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        淺析元宇宙中區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

        2023-08-20 03:22:47王迪
        軟件工程 2023年8期

        王迪

        摘 要:為探索元宇宙中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的必要性與具體方式,分別從元宇宙的發(fā)展內(nèi)涵與區(qū)塊鏈的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié),研究元宇宙去中心化、去信任的必要性,指出區(qū)塊鏈技術(shù)不僅可以為元宇宙提供開(kāi)放自由的去中心化基礎(chǔ)設(shè)施,而且可以為其構(gòu)建公開(kāi)透明的社會(huì)規(guī)則與可信金融生態(tài)。它還是分布式身份與數(shù)字資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),是實(shí)現(xiàn)元宇宙不可或缺的部分。同時(shí),闡述了通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建元宇宙面臨的挑戰(zhàn),提出多學(xué)科融合的元宇宙體系建設(shè)方向。

        關(guān)鍵詞:元宇宙;區(qū)塊鏈;去中心化;去中心化金融;智能合約

        中圖分類(lèi)號(hào):TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言(Introduction)

        計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展不斷地改變與豐富著人類(lèi)社會(huì)的交流、互動(dòng)和交易行為。元宇宙作為下一代具有變革潛力的普適性計(jì)算范式,旨在通過(guò)融合價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)、沉浸式體驗(yàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),創(chuàng)造出一個(gè)全新的虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境。同時(shí),元宇宙作為新的文明形態(tài),必將在未來(lái)的全球格局中引發(fā)新的“文明之爭(zhēng)”,是未來(lái)全球新的社會(huì)體系和經(jīng)濟(jì)秩序重組的關(guān)鍵[1]。

        區(qū)塊鏈技術(shù)作為支撐元宇宙的核心技術(shù),是達(dá)成共識(shí),實(shí)現(xiàn)元宇宙次序,形成元宇宙體系的關(guān)鍵。本文對(duì)元宇宙構(gòu)成要素與區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析,探索了基于區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)規(guī)則、身份與金融生態(tài)建設(shè)的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用的必要性,并對(duì)當(dāng)前的主流技術(shù)進(jìn)行了介紹,指出構(gòu)建自適應(yīng)、自循環(huán)、自發(fā)展的元宇宙生態(tài)仍充滿(mǎn)挑戰(zhàn),需多學(xué)科融合與支撐。

        1 元宇宙概述(Overview of Metaverse)

        目前,對(duì)于元宇宙尚缺乏一個(gè)公認(rèn)的定義,從其特征來(lái)看,元宇宙是一個(gè)持久的多用戶(hù)環(huán)境,構(gòu)建了一套新的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)系統(tǒng),是現(xiàn)實(shí)世界在虛擬世界的映射,脫胎于現(xiàn)實(shí)世界,又相互影響[2]。元宇宙融合了虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)與人工智能等,是一個(gè)高度開(kāi)放、復(fù)雜且巨大的生態(tài)系統(tǒng),包含用戶(hù)沉浸式、低延遲的感官體驗(yàn),虛擬化的身份、資產(chǎn),開(kāi)放式創(chuàng)造的環(huán)境、社交與安全有序的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。社交媒介公司Gamer DNA的創(chuàng)始人Jon Radoff曾經(jīng)列出構(gòu)成元宇宙的七層要素,描述了元宇宙的實(shí)現(xiàn)從底層技術(shù)到生態(tài)應(yīng)用所需要的七個(gè)層面,如圖1所示,其中包含以通信技術(shù)、芯片、傳感器與仿生材料構(gòu)成的基礎(chǔ)設(shè)施層,以移動(dòng)終端、交互傳感器構(gòu)成的人機(jī)交互層,以數(shù)字孿生技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、邊緣計(jì)算與微服務(wù)等構(gòu)成的去中心化層與空間計(jì)算層,還有為應(yīng)用產(chǎn)品及運(yùn)營(yíng)生態(tài)的布局所構(gòu)建的創(chuàng)作者經(jīng)濟(jì)層、發(fā)現(xiàn)層及體驗(yàn)層[3]。每一層均關(guān)系著相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展、進(jìn)步與融合[4]。

        上述七層要素構(gòu)成了元宇宙的主要要素,由此可見(jiàn),元宇宙是多種新興技術(shù)相融合而產(chǎn)生的新型虛實(shí)相融的具備社會(huì)形態(tài)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,它不能簡(jiǎn)單地等同于電子游戲,也不等同于虛擬世界,它基于數(shù)字孿生技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供類(lèi)似真實(shí)世界的沉浸式體驗(yàn),通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建元宇宙中的經(jīng)濟(jì)體系,將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的身份、金融、社交進(jìn)行關(guān)聯(lián)與融合,同時(shí)為用戶(hù)提供生產(chǎn)、創(chuàng)作的能力。

