比特幣與以太坊的智能合約有何區(qū)別

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(qiáng)大。多簽不僅是指多個(gè)人共同簽名，保管一筆比特幣資產(chǎn)；它還可以是多個(gè)條件「共同簽名」，通過(guò)這些條件鎖定和解鎖比特幣。

用條件決定資產(chǎn)的使用，其實(shí)就是合約的功能。當(dāng)這個(gè)合約可以被代碼表達(dá)并無(wú)需信任地自動(dòng)執(zhí)行時(shí)，我們稱其為智能合約。因此前比特幣核心主管維護(hù)人員Gavin Andresen說(shuō)：比特幣的多簽功能已經(jīng)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(shí)現(xiàn)智能合約的？比特幣與以太坊的智能合約又有何區(qū)別？我們采訪了對(duì)區(qū)塊鏈和智能合約有著深刻認(rèn)知的技術(shù)寫(xiě)作者王淵命，他曾任新浪微博架構(gòu)師、QingCloud容器平臺(tái)負(fù)責(zé)人，現(xiàn)為某公鏈項(xiàng)目的首席架構(gòu)師，他也是BFTF區(qū)塊鏈技術(shù)聯(lián)盟的發(fā)起者。

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?yàn)楸忍貛畔到y(tǒng)帶來(lái)邏輯可擴(kuò)展性，在不改變現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)架構(gòu)的情況下，為系統(tǒng)增加新的功能，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的能力。擴(kuò)展性不只是指TPS、容量和存儲(chǔ)等方面。

智能合約的另一個(gè)作用是它能實(shí)現(xiàn)具有約束力的合同功能。它是一個(gè)定義各方權(quán)利和義務(wù)關(guān)系的協(xié)議，只不過(guò)是數(shù)字化的，且它的執(zhí)行機(jī)制不依賴于現(xiàn)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(jiǎn)單交易它不就可以嗎？

A：并沒(méi)有所謂的簡(jiǎn)單交易，你為什么給我轉(zhuǎn)賬？無(wú)論是購(gòu)物，或者是發(fā)工資或其他，背后其實(shí)都依賴于一個(gè)合同。在現(xiàn)實(shí)生活中，這個(gè)合同的執(zhí)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(méi)有司法體系的約束，是沒(méi)辦法完成任何交易的。

那么在全球化的加密貨幣世界里，該如何構(gòu)建這種合同的約束力？依賴于智能合約。智能合約將規(guī)則/法律通過(guò)代碼表達(dá)并執(zhí)行，用代碼構(gòu)建出一套約束力體系。

Q：比特幣需要DeFi嗎？

A：廣義來(lái)說(shuō)，所有的加密貨幣都屬于 DeFi 的應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)?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(chǎn)或者貨幣交換，如何借貸等等，加密貨幣里的金融相對(duì)法幣體系的金融還比較早期，可探索的路還很長(zhǎng)。

二、比特幣如何實(shí)現(xiàn)智能合約

Q：為什么說(shuō)比特幣系統(tǒng)是支持智能合約的？

A：合約就是當(dāng)我跟你做一個(gè)交易時(shí)，它能保證這個(gè)交易達(dá)成，也就是說(shuō)它能表達(dá)某種條件，當(dāng)條件滿足時(shí)我才給你付款。能把這個(gè)條件表達(dá)出來(lái)，就可以認(rèn)為它有智能合約表達(dá)能力。比特幣的腳本（Script）是有智能合約表達(dá)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(guò)腳本而不是把功能固化在鏈上？因?yàn)槿绻袒阪溕?，?dāng)用戶/開(kāi)發(fā)者需要某個(gè)功能時(shí)，就需要比特幣開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)去實(shí)現(xiàn)，然后再發(fā)布，然后推動(dòng)整個(gè)鏈的升級(jí)，但區(qū)塊鏈升級(jí)是個(gè)復(fù)雜的事情，弄不好就分叉了。

所以比特幣只提供最基礎(chǔ)的一些素材，相當(dāng)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(jù)自己的場(chǎng)景組合出新的東西，不需要依賴于主鏈的升級(jí)。這也就是我前邊講過(guò)的通過(guò)智能合約來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯可擴(kuò)展性。未來(lái)是不確定的，智能合約可以看成是一種應(yīng)對(duì)不確定性的策略。

上邊是比特幣系統(tǒng)本身對(duì)智能合約的支持，它是通過(guò)腳本實(shí)現(xiàn)的；還有另一類(lèi)支持/實(shí)現(xiàn)智能合約的方式，就是通過(guò)比特幣系統(tǒng)的側(cè)鏈，在側(cè)鏈上實(shí)現(xiàn)智能合約的方法跟在以太坊上類(lèi)似。

