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)建公開透明的社會規(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，闡述了通過區(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

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言（Introduction）

計算機(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社會的交流、互動和交易行為。元宇宙作為下一代具有變革潛力的普適性計算范式，旨在通過融合價值互聯(lián)網(wǎng)、沉浸式體驗(yàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)造出一個全新的虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境。同時，元宇宙作為新的文明形態(tài)，必將在未來的全球格局中引發(fā)新的“文明之爭”，是未來全球新的社會體系和經(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，實(shí)現(xiàn)元宇宙次序，形成元宇宙體系的關(guān)鍵。本文對元宇宙構(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，對于元宇宙尚缺乏一個公認(rèn)的定義，從其特征來看，元宇宙是一個持久的多用戶環(huán)境，構(gòu)建了一套新的經(jīng)濟(jì)、社會系統(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，是一個高度開放、復(fù)雜且巨大的生態(tài)系統(tǒng)，包含用戶沉浸式、低延遲的感官體驗(yàn)，虛擬化的身份、資產(chǎn)，開放式創(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)、邊緣計算與微服務(wù)等構(gòu)成的去中心化層與空間計算層，還有為應(yīng)用產(chǎn)品及運(yùn)營生態(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，元宇宙是多種新興技術(shù)相融合而產(chǎn)生的新型虛實(shí)相融的具備社會形態(tài)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，它不能簡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)提供類似真實(shí)世界的沉浸式體驗(yàn)，通過區(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，同時為用戶提供生產(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，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。通過元宇宙，可以為用戶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、健康咨詢與疾病診治行為。同時，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、情報偵察、聯(lián)合作戰(zhàn)等方面帶來更多的創(chuàng)新和優(yōu)勢。

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，才能保障價值歸屬、傳遞與流轉(zhuǎn)。通過區(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)模式與海量內(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)元宇宙社會的自促性發(fā)展。交互技術(shù)包含前端信息處理、聲紋識別、語音識別、情感識別、人機(jī)交互與語音合成等技術(shù)，是讓用戶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、痛覺等體感技術(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)字場景的重要技術(shù)支撐。人工智能技術(shù)包含計算機(jī)視覺技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、自然語言處理技術(shù)與智能語音技術(shù)等，通過上述技術(shù)，為元宇宙中的系統(tǒng)與虛擬角色提供超越人類的學(xué)習(xí)能力，同時賦予其語言識別、理解與交流的能力。

元宇宙對延時與實(shí)時渲染的要求極高，需要支持大規(guī)模用戶同時在線、接入與計算，因此對元宇宙的網(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與邊緣計算、GPU集群技術(shù)的發(fā)展，為元宇宙提供高速、低延時、規(guī)?；尤氲膫鬏斖ǖ溃瑸橛脩籼峁┝烁鼘?shí)時、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)備感知物理世界萬物的信號和信息來源提供技術(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現(xiàn)實(shí)世界的“事物”連接起來成為可能，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)是通過鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲數(shù)據(jù)，利用分布式數(shù)據(jù)庫與共識算法產(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)存儲的安全，利用公開透明且可自動化執(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)與計算范式。區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合計算機(jī)科學(xué)、密碼學(xué)、社會學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)，具備去中心化、開放性、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)用價值。

目前，有部分學(xué)者對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]研究了元宇宙場域下的虛擬社區(qū)知識共享模式，闡述了用戶在元宇宙場域下的虛擬社區(qū)進(jìn)行知識共享的基本流程。GADEKALLU等[8]從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲、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博弈論開發(fā)了一種激勵機(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)是打造一個所有人都參與其中的虛擬世界，那么就得解決所有人對這個虛擬世界的信任問題，對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、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)塊鏈賬本間通過時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，依托智能合約自動化、可編程、易驗(yàn)證的特點(diǎn)，為元宇宙中的價值交換提供了公開、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)等方面問題[10]。在元宇宙中的應(yīng)用價值具體體現(xiàn)為如下五個部分。

