比特幣:區塊鏈入門 | 開啟比特幣智能合約的「三把鎖」_加密貨幣

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。

中國區塊鏈專利申請量全球第一 數量達3.3萬件占比約63%:10月25日消息，科技創新情報SAAS服務商智慧芽發布數據顯示，截至目前，有近50個國家和地區的近7800家公司參與了區塊鏈相關專利的申請，專利申請量合計約5.5萬件。其中，中國的區塊鏈相關專利申請量排名第一，數量約3.3萬件，占比約63%，其次為美國、韓國。（上證快訊）[2021/10/25 20:55:11]

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。

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。

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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。

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。

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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。

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。

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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。

新晨科技：區塊鏈業務及技術尚處于探索階段:財聯社1月18日訊，新晨科技披露股價異動公告，表示公司認為區塊鏈業務及技術尚處于探索階段，無論是商業模式和技術實現都面臨著諸多挑戰，離大規模商業應用還有很長的路要走。預計未來一段時間公司區塊鏈相關業務收入對公司營業總收入產生影響很小。[2018/1/18]

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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