Q：比特幣系統(tǒng)是如何通過(guò)腳本實(shí)現(xiàn)智能合約的？

A：以太坊上的智能合約是直接用代碼表達(dá)清楚的，什么條件下執(zhí)行 A，什么條件下執(zhí)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(zhuǎn)換成加鎖、解鎖的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)在腳本中，通過(guò)「key」或者是「哈希條件」把資產(chǎn)鎖定，再加上一個(gè)「時(shí)間鎖」（TimeLock）。無(wú)論是閃電網(wǎng)絡(luò)還是Arwen協(xié)議，都是這樣的機(jī)制，比特幣將會(huì)推出的Schnoor簽名之類(lèi)的，也都是為了更好地去表達(dá)這個(gè)機(jī)制。

因此，實(shí)現(xiàn)比特幣智能合約的核心就是怎么去加鎖和解鎖資產(chǎn)。

如果合約中所有的條件都能轉(zhuǎn)換成key、哈希條件、時(shí)間鎖這三者來(lái)加鎖和解鎖，那么這個(gè)合約就可以用比特幣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。我把這三者分別稱為簽名鎖，哈希鎖，時(shí)間鎖，比特幣智能合約基本就是用這「三把鎖」來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

比如你從我這兒買(mǎi)一個(gè)音樂(lè)，這個(gè)音樂(lè)通過(guò)密碼訪問(wèn)，那么在交易合約中，我把音樂(lè)的訪問(wèn)密碼也變成其中的一個(gè)key，如果要達(dá)成交易，這個(gè)key必須讓你知道；而一旦你知道（你拿到音樂(lè)），錢(qián)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(gè)東西，它們的作用是一樣的。哈希條件是我知道一個(gè)value，把value哈希之后得到一個(gè)哈希結(jié)果。那么在合約中，就是設(shè)置一個(gè)條件，誰(shuí)能在寫(xiě)交易的時(shí)候把這個(gè)哈希結(jié)果打進(jìn)來(lái)，這錢(qián)就歸誰(shuí)。只要我有這個(gè)value，就有哈希結(jié)果，也可以理解成有一個(gè)key。

Q：簡(jiǎn)單而言，可不可以認(rèn)為比特幣的智能合約是通過(guò)多簽加上時(shí)間鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)的？

A：可以，前邊講過(guò)用key、哈希條件、時(shí)間鎖實(shí)現(xiàn)智能合約，哈希條件也可以當(dāng)作多重簽名中的一個(gè)key來(lái)看待；時(shí)間鎖則是一個(gè)關(guān)于區(qū)塊高度的條件。

Q：時(shí)間鎖在實(shí)現(xiàn)智能合約中的重要性是什么？

A：時(shí)間鎖很重要，如果沒(méi)有時(shí)間約束的話，很多協(xié)議是沒(méi)法實(shí)現(xiàn)的。正是因?yàn)楝F(xiàn)在有了哈希條件、時(shí)間鎖，閃電網(wǎng)絡(luò)這種合約才能跑起來(lái)。

比如說(shuō)閃電網(wǎng)絡(luò)，我們兩個(gè)人共同出錢(qián)，把錢(qián)凍結(jié)到一個(gè)共管的賬號(hào)里，然后在鏈下互相支付，當(dāng)要去結(jié)算時(shí)一方不合作了怎么辦？假設(shè)我們吵架了，你的錢(qián)你不要了，但我的錢(qián)我也拿不到。有了時(shí)間鎖就好處理了，我設(shè)一個(gè)超時(shí)時(shí)間，過(guò)了超時(shí)時(shí)間錢(qián)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(duì)應(yīng)于比特幣用腳本實(shí)現(xiàn)智能合約，以太坊是用什么實(shí)現(xiàn)智能合約的？

A：以太坊有一個(gè)智能合約語(yǔ)言。其實(shí)比特幣的腳本也可以理解成一種語(yǔ)言，只不過(guò)比較簡(jiǎn)單；比特幣腳本執(zhí)行也可以理解成有一個(gè)虛擬機(jī)，只不過(guò)虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。既然都是虛擬機(jī)執(zhí)行指令，那么以太坊的改變?cè)谀睦铮?/p>