3.1 去中心化基礎(chǔ)設(shè)施

區(qū)塊鏈通過對等網(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，使用共識機(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)對點(diǎn)（P2P）的組網(wǎng)方式，各節(jié)點(diǎn)間處于對等的地位且具備相同的功能，無主從之分，每個節(jié)點(diǎn)均會參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中消息分發(fā)、交易驗(yàn)證、共識等工作，并通過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，區(qū)塊鏈在分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種以區(qū)塊為單位的鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)，運(yùn)用密碼學(xué)與時間戳等技術(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)塊的串聯(lián)并保障其難以被篡改。

共識算法：共識算法是維護(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，通過信息交換識別惡意節(jié)點(diǎn)和偽造數(shù)據(jù)并達(dá)成共識，靳世雄等[12]在《區(qū)塊鏈共識算法研究綜述》中，按照主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生方式將共識算法分類為競爭類、選舉類、隨機(jī)類和其他類。①競爭類：所有參與共識的節(jié)點(diǎn)通過約定的競爭方式，爭奪記賬權(quán)，該類算法以比特幣、以太坊的POW 共識算法為代表。②選舉類：節(jié)點(diǎn)通過投票的方式選擇出主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記賬，選舉類共識算法以PBFT（實(shí)用拜占庭容錯算法）、RAFT（容錯一致性復(fù)制算法）等為代表。③隨機(jī)類：通過特定的隨機(jī)算法選擇共識節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記賬。④其他類：以Ripple聯(lián)盟鏈中的RPCA（瑞波協(xié)議共識算法）、分片共識算法、基于DAG（有向無環(huán)圖）的共識算法為代表。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)，從而對交易進(jìn)行驗(yàn)證與背書，新產(chǎn)生的區(qū)塊也通過廣播機(jī)制進(jìn)行確認(rèn)，從而進(jìn)行全網(wǎng)同步，區(qū)塊落盤。

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、計算與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜ブ行幕?，使得元宇宙不是被一個或幾個主體所掌控的服務(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個人，不會出現(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)揮著越來越重要的作用，智能合約為區(qū)塊鏈平臺提供了可編程性，區(qū)塊鏈又為智能合約提供了公開、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，以太坊用戶通過Solidity編程語言編寫智能合約，并轉(zhuǎn)換為“操作碼”（Opcodes）運(yùn)行。Solidity編程語言是一種面向合約的高級編程語言，它通過EVM編譯、部署并執(zhí)行，語法類似于JavaScript，支持強(qiáng)類型、繼承、庫以及用戶自定義類型[13]。但是，Solidity也有其特有的語言特性，包括用于定義賬戶的數(shù)據(jù)類型Address，將存儲類型分為內(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。

超級賬本中的智能合約稱為Chaincode，是圖靈完備的，通常用Golang語言編寫，也支持Java、Nodejs等編程語言。超級賬本通過“世界狀態(tài)”存儲當(dāng)前的賬本值，避免頻繁地通過“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。超級賬本中的智能合約通過賬本數(shù)據(jù)操作方法間接地對“世界狀態(tài)”進(jìn)行操作。超級賬本中的智能合約代碼由Golang語言實(shí)現(xiàn)，因此具有代碼簡潔、支持高并發(fā)、支持內(nèi)嵌C語言與支持自動垃圾回收等特點(diǎn)。