        目前,元宇宙及其相關(guān)技術(shù)已應(yīng)用于游戲、虛擬社區(qū)、電子商務(wù)等領(lǐng)域。未來(lái),元宇宙的落地應(yīng)用還將不斷擴(kuò)展,有望在社交、商業(yè)、教育、醫(yī)療與軍事等領(lǐng)域取得進(jìn)一步的發(fā)展。通過(guò)元宇宙,可以為用戶(hù)提供身臨其境的社交與商業(yè)行為,實(shí)現(xiàn)虛擬的教學(xué)活動(dòng)、健康咨詢(xún)與疾病診治行為。同時(shí),元宇宙技術(shù)的應(yīng)用可以為軍隊(duì)在訓(xùn)練、作戰(zhàn)決策、情報(bào)偵察、聯(lián)合作戰(zhàn)等方面帶來(lái)更多的創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)。

        當(dāng)前,元宇宙正處于起步階段,仍面臨著倫理與道德、安全與隱私、技術(shù)限制等問(wèn)題,需要推進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展,建立和完善相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和監(jiān)督管理機(jī)制,促進(jìn)元宇宙的健康發(fā)展。

        2 元宇宙中相關(guān)技術(shù)(Related technologies inMetaverse)

        從科學(xué)角度來(lái)看,元宇宙中的相關(guān)技術(shù)均不是新興技術(shù),而是多學(xué)科融合的結(jié)果[5]。元宇宙中的相關(guān)技術(shù)如圖2所示,主要包含區(qū)塊鏈技術(shù)、交互技術(shù)、建模與渲染技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)算技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

        區(qū)塊鏈技術(shù)具有分布式、去中心化、去信任、共識(shí)與智能合約等特點(diǎn),是元宇宙中建立信任、維持經(jīng)濟(jì)體系的重要基礎(chǔ)。元宇宙建立的核心一定是去中心化、去信任的,只有不依賴(lài)任何中心化實(shí)現(xiàn)的身份認(rèn)證、資產(chǎn)確權(quán),才能形成龐大的經(jīng)濟(jì)體系,才能保障價(jià)值歸屬、傳遞與流轉(zhuǎn)。通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)中的同質(zhì)化資產(chǎn)(Fungible Token,F(xiàn)T)與非同質(zhì)化資產(chǎn)(Non-FungibleTokens,NFT)、分布式自組織(Decentralized AutonomousOrganization,DAO)、智能合約(Smart Contract)與去中心化金融(Decentralized Finance,DeFi)等技術(shù)的應(yīng)用,激發(fā)創(chuàng)作者經(jīng)濟(jì)模式與海量?jī)?nèi)容的創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)元宇宙經(jīng)濟(jì)體系運(yùn)行的穩(wěn)定性、透明性、高效性和確定性,促進(jìn)元宇宙社會(huì)的自促性發(fā)展。交互技術(shù)包含前端信息處理、聲紋識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、情感識(shí)別、人機(jī)交互與語(yǔ)音合成等技術(shù),是讓用戶(hù)從心理和情感層面完全沉浸的關(guān)鍵,也是制約當(dāng)前元宇宙體驗(yàn)的瓶頸所在,人機(jī)交互技術(shù)包含傳感與體感技術(shù),包括虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器、觸覺(jué)、痛覺(jué)等體感技術(shù)與位置、力量、速度傳感器等相應(yīng)的傳感技術(shù)。此外,更為復(fù)雜先進(jìn)的腦機(jī)交互技術(shù),也是交互技術(shù)的下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)。

        建模與渲染技術(shù)目前主要是利用游戲引擎相關(guān)的三維建模與實(shí)時(shí)渲染,也包括在虛擬空間中實(shí)現(xiàn)映射的數(shù)字孿生技術(shù),是元宇宙中逼真呈現(xiàn)豐富數(shù)字場(chǎng)景的重要技術(shù)支撐。人工智能技術(shù)包含計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、自然語(yǔ)言處理技術(shù)與智能語(yǔ)音技術(shù)等,通過(guò)上述技術(shù),為元宇宙中的系統(tǒng)與虛擬角色提供超越人類(lèi)的學(xué)習(xí)能力,同時(shí)賦予其語(yǔ)言識(shí)別、理解與交流的能力。

        元宇宙對(duì)延時(shí)與實(shí)時(shí)渲染的要求極高,需要支持大規(guī)模用戶(hù)同時(shí)在線(xiàn)、接入與計(jì)算,因此對(duì)元宇宙的網(wǎng)絡(luò)性能與運(yùn)算能力提出了更高的要求,目前5G、6G、Wi-Fi 7與邊緣計(jì)算、GPU集群技術(shù)的發(fā)展,為元宇宙提供高速、低延時(shí)、規(guī)模化接入的傳輸通道,為用戶(hù)提供了更實(shí)時(shí)、流暢的體驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為元宇宙物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備感知物理世界萬(wàn)物的信號(hào)和信息來(lái)源提供技術(shù)支撐,承擔(dān)了物理世界數(shù)字化的前端采集與處理職能,同時(shí)作為媒介為虛實(shí)共生的元宇宙搭建起了虛擬世界與物理世界的橋梁。只有在實(shí)現(xiàn)真正的萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)上,元宇宙才能實(shí)現(xiàn)真正的虛實(shí)共生。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,使得元宇宙中將每個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的“事物”連接起來(lái)成為可能,為虛擬世界提供現(xiàn)實(shí)世界信息感知的能力與數(shù)據(jù)的供給。

        3 元宇宙中區(qū)塊鏈技術(shù)(Blockchain technologyin Metaverse)