我總結(jié)以太坊帶來(lái)的主要改變有三點(diǎn)：

1. 以太坊虛擬機(jī)指令的表達(dá)能力更強(qiáng)。簡(jiǎn)單理解的話，可以認(rèn)為以太坊提供的指令更低級(jí)，用低級(jí)的指令組合成高級(jí)指令，而比特幣是直接提供高級(jí)指令，其指令是有限的。另外，以太坊支持跳轉(zhuǎn)等指令，能表達(dá)出循環(huán)等邏輯，也就是大家常說(shuō)的圖靈完備。

2. 以太坊引入了 gas 機(jī)制。在以太坊上可以隨意寫(xiě)合約邏輯，gas機(jī)制保證最后執(zhí)行的時(shí)候有一個(gè)上限限制，這除了解決停機(jī)問(wèn)題外，還能限制浪費(fèi)資源，讓腳本的執(zhí)行成本跟付出的費(fèi)用間有個(gè)關(guān)系。

3. 以太坊上的合約有狀態(tài)，而比特幣上的合約不能有自己的狀態(tài)。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(tài)的，比如說(shuō)在這次腳本里輸出一個(gè)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(duì)這個(gè)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(tài)的，比如時(shí)間鎖依賴鏈上的區(qū)塊高度，需要特殊指令支持，嵌入到腳本里的其他狀態(tài)（通過(guò) op_return 指令實(shí)現(xiàn)）更無(wú)法讀取。

Q：圖靈完備會(huì)帶來(lái)什么差別？

A：其實(shí)以太坊也不是說(shuō)真圖靈完備，因?yàn)樗術(shù)as的限制，不可能用太復(fù)雜的邏輯。

圖靈完備的好處是它的擴(kuò)展能力更強(qiáng)，表達(dá)能力更強(qiáng)。因此以太坊提供的實(shí)驗(yàn)的自由度要遠(yuǎn)大于比特幣，這也是以太坊上各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)好了，覺(jué)得需要支持這個(gè)指令，就增加這個(gè)指令。比如說(shuō)為了支持原子交換以及支付通道，增加了哈希時(shí)間鎖定協(xié)議，可以鎖定一個(gè)時(shí)間段。

比特幣為什么不擴(kuò)充那么多指令？因?yàn)椴煌噶畹馁Y源消耗是不一樣的，如果表達(dá)很復(fù)雜的腳本，執(zhí)行這個(gè)交易的成本就會(huì)很高，會(huì)消耗資源、影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

Q：合約狀態(tài)會(huì)帶來(lái)什么差別？

A：比特幣的狀態(tài)全是在鏈下生成的，就是說(shuō)生成交易的時(shí)候就要把這個(gè)狀態(tài)寫(xiě)好，鏈上只承載交易的數(shù)據(jù)，其它額外的數(shù)據(jù)寫(xiě)不進(jìn)去。

比如你很難在比特幣上發(fā)自己的幣。在比特幣上發(fā)的幣都是染色幣，染色幣是在腳本里嵌入一些自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但腳本不能讀嵌入的這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以也不能通過(guò)腳本對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做驗(yàn)證，需要再做一個(gè)網(wǎng)絡(luò)校驗(yàn)，看寫(xiě)進(jìn)去的這個(gè)數(shù)據(jù)是不是合法的。

所有的染色幣都是基于這個(gè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，它不是像以太坊那樣直接發(fā)一個(gè)token，然后通過(guò)合約來(lái)校驗(yàn)。

比特幣之所以采用這種設(shè)計(jì)，本質(zhì)在于它是不歡迎其他的數(shù)據(jù)寫(xiě)上去的，因?yàn)閷?duì)比特幣網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，承載額外的數(shù)據(jù)是有成本的，這種數(shù)據(jù)還得永久保存，而用戶只付費(fèi)一次。所以比特幣不提供自定義狀態(tài)的存儲(chǔ)，這不是它的路線，通過(guò) op_return 嵌入自定義數(shù)據(jù)可以理解為一種 hack 行為，并不是比特幣提供 op_return 的本來(lái)目標(biāo)。

其實(shí)這能夠看出比特幣和以太坊在設(shè)計(jì)思路上的區(qū)別：你可以把比特幣理解成一個(gè)中立的銀行，它只提供資產(chǎn)加鎖、解鎖的機(jī)制，誰(shuí)有鑰匙資產(chǎn)歸誰(shuí)，它對(duì)其他的條件都不關(guān)心；并且每一筆資產(chǎn)都是獨(dú)立的鎖，它也不關(guān)心資產(chǎn)之間的關(guān)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(xié)議。

而以太坊的的設(shè)計(jì)思路是任何合約都可以表現(xiàn)為一系列的交易，后面的交易和前置交易的狀態(tài)是有關(guān)聯(lián)的，所以它提供一種通用的追蹤和更新歷史狀態(tài)的機(jī)制，而更新?tīng)顟B(tài)的邏輯和條件就由用戶自己去創(chuàng)造。以太坊黃皮書(shū)里的世界狀態(tài)的公式很好的表達(dá)了這種思路。