Fisco Bcos是國內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)研發(fā)且開源的區(qū)塊鏈底層平臺，同樣支持圖靈完備的合約語言，包括Solidity（以太坊智能合約語言）、Liquid（流體模板語言）與預(yù)編譯合約機(jī)制等。Liquid由Fisco Bcos團(tuán)隊(duì)自行研發(fā)并開源，支持使用加密原語對上鏈數(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，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)塊鏈平臺交易的效率。預(yù)編譯合約是一種使用C++語言編寫合約的方法，將合約邏輯編譯至區(qū)塊鏈平臺底層中，可直接訪問本地數(shù)據(jù)庫，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)塊鏈智能合約一個顯著特點(diǎn)。由于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)本身的公開、透明及分布式的特性，使得在區(qū)塊鏈平臺運(yùn)行的智能合約具備公開、透明、可驗(yàn)證、可自動觸發(fā)等特性，智能合約一旦部署，便可以自動執(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“代碼即法律”的詮釋，在不需要可信第三方的基礎(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系統(tǒng)中存在的人為干涉等問題，可廣泛應(yīng)用于元宇宙中的社會自治、金融市場、交易合約等領(lǐng)域。

3.3 身份標(biāo)識與認(rèn)證

區(qū)塊鏈中的身份標(biāo)識與認(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方面的內(nèi)容，即身份標(biāo)識、身份認(rèn)證和身份隱藏[14]。其中，身份標(biāo)識是構(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)識即基于用戶公鑰經(jīng)過一定規(guī)則的變換，成為用戶鏈上的錢包地址，也是該用戶的鏈上身份標(biāo)識。在聯(lián)盟鏈中常?；跀?shù)字證書實(shí)現(xiàn)用戶標(biāo)識，例如在超級賬本中使用了MSP（Membership Service Provider）在聯(lián)盟鏈中進(jìn)行數(shù)字證書的頒發(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)，通過定義身份、身份管理、身份認(rèn)證為超級賬本網(wǎng)絡(luò)中的用戶、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，為用戶提供匿名認(rèn)證，用戶通過打包交易、利用自身私鑰簽名并全網(wǎng)廣播宣布對私鑰對應(yīng)賬戶的所有權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證。實(shí)名認(rèn)證則需要接入證書的簽發(fā)機(jī)構(gòu)（Certificate Authority，CA），通過線上或線下的身份核實(shí)與證書頒發(fā)實(shí)現(xiàn)對實(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)對鏈上用戶身份的隱匿與難追蹤，在加密貨幣中具有代表性的是門羅幣，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)加密或零知識證明等，實(shí)現(xiàn)對交易與用戶身份的隱藏或混淆。

元宇宙中實(shí)體身份的標(biāo)識與認(rèn)證依賴于實(shí)體發(fā)送交易上鏈過程中對身份合法性、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)塊鏈通過密碼學(xué)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的身份認(rèn)證，確?！澳愕馁~號歸屬于你，你的身份數(shù)據(jù)歸屬于你，你的身份對應(yīng)的資產(chǎn)屬于你”，用戶在元宇宙中的一切認(rèn)證、交易行為均依賴于密碼學(xué)技術(shù)，用戶可以真正地享有資產(chǎn)的所有權(quán)，任何第三方都無法偽造、奪取或銷毀它們，這是對元宇宙中數(shù)字資產(chǎn)確權(quán)的根本。同時，依賴于區(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，簡單來說，它是建立在區(qū)塊鏈上的金融協(xié)議與軟件。DeFi除通過數(shù)字貨幣作為重要組成部分外，主要通過智能合約實(shí)現(xiàn)自動化交易，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。

如果貨幣的價值時刻在劇烈地波動，就無法作為一個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，甚至是宣稱將加密貨幣與法定貨幣美元掛鉤的泰達(dá)幣（USDT），因?yàn)闊o法公開審計，所以常常被人們質(zhì)疑其超發(fā)。去中心化穩(wěn)定幣通過智能合約與抵押數(shù)字資產(chǎn)發(fā)行，當(dāng)?shù)盅簲?shù)字資產(chǎn)到智能合約，合約通過從各大交易所獲取抵押資產(chǎn)的加權(quán)平均價值，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)定幣通過超額抵押與目標(biāo)利率反饋機(jī)制確保其價值的相對穩(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，這不會對系統(tǒng)帶來風(fēng)險，但如果抵押資產(chǎn)貶值，如資產(chǎn)價值下降到一定值，并且原抵押人沒有追加抵押物或償還穩(wěn)定幣，則合約會自動啟動清算。