        區(qū)塊鏈技術(shù)是通過(guò)鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)與共識(shí)算法產(chǎn)生與追加數(shù)據(jù),利用密碼學(xué)技術(shù)保障交易、傳輸與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全,利用公開(kāi)透明且可自動(dòng)化執(zhí)行的智能合約,共同構(gòu)建了全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算范式。區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)、密碼學(xué)、社會(huì)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué),具備去中心化、開(kāi)放性、自治性、不可篡改性與匿名性等特點(diǎn),區(qū)塊鏈本身的特點(diǎn)使其在身份認(rèn)證、金融服務(wù)、數(shù)據(jù)協(xié)同、供應(yīng)鏈管理等方面具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

        目前,有部分學(xué)者對(duì)如何在元宇宙中利用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的研究。YANG等[6]研究了區(qū)塊鏈與人工智能如何與元宇宙融合,深入探討了元宇宙組建、數(shù)字貨幣等在虛擬世界的應(yīng)用。郭亞軍等[7]研究了元宇宙場(chǎng)域下的虛擬社區(qū)知識(shí)共享模式,闡述了用戶(hù)在元宇宙場(chǎng)域下的虛擬社區(qū)進(jìn)行知識(shí)共享的基本流程。GADEKALLU等[8]從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)互操作性和數(shù)據(jù)隱私保護(hù)等方面討論了基于區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)元宇宙數(shù)據(jù)交互的方法。NGUYEN等[9]指出元宇宙必須克服大量資源需求、互操作性、安全和隱私等挑戰(zhàn),并利用Stackelberg博弈論開(kāi)發(fā)了一種激勵(lì)機(jī)制。雖然上述研究中都提及了需要利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)元宇宙,但是并未對(duì)元宇宙中使用區(qū)塊鏈技術(shù)的必要性與應(yīng)用方向進(jìn)行歸納闡述。

        既然元宇宙的終極目標(biāo)是打造一個(gè)所有人都參與其中的虛擬世界,那么就得解決所有人對(duì)這個(gè)虛擬世界的信任問(wèn)題,對(duì)于該虛擬世界中的身份、資產(chǎn)、交易等的真實(shí)性與所有權(quán)有著絕對(duì)的信任,并且不依靠任何所謂的“可信”第三方;而區(qū)塊鏈特有的去中心化、去信任、多方共識(shí)、不可篡改等特點(diǎn),天然地成為元宇宙可信底層構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)。區(qū)塊鏈賬本間通過(guò)時(shí)間戳與哈希算法技術(shù),為元宇宙底層數(shù)據(jù)提供了不可篡改性、可追溯性等特點(diǎn);區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制,解決了分布式網(wǎng)絡(luò)中的信任與數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了去中心化的模式下各節(jié)點(diǎn)的相互證明與賬本一致;區(qū)塊鏈分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了元宇宙的整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的核心基礎(chǔ)與保障,依托智能合約自動(dòng)化、可編程、易驗(yàn)證的特點(diǎn),為元宇宙中的價(jià)值交換提供了公開(kāi)、透明的執(zhí)行流程與可信驗(yàn)證,可以在不需要任何可信第三方作為中介的情況下,實(shí)現(xiàn)鏈上的可信交互;區(qū)塊鏈提供了定義與確權(quán)資產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ),例如NFT,作為一種元宇宙中新的價(jià)值承載物,為元宇宙中的稀有屬性、稀有資產(chǎn)提供證明和確權(quán),從而為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的價(jià)值流轉(zhuǎn)提供基礎(chǔ)。因此,區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的安全性與隱私性、抗抵賴(lài)性和可審查性、透明性和匿名性、可擴(kuò)展性和互操作性、公平性和平等性等特征可以更好地促進(jìn)元宇宙的發(fā)展,解決了元宇宙中信任、資產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)等方面問(wèn)題[10]。在元宇宙中的應(yīng)用價(jià)值具體體現(xiàn)為如下五個(gè)部分。

        3.1 去中心化基礎(chǔ)設(shè)施

        區(qū)塊鏈通過(guò)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將所有節(jié)點(diǎn)連接在一起,基于分布式賬本實(shí)現(xiàn)鏈上數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ),使用共識(shí)機(jī)制與智能合約使鏈上各方在不需要可信第三方的基礎(chǔ)上建立信任機(jī)制,并使用廣播或多播的方式傳播交易信息[11]。

        P2P網(wǎng)絡(luò):區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)的組網(wǎng)方式,各節(jié)點(diǎn)間處于對(duì)等的地位且具備相同的功能,無(wú)主從之分,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均會(huì)參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中消息分發(fā)、交易驗(yàn)證、共識(shí)等工作,并通過(guò)Kadelima、Gossip協(xié)議等實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。分布式賬本:一種在區(qū)塊鏈各節(jié)點(diǎn)間共享、復(fù)制和同步的分布式數(shù)據(jù)庫(kù),區(qū)塊鏈在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種以區(qū)塊為單位的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu),運(yùn)用密碼學(xué)與時(shí)間戳等技術(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)塊的串聯(lián)并保障其難以被篡改。

