令，就增加這個指令。比如說為了支持原子交換以及支付通道，增加了哈希時間鎖定協議，可以鎖定一個時間段。

比特幣為什么不擴充那么多指令？因為不同指令的資源消耗是不一樣的，如果表達很復雜的腳本，執行這個交易的成本就會很高，會消耗資源、影響整個網絡。

Q：合約狀態會帶來什么差別？

A：比特幣的狀態全是在鏈下生成的，就是說生成交易的時候就要把這個狀態寫好，鏈上只承載交易的數據，其它額外的數據寫不進去。

比如你很難在比特幣上發自己的幣。在比特幣上發的幣都是染色幣，染色幣是在腳本里嵌入一些自己的數據結構，但腳本不能讀嵌入的這個數據結構，所以也不能通過腳本對這個數據結構做驗證，需要再做一個網絡校驗，看寫進去的這個數據是不是合法的。

所有的染色幣都是基于這個機制實現的，它不是像以太坊那樣直接發一個token，然后通過合約來校驗。

比特幣之所以采用這種設計，本質在于它是不歡迎其他的數據寫上去的，因為對比特幣網絡來說，承載額外的數據是有成本的，這種數據還得永久保存，而用戶只付費一次。所以比特幣不提供自定義狀態的存儲，這不是它的路線，通過op_return嵌入自定義數據可以理解為一種hack行為，并不是比特幣提供op_return?的本來目標。

其實這能夠看出比特幣和以太坊在設計思路上的區別：你可以把比特幣理解成一個中立的銀行，它只提供資產加鎖、解鎖的機制，誰有鑰匙資產歸誰，它對其他的條件都不關心；并且每一筆資產都是獨立的鎖，它也不關心資產之間的關系。比特幣的智能合約并不是一段代碼，而是一系列操作鎖的協議。

而以太坊的的設計思路是任何合約都可以表現為一系列的交易，后面的交易和前置交易的狀態是有關聯的，所以它提供一種通用的追蹤和更新歷史狀態的機制，而更新狀態的邏輯和條件就由用戶自己去創造。以太坊黃皮書里的世界狀態的公式很好的表達了這種思路。

這兩種思路其實各有優劣，和設計者的目標以及對世界的抽象有關系。

Q：比特幣和以太坊的智能合約還有其他不同嗎？

A：UTXO模型與Account模型的不同，也會給兩者智能合約的實現帶來差異。

在UTXO模型中，每一筆錢都有一個標記，使用的時候需要明確知道使用的是哪一筆錢；Account模型則相當于把用戶所有的UTXO合并成一個大的UTXO，使用的是這個默認的UTXO。這帶來幾點不同：

1.在Account模型下寫合約比較簡單，只需要說轉多少錢，不需要指明轉的是哪一筆錢；

2.Account模型可以提前對未來的收益進行約束，也就說這筆錢還沒到合約賬戶，但可以部署合約去約束它該怎么花；

3.由于Account模型相當于合并UTXO，所以轉賬時不能直接設置解鎖條件，必須先部署一個合約。

當然，UTXO模型和Account模型都是在演化的，有一些項目會對它們做出改變，有機會我會寫文章詳細分析。

四、比特幣智能合約案例

Q：

怎么理解閃電網絡本身就是一種智能合約？

A：你可以說閃電網絡是一個協議，也可以說它是比特幣上的一種智能合約。閃電網絡的合約主要解決兩個人如何共同鎖錢，以及如果一方作弊、不合作等等情況下怎么辦的問題，它是通過前邊說的三把鎖來實現的。

Q：在閃電網絡上實現智能合約又是怎樣的一個過程？

A：閃電網絡實際上是兩個人之間的支付通道，現在只支持互相轉賬。我們嘗試在支付通道之上嵌入了一個虛擬機，就可以執行比較完備的智能合約，比如游戲。

通道雙方可以壓一筆BTC，然后去玩游戲，贏的一方得BTC；如果玩的有分歧，可通過仲裁系統去仲裁。仲裁系統相當于一個法院，可以是一個側鏈，或是一個雙方信任的機構運行的節點，或者是仲裁者市場等等。仲裁系統保留了雙方的解鎖鑰匙，它仲裁之后把鑰匙給贏的一方。

由于閃電網絡的資產是定向的，所以仲裁者只能決定哪個用戶得到BTC，但自己不能拿走用戶的BTC，即便是有聯合作弊的可能，但作弊成本要比托管模式高。

Q：通過閃電網絡實現智能合約，與通過類似Liquid的側鏈實現智能合約，有什么不同？

A：閃電網絡上的智能合約是通道雙方的鏈下節點執行的，互相校驗，產生分歧時需要有一個仲裁系統來仲裁。而側鏈本身就有共識機制，有多個節點來執行和校驗合約，所以兩者在執行機制上是不一樣的。

在側鏈實現智能合約的方式與在以太坊上實現智能合約的方式類似，但當它與主鏈協同的時候，需要通過比特幣的加鎖、解鎖的機制。

結束語

作為加密貨幣，比特幣似乎有能力為DeFi的發展提供一個更好的空間，因為它凝聚了最多的共識，也承載著最高的價值和流動性，它是最受信任的加密資產。

那么作為一種系統，比特幣是否支持DeFi的實施？在本文中我們探討了比特幣智能合約的實現機制，并把它與以太坊智能合約進行了一些比較。比特幣上的DeFi不僅是可能的，而且會隨著多簽功能的強大變得更加完備。

也許我們可以期待以比特幣為核心元素的去中心化金融服務的到來。

-TheEnd?-

受訪者：王淵命

采訪&撰文：李畫

本文約5000字，閱讀全文需約10分鐘。

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