這兩種思路其實(shí)各有優(yōu)劣，和設(shè)計(jì)者的目標(biāo)以及對(duì)世界的抽象有關(guān)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（未花費(fèi)交易輸出）與Account模型（賬戶）的不同，也會(huì)給兩者智能合約的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)差異。

在 UTXO模型中，每一筆錢(qián)都有一個(gè)標(biāo)記，使用的時(shí)候需要明確知道使用的是哪一筆錢(qián)；Account模型則相當(dāng)于把用戶所有的UTXO合并成一個(gè)大的UTXO，使用的是這個(gè)默認(rèn)的UTXO。這帶來(lái)幾點(diǎn)不同：

1. 在Account模型下寫(xiě)合約比較簡(jiǎn)單，只需要說(shuō)轉(zhuǎn)多少錢(qián)，不需要指明轉(zhuǎn)的是哪一筆錢(qián)；

2. Account模型可以提前對(duì)未來(lái)的收益進(jìn)行約束，也就說(shuō)這筆錢(qián)還沒(méi)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(dāng)于合并 UTXO，所以轉(zhuǎn)賬時(shí)不能直接設(shè)置解鎖條件，必須先部署一個(gè)合約。

當(dāng)然，UTXO模型和 Account 模型都是在演化的，有一些項(xiàng)目會(huì)對(duì)它們做出改變，有機(jī)會(huì)我會(huì)寫(xiě)文章詳細(xì)分析。

四、比特幣智能合約案例

Q：怎么理解閃電網(wǎng)絡(luò)本身就是一種智能合約？

A：你可以說(shuō)閃電網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)協(xié)議，也可以說(shuō)它是比特幣上的一種智能合約。閃電網(wǎng)絡(luò)的合約主要解決兩個(gè)人如何共同鎖錢(qián)，以及如果一方作弊、不合作等等情況下怎么辦的問(wèn)題，它是通過(guò)前邊說(shuō)的三把鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

Q：在閃電網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)智能合約又是怎樣的一個(gè)過(guò)程？

A：閃電網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是兩個(gè)人之間的支付通道，現(xiàn)在只支持互相轉(zhuǎn)賬。我們嘗試在支付通道之上嵌入了一個(gè)虛擬機(jī)，就可以執(zhí)行比較完備的智能合約，比如游戲。（注：王淵命在閃電網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)的智能合約：https://github.com/starcoinorg/thor）

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(guò)仲裁系統(tǒng)去仲裁。仲裁系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)法院，可以是一個(gè)側(cè)鏈，或是一個(gè)雙方信任的機(jī)構(gòu)運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)，或者是仲裁者市場(chǎng)等等。仲裁系統(tǒng)保留了雙方的解鎖鑰匙（哈希的 value），它仲裁之后把鑰匙給贏的一方。

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

Q：通過(guò)閃電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能合約，與通過(guò)類(lèi)似Liquid的側(cè)鏈實(shí)現(xiàn)智能合約，有什么不同？

A：閃電網(wǎng)絡(luò)上的智能合約是通道雙方的鏈下節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的，互相校驗(yàn)，產(chǎn)生分歧時(shí)需要有一個(gè)仲裁系統(tǒng)來(lái)仲裁。而側(cè)鏈本身就有共識(shí)機(jī)制，有多個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行和校驗(yàn)合約，所以兩者在執(zhí)行機(jī)制上是不一樣的。

在側(cè)鏈實(shí)現(xiàn)智能合約的方式與在以太坊上實(shí)現(xiàn)智能合約的方式類(lèi)似，但當(dāng)它與主鏈協(xié)同的時(shí)候，需要通過(guò)比特幣的加鎖、解鎖的機(jī)制。

結(jié)束語(yǔ)

作為加密貨幣，比特幣似乎有能力為DeFi的發(fā)展提供一個(gè)更好的空間，因?yàn)樗哿俗疃嗟墓沧R(shí)，也承載著最高的價(jià)值和流動(dòng)性，它是最受信任的加密資產(chǎn)。

那么作為一種系統(tǒng)，比特幣是否支持DeFi的實(shí)施？在本文中我們探討了比特幣智能合約的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并把它與以太坊智能合約進(jìn)行了一些比較。比特幣上的DeFi不僅是可能的，而且會(huì)隨著多簽功能的強(qiáng)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(wù)的到來(lái)。