        共識(shí)算法:共識(shí)算法是維護(hù)區(qū)塊鏈分布式賬本數(shù)據(jù)一致性的核心機(jī)制,在區(qū)塊鏈分布式網(wǎng)絡(luò)中,通過(guò)信息交換識(shí)別惡意節(jié)點(diǎn)和偽造數(shù)據(jù)并達(dá)成共識(shí),靳世雄等[12]在《區(qū)塊鏈共識(shí)算法研究綜述》中,按照主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生方式將共識(shí)算法分類(lèi)為競(jìng)爭(zhēng)類(lèi)、選舉類(lèi)、隨機(jī)類(lèi)和其他類(lèi)。①競(jìng)爭(zhēng)類(lèi):所有參與共識(shí)的節(jié)點(diǎn)通過(guò)約定的競(jìng)爭(zhēng)方式,爭(zhēng)奪記賬權(quán),該類(lèi)算法以比特幣、以太坊的POW 共識(shí)算法為代表。②選舉類(lèi):節(jié)點(diǎn)通過(guò)投票的方式選擇出主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記賬,選舉類(lèi)共識(shí)算法以PBFT(實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法)、RAFT(容錯(cuò)一致性復(fù)制算法)等為代表。③隨機(jī)類(lèi):通過(guò)特定的隨機(jī)算法選擇共識(shí)節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記賬。④其他類(lèi):以Ripple聯(lián)盟鏈中的RPCA(瑞波協(xié)議共識(shí)算法)、分片共識(shí)算法、基于DAG(有向無(wú)環(huán)圖)的共識(shí)算法為代表。廣播機(jī)制:區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)收到交易后,需要將交易進(jìn)行廣播,盡可能地使交易到達(dá)更多的節(jié)點(diǎn),從而對(duì)交易進(jìn)行驗(yàn)證與背書(shū),新產(chǎn)生的區(qū)塊也通過(guò)廣播機(jī)制進(jìn)行確認(rèn),從而進(jìn)行全網(wǎng)同步,區(qū)塊落盤(pán)。

        只有基于去中心化構(gòu)建的元宇宙,才是安全、自由和永恒的,應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù),為元宇宙帶來(lái)了去中心化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、去中心化的經(jīng)濟(jì)體系及去中心化的虛擬世界,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜ブ行幕沟迷钪娌皇潜灰粋€(gè)或幾個(gè)主體所掌控的服務(wù)器或信息系統(tǒng)所承載,使元宇宙中的數(shù)據(jù)、資產(chǎn)與身份等都屬于用戶(hù)個(gè)人,不會(huì)出現(xiàn)元宇宙被他人隨意篡改、支配或破壞的情況。

        3.2 公開(kāi)透明的規(guī)則

        區(qū)塊鏈去中心化的特點(diǎn),構(gòu)建了可信的存儲(chǔ)環(huán)境與執(zhí)行環(huán)境,而智能合約則為區(qū)塊鏈提供了可信的執(zhí)行邏輯。智能合約是20世紀(jì)90年代由密碼學(xué)家尼克·薩博提出的理念,他指出“智能合約的設(shè)計(jì)目標(biāo)是執(zhí)行一般的合同條件,最大限度地減少惡意和意外的狀況,最大限度地減少使用信任中介”。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)從數(shù)字貨幣到去中心化自治組織(DecentralizedAutonomous Organization,DAO)的發(fā)展,智能合約在區(qū)塊鏈技術(shù)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,智能合約為區(qū)塊鏈平臺(tái)提供了可編程性,區(qū)塊鏈又為智能合約提供了公開(kāi)、透明的執(zhí)行環(huán)境。目前,智能合約已在眾多區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),名氣較大的如以太坊(Ethereum)、超級(jí)賬本(Hyperledger Fabric)、FiscoBcos等。

        以太坊中的智能合約代碼是圖靈完備的,基于以太坊虛擬機(jī)(Ethereum Virtual Machine,EVM)部署和執(zhí)行智能合約代碼,以太坊用戶(hù)通過(guò)Solidity編程語(yǔ)言編寫(xiě)智能合約,并轉(zhuǎn)換為“操作碼”(Opcodes)運(yùn)行。Solidity編程語(yǔ)言是一種面向合約的高級(jí)編程語(yǔ)言,它通過(guò)EVM編譯、部署并執(zhí)行,語(yǔ)法類(lèi)似于JavaScript,支持強(qiáng)類(lèi)型、繼承、庫(kù)以及用戶(hù)自定義類(lèi)型[13]。但是,Solidity也有其特有的語(yǔ)言特性,包括用于定義賬戶(hù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型Address,將存儲(chǔ)類(lèi)型分為內(nèi)存型(Memory)與持久型(Storage),使用關(guān)鍵字Payable定義函數(shù)是否可支持以太幣或其他數(shù)字貨幣的收付款操作,并支持可回滾的異常處理機(jī)制等。