去中心化借貸可分為P2P（點(diǎn)對點(diǎn)）模式、穩(wěn)定幣模式、流動池模式，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，通過智能合約約定借貸條款與抵押物，當(dāng)借款人無法還款時，智能合約自動執(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，廣義來講也是一種去中心化的借貸模式。流動池模式中借貸雙方通過流動的數(shù)字資產(chǎn)交易池進(jìn)行交易，而不是直接與交易對手進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)匹配，每筆交易的利率與收益由交易池的流動性大小確定。

去中心化交易所本質(zhì)是通過智能合約實(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、道德與安全風(fēng)險，但去中心化交易所中所有的交易均會記錄上鏈，受當(dāng)前公鏈交易速率影響，不能處理大并發(fā)實(shí)時交易。

經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的高效、持久與穩(wěn)定將會成為元宇宙大規(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、可信價值流轉(zhuǎn)的特征將為元宇宙提供可信、高效且自動運(yùn)行的金融生態(tài)系統(tǒng)，交易雙方或多方無須依賴可信第三方，僅依賴區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的智能合約與共識即可實(shí)現(xiàn)信任的傳遞，使得元宇宙中不會再出現(xiàn)銀行間結(jié)算、對賬所帶來的消耗，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

縱觀整個人類發(fā)展史，交易都是社會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，從根本上保證用戶的自由。元宇宙無中心、自成體系的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，需要在去中心化的場景下實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)價值的描述與確權(quán)，通過區(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）的價值與屬性一致，可實(shí)現(xiàn)拆分與完全等價的互換，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)，可以用來描述特定資產(chǎn)并標(biāo)識其所有權(quán)，因此非常適合對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，為元宇宙中房產(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，可滿足元宇宙中資產(chǎn)數(shù)字化的要求，為元宇宙社會、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、紛至沓來的社會與井然有序的群體，就比如蜂群。凱文·凱利[16]在《失控———全人類的最終命運(yùn)和結(jié)局》一書中所提到“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“連接”構(gòu)建了這樣一個蜂群系統(tǒng)。蜂群中沒有強(qiáng)制的中心控制，蜜蜂高度自治又相互連接，依賴不可見的群體規(guī)則達(dá)成目標(biāo)，當(dāng)蜜蜂大量聚集，則會形成質(zhì)變，蜂群的特性就會從單個蜜蜂中顯現(xiàn)出來。這就像是區(qū)塊鏈中的分布式網(wǎng)絡(luò)，不依賴于強(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，成員間通過點(diǎn)對點(diǎn)的關(guān)系而非線性的關(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奪記賬權(quán)利，同時利用相應(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)問題的方案，來自采信最長的鏈，最長的鏈不僅證明了事件發(fā)生的順序，而且證明了它來自最大的算力池[17]。這里面有一個隱含的非技術(shù)的“利益”問題，“礦工”為了自己能夠獲得記賬權(quán)和交易費(fèi)，會選擇最長的鏈進(jìn)行計算，因?yàn)槎痰逆湸蟾怕蕰粊G棄，同時不能獲得收益，這樣的選擇反過來又保障了比特幣網(wǎng)絡(luò)的安全性。但是，對于區(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，同時系統(tǒng)內(nèi)的信息脫離系統(tǒng)也毫無意義。

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年美國為模擬人類生態(tài)環(huán)境打造的生物圈2號，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，推動元宇宙社會就如同人類社會一樣的不斷發(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)的問題，還涉及博弈論、社會學(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、去信任與開放性，真正實(shí)現(xiàn)規(guī)則公開透明、信息不可篡改、資產(chǎn)與身份歸屬個人，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，對構(gòu)建元宇宙提出思考，如何通過區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合博弈論、社會學(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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作者簡介：

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