        超級(jí)賬本中的智能合約稱(chēng)為Chaincode,是圖靈完備的,通常用Golang語(yǔ)言編寫(xiě),也支持Java、Nodejs等編程語(yǔ)言。超級(jí)賬本通過(guò)“世界狀態(tài)”存儲(chǔ)當(dāng)前的賬本值,避免頻繁地通過(guò)“遍歷”區(qū)塊獲得想要的數(shù)據(jù),而區(qū)塊鏈賬本本身則是記錄了形成當(dāng)前“世界狀態(tài)”的事務(wù)日志。超級(jí)賬本中的智能合約通過(guò)賬本數(shù)據(jù)操作方法間接地對(duì)“世界狀態(tài)”進(jìn)行操作。超級(jí)賬本中的智能合約代碼由Golang語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),因此具有代碼簡(jiǎn)潔、支持高并發(fā)、支持內(nèi)嵌C語(yǔ)言與支持自動(dòng)垃圾回收等特點(diǎn)。

        Fisco Bcos是國(guó)內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)研發(fā)且開(kāi)源的區(qū)塊鏈底層平臺(tái),同樣支持圖靈完備的合約語(yǔ)言,包括Solidity(以太坊智能合約語(yǔ)言)、Liquid(流體模板語(yǔ)言)與預(yù)編譯合約機(jī)制等。Liquid由Fisco Bcos團(tuán)隊(duì)自行研發(fā)并開(kāi)源,支持使用加密原語(yǔ)對(duì)上鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行隱匿,從而確保數(shù)據(jù)的安全性與隱私性;支持智能合約的安全檢測(cè),從而增強(qiáng)邏輯魯棒性;支持基于DAG的合約并行執(zhí)行技術(shù),提升區(qū)塊鏈平臺(tái)交易的效率。預(yù)編譯合約是一種使用C++語(yǔ)言編寫(xiě)合約的方法,將合約邏輯編譯至區(qū)塊鏈平臺(tái)底層中,可直接訪問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù),有著更好的性能表現(xiàn)與并行處理能力。

        “代碼即法律”是區(qū)塊鏈智能合約一個(gè)顯著特點(diǎn)。由于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)本身的公開(kāi)、透明及分布式的特性,使得在區(qū)塊鏈平臺(tái)運(yùn)行的智能合約具備公開(kāi)、透明、可驗(yàn)證、可自動(dòng)觸發(fā)等特性,智能合約一旦部署,便可以自動(dòng)執(zhí)行,當(dāng)觸發(fā)了規(guī)則所設(shè)定的條件后,就能按照設(shè)定執(zhí)行相應(yīng)的操作,這也是對(duì)“代碼即法律”的詮釋?zhuān)诓恍枰尚诺谌降幕A(chǔ)上即可進(jìn)行可信交互。如果將元宇宙中的金融系統(tǒng)、社會(huì)規(guī)則、法律法規(guī)構(gòu)建于區(qū)塊鏈之上,那么智能合約則可將社會(huì)運(yùn)行的邏輯與規(guī)則以程序化、可信任、可驗(yàn)證的方法構(gòu)建,從而極大地減少社會(huì)系統(tǒng)中存在的人為干涉等問(wèn)題,可廣泛應(yīng)用于元宇宙中的社會(huì)自治、金融市場(chǎng)、交易合約等領(lǐng)域。

        3.3 身份標(biāo)識(shí)與認(rèn)證

        區(qū)塊鏈中的身份標(biāo)識(shí)與認(rèn)證是基于區(qū)塊鏈應(yīng)用中資產(chǎn)確權(quán)與交易流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ),包含對(duì)身份的創(chuàng)建、恢復(fù)、認(rèn)證等全生命周期的管理。區(qū)塊鏈中的身份管理主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容,即身份標(biāo)識(shí)、身份認(rèn)證和身份隱藏[14]。其中,身份標(biāo)識(shí)是構(gòu)成鏈上資產(chǎn)權(quán)屬標(biāo)記和支付確權(quán)的基礎(chǔ),身份認(rèn)證是實(shí)現(xiàn)交易行為權(quán)限校驗(yàn)的核心,身份隱藏則是鏈上隱私保護(hù)的重要體現(xiàn)。

        身份標(biāo)識(shí)是區(qū)塊鏈系統(tǒng)中實(shí)體身份唯一性與關(guān)聯(lián)性的標(biāo)志,大多基于密碼學(xué)協(xié)議實(shí)現(xiàn),例如比特幣、以太坊等公鏈中,身份標(biāo)識(shí)即基于用戶(hù)公鑰經(jīng)過(guò)一定規(guī)則的變換,成為用戶(hù)鏈上的錢(qián)包地址,也是該用戶(hù)的鏈上身份標(biāo)識(shí)。在聯(lián)盟鏈中常?;跀?shù)字證書(shū)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)標(biāo)識(shí),例如在超級(jí)賬本中使用了MSP(Membership Service Provider)在聯(lián)盟鏈中進(jìn)行數(shù)字證書(shū)的頒發(fā)、授權(quán)、認(rèn)證與管理,MSP基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(Public KeyInfrastructure,PKI)實(shí)現(xiàn),通過(guò)定義身份、身份管理、身份認(rèn)證為超級(jí)賬本網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)、組織與聯(lián)盟提供服務(wù)。W3C DID(Decentralized Identifier)工作組成立于2019年9月,它定義了一種分布式身份標(biāo)識(shí)規(guī)范,具有全局唯一性、高可用性、可解析性和加密可驗(yàn)證性等特點(diǎn),可用于標(biāo)識(shí)人員、組織和事物,并具備多種安全和隱私保護(hù)特性。

        區(qū)塊鏈中身份認(rèn)證可分為匿名認(rèn)證與實(shí)名認(rèn)證,例如比特幣、以太坊等公鏈采用無(wú)準(zhǔn)入機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和基于公鑰、私鑰的交易驗(yàn)證機(jī)制,為用戶(hù)提供匿名認(rèn)證,用戶(hù)通過(guò)打包交易、利用自身私鑰簽名并全網(wǎng)廣播宣布對(duì)私鑰對(duì)應(yīng)賬戶(hù)的所有權(quán),從而實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證。實(shí)名認(rèn)證則需要接入證書(shū)的簽發(fā)機(jī)構(gòu)(Certificate Authority,CA),通過(guò)線(xiàn)上或線(xiàn)下的身份核實(shí)與證書(shū)頒發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體的身份認(rèn)證。

        身份隱藏主要利用隱私保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈上用戶(hù)身份的隱匿與難追蹤,在加密貨幣中具有代表性的是門(mén)羅幣,它基于CryptoNote底層協(xié)議實(shí)現(xiàn),利用環(huán)簽名、混淆地址與環(huán)機(jī)密交易,分別實(shí)現(xiàn)對(duì)交易發(fā)送方的不可追蹤,交易接收方的不可追蹤與交易金額的隱匿。在聯(lián)盟鏈中對(duì)于身份隱私的保護(hù)常常采用密碼學(xué)技術(shù),例_______如盲簽名、群簽名、環(huán)簽名、同態(tài)加密或零知識(shí)證明等,實(shí)現(xiàn)對(duì)交易與用戶(hù)身份的隱藏或混淆。

        元宇宙中實(shí)體身份的標(biāo)識(shí)與認(rèn)證依賴(lài)于實(shí)體發(fā)送交易上鏈過(guò)程中對(duì)身份合法性、簽名正確性和數(shù)據(jù)完整性等信息進(jìn)行校驗(yàn),其中包括口令認(rèn)證、密鑰體制的認(rèn)證與生物特征認(rèn)證[15]。元宇宙中一切資產(chǎn)、交易與行為均建立在身份認(rèn)證的基礎(chǔ)上,區(qū)塊鏈通過(guò)密碼學(xué)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的身份認(rèn)證,確?!澳愕馁~號(hào)歸屬于你,你的身份數(shù)據(jù)歸屬于你,你的身份對(duì)應(yīng)的資產(chǎn)屬于你”,用戶(hù)在元宇宙中的一切認(rèn)證、交易行為均依賴(lài)于密碼學(xué)技術(shù),用戶(hù)可以真正地享有資產(chǎn)的所有權(quán),任何第三方都無(wú)法偽造、奪取或銷(xiāo)毀它們,這是對(duì)元宇宙中數(shù)字資產(chǎn)確權(quán)的根本。同時(shí),依賴(lài)于區(qū)塊鏈中現(xiàn)有的隱私保護(hù)技術(shù)又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)元宇宙中身份、行為信息的隱匿。

        3.4 可信金融生態(tài)

        近幾年,去中心化金融概念的提出與發(fā)展,推動(dòng)了分布式技術(shù)與金融產(chǎn)業(yè)的融合,DeFi常是指基于區(qū)塊鏈金融智能合約與分布式應(yīng)用程序(Decentralized Application,DApp)所構(gòu)建的數(shù)據(jù)資產(chǎn)金融市場(chǎng),簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),它是建立在區(qū)塊鏈上的金融協(xié)議與軟件。DeFi除通過(guò)數(shù)字貨幣作為重要組成部分外,主要通過(guò)智能合約實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化交易,加上其可組合性,創(chuàng)造出具有更多功能的金融產(chǎn)品,目前的去中心化金融產(chǎn)品包括去中心化穩(wěn)定幣、去中心化借貸、去中心化交易所等。

        如果貨幣的價(jià)值時(shí)刻在劇烈地波動(dòng),就無(wú)法作為一個(gè)用于日常交易和支付的穩(wěn)定貨幣,就如目前的數(shù)字貨幣,暴漲與歸零比比皆是,甚至是宣稱(chēng)將加密貨幣與法定貨幣美元掛鉤的泰達(dá)幣(USDT),因?yàn)闊o(wú)法公開(kāi)審計(jì),所以常常被人們質(zhì)疑其超發(fā)。去中心化穩(wěn)定幣通過(guò)智能合約與抵押數(shù)字資產(chǎn)發(fā)行,當(dāng)?shù)盅簲?shù)字資產(chǎn)到智能合約,合約通過(guò)從各大交易所獲取抵押資產(chǎn)的加權(quán)平均價(jià)值,發(fā)行一定比例且低于抵押率的穩(wěn)定幣資產(chǎn)。

        去中心化穩(wěn)定幣通過(guò)超額抵押與目標(biāo)利率反饋機(jī)制確保其價(jià)值的相對(duì)穩(wěn)定。這里分為兩種情況,如果抵押資產(chǎn)升值,意味著更高的抵押率,這不會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn),但如果抵押資產(chǎn)貶值,如資產(chǎn)價(jià)值下降到一定值,并且原抵押人沒(méi)有追加抵押物或償還穩(wěn)定幣,則合約會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)清算。

        去中心化借貸可分為P2P(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))模式、穩(wěn)定幣模式、流動(dòng)池模式,均基于區(qū)塊鏈智能合約實(shí)現(xiàn)。P2P模式將借貸雙方撮合在一起,通過(guò)智能合約約定借貸條款與抵押物,當(dāng)借款人無(wú)法還款時(shí),智能合約自動(dòng)執(zhí)行清算。穩(wěn)定幣模式就如上述的去中心化穩(wěn)定幣的發(fā)行,廣義來(lái)講也是一種去中心化的借貸模式。流動(dòng)池模式中借貸雙方通過(guò)流動(dòng)的數(shù)字資產(chǎn)交易池進(jìn)行交易,而不是直接與交易對(duì)手進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匹配,每筆交易的利率與收益由交易池的流動(dòng)性大小確定。

        去中心化交易所本質(zhì)是通過(guò)智能合約實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)托管、撮合交易、資產(chǎn)清算等功能,實(shí)現(xiàn)了去信任的交易機(jī)制,杜絕了交易所的運(yùn)營(yíng)、道德與安全風(fēng)險(xiǎn),但去中心化交易所中所有的交易均會(huì)記錄上鏈,受當(dāng)前公鏈交易速率影響,不能處理大并發(fā)實(shí)時(shí)交易。

        經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的高效、持久與穩(wěn)定將會(huì)成為元宇宙大規(guī)模運(yùn)行的關(guān)鍵,而區(qū)塊鏈技術(shù)天然具有的去中心化、去信任、可信價(jià)值流轉(zhuǎn)的特征將為元宇宙提供可信、高效且自動(dòng)運(yùn)行的金融生態(tài)系統(tǒng),交易雙方或多方無(wú)須依賴(lài)可信第三方,僅依賴(lài)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的智能合約與共識(shí)即可實(shí)現(xiàn)信任的傳遞,使得元宇宙中不會(huì)再出現(xiàn)銀行間結(jié)算、對(duì)賬所帶來(lái)的消耗,使得元宇宙中的人們可以以更低的成本和更快的速度進(jìn)行交易。

        3.5 數(shù)字資產(chǎn)管理

        縱觀整個(gè)人類(lèi)發(fā)展史,交易都是社會(huì)屬性中非常重要的一環(huán),資產(chǎn)數(shù)字化是元宇宙中的又一關(guān)鍵特點(diǎn),元宇宙社會(huì)中需要一種安全、可靠、可追溯、透明的數(shù)字資產(chǎn)定義與交易方式,從根本上保證用戶(hù)的自由。元宇宙無(wú)中心、自成體系的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),需要在去中心化的場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)價(jià)值的描述與確權(quán),通過(guò)區(qū)塊鏈與智能合約技術(shù)構(gòu)建的同質(zhì)化資產(chǎn)與非同質(zhì)化資產(chǎn)為元宇宙中的資產(chǎn)進(jìn)行合理、高效與可靠的定義,使元宇宙中資產(chǎn)數(shù)字化成為可能。

        目前,具有代表性的基于區(qū)塊鏈的資產(chǎn)協(xié)議為以太坊開(kāi)發(fā)的ERC-20與ERC-721。

        ERC-20為同質(zhì)化資產(chǎn)協(xié)議,它所描述的代幣(Token)的價(jià)值與屬性一致,可實(shí)現(xiàn)拆分與完全等價(jià)的互換,在ERC-20中描述了如何鑄幣、如何傳輸代幣、批準(zhǔn)交易與抵押以及用戶(hù)如何查看代幣數(shù)量與總量等,為元宇宙中貨幣的定義提供了技術(shù)基礎(chǔ)與規(guī)范。

        ERC-721為非同質(zhì)化資產(chǎn)協(xié)議,是一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化憑證,它具有唯一、不可分割、可驗(yàn)證與可追溯的特點(diǎn),可以用來(lái)描述特定資產(chǎn)并標(biāo)識(shí)其所有權(quán),因此非常適合對(duì)具有唯一性且不可分割的權(quán)益或資產(chǎn)進(jìn)行定義,并可以實(shí)現(xiàn)自由交易和轉(zhuǎn)讓?zhuān)瑸樵钪嬷蟹慨a(chǎn)、藝術(shù)品等虛擬資產(chǎn)的定義與使用提供了標(biāo)準(zhǔn)。

        基于區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)的同質(zhì)化資產(chǎn)或非同質(zhì)化資產(chǎn)在確權(quán)、交易與可信度等方面,有著其他技術(shù)不能比擬的優(yōu)勢(shì),可滿(mǎn)足元宇宙中資產(chǎn)數(shù)字化的要求,為元宇宙社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供基礎(chǔ)。

        4 區(qū)塊鏈構(gòu)建元宇宙生態(tài)挑戰(zhàn)(The challenges ofbuilding Metaverse ecosystem with blockchain)

        元宇宙依托區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建去中心化的網(wǎng)絡(luò)模式,使元宇宙中各實(shí)體形成彼此交織的生命,構(gòu)建復(fù)雜有序的經(jīng)濟(jì)模式、紛至沓來(lái)的社會(huì)與井然有序的群體,就比如蜂群。凱文·凱利[16]在《失控———全人類(lèi)的最終命運(yùn)和結(jié)局》一書(shū)中所提到“蜂群思維”的神奇之處在于蜂群思維是一種集體思維,單只的蜜蜂并不能控制蜂群,但是每只蜜蜂作為獨(dú)立單元通過(guò)“連接”構(gòu)建了這樣一個(gè)蜂群系統(tǒng)。蜂群中沒(méi)有強(qiáng)制的中心控制,蜜蜂高度自治又相互連接,依賴(lài)不可見(jiàn)的群體規(guī)則達(dá)成目標(biāo),當(dāng)蜜蜂大量聚集,則會(huì)形成質(zhì)變,蜂群的特性就會(huì)從單個(gè)蜜蜂中顯現(xiàn)出來(lái)。這就像是區(qū)塊鏈中的分布式網(wǎng)絡(luò),不依賴(lài)于強(qiáng)大的中心化機(jī)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)中各成員有自治的傾向性和組織方式,成員間通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的關(guān)系而非線(xiàn)性的關(guān)系組建網(wǎng)絡(luò),這正是區(qū)塊鏈技術(shù)的初衷和效用。目前,公鏈最為成功的應(yīng)用場(chǎng)景———數(shù)字貨幣,就如“蜂群”,有著高度自治的傾向性。每位“礦工”為了自己利益拼命爭(zhēng)奪記賬權(quán)利,同時(shí)利用相應(yīng)規(guī)則巧妙地解決了區(qū)塊鏈雙花、惡意攻擊等問(wèn)題,極大地維護(hù)了賬本的安全性。

        在區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)世論文“Bitcoin-A Peer-to-PeerElectronic Cash System”中提到,解決雙重記賬消費(fèi)問(wèn)題的方案,來(lái)自采信最長(zhǎng)的鏈,最長(zhǎng)的鏈不僅證明了事件發(fā)生的順序,而且證明了它來(lái)自最大的算力池[17]。這里面有一個(gè)隱含的非技術(shù)的“利益”問(wèn)題,“礦工”為了自己能夠獲得記賬權(quán)和交易費(fèi),會(huì)選擇最長(zhǎng)的鏈進(jìn)行計(jì)算,因?yàn)槎痰逆湸蟾怕蕰?huì)被丟棄,同時(shí)不能獲得收益,這樣的選擇反過(guò)來(lái)又保障了比特幣網(wǎng)絡(luò)的安全性。但是,對(duì)于區(qū)塊鏈系統(tǒng),它驗(yàn)證不了任何系統(tǒng)自身之外產(chǎn)生信息的真實(shí)性,同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的信息脫離系統(tǒng)也毫無(wú)意義。

        基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的元宇宙,它應(yīng)該是分布式的、封閉的、自治的與利益統(tǒng)一的,元宇宙中基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的金融體系與社會(huì)生態(tài)就如現(xiàn)實(shí)世界一樣,具備自適應(yīng)、自循環(huán)、自發(fā)展的特性,最終達(dá)成穩(wěn)態(tài),但這又是極其困難的。就如1991年美國(guó)為模擬人類(lèi)生態(tài)環(huán)境打造的生物圈2號(hào),雖然投入巨大,但是最終以失敗告終。

        因此,如何基于區(qū)塊鏈或其他現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建這樣一個(gè)復(fù)雜封閉的系統(tǒng),如何建立一種高度自治、利益統(tǒng)一的群網(wǎng)絡(luò),如何實(shí)現(xiàn)自循環(huán)、自發(fā)展,推動(dòng)元宇宙社會(huì)就如同人類(lèi)社會(huì)一樣的不斷發(fā)展與進(jìn)步,是目前應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建元宇宙的難點(diǎn),也是區(qū)塊鏈技術(shù)本身真正落地的鴻溝,這不僅是技術(shù)的問(wèn)題,還涉及博弈論、社會(huì)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。

        5 結(jié)論(Conclusion)

        本文從元宇宙技術(shù)構(gòu)成與區(qū)塊鏈技術(shù)在元宇宙中的應(yīng)用必要性與應(yīng)用方式進(jìn)行了闡述,指出區(qū)塊鏈技術(shù)可極大地杜絕中心節(jié)點(diǎn)的作惡,實(shí)現(xiàn)去中心化、去信任與開(kāi)放性,真正實(shí)現(xiàn)規(guī)則公開(kāi)透明、信息不可篡改、資產(chǎn)與身份歸屬個(gè)人,是構(gòu)建元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施與經(jīng)濟(jì)體系不可或缺的部分,是元宇宙穩(wěn)定、高效、透明和確定性運(yùn)行的保障。同時(shí),對(duì)構(gòu)建元宇宙提出思考,如何通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合博弈論、社會(huì)學(xué)等學(xué)科,打造自循環(huán)、自發(fā)展的元宇宙生態(tài),仍是當(dāng)前構(gòu)建元宇宙生態(tài)和區(qū)塊鏈技術(shù)落地面臨的挑戰(zhàn)。

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        作者簡(jiǎn)介:

        王 迪(1988-),男,碩士,工程師。研究領(lǐng)域:區(qū)塊鏈,密碼學(xué)。

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