原标题：智能合约：架构及进展

摘要：智能合约是一种无需中介、自我验证、自动执行合约条款的计算机交易协议，近年来随着区块链技术的日益普及而备受关注.区块链上的智能合约具有去中心化、去信任、可编程、不可篡改等特性，可灵活嵌入各种数据和资产，帮助实现安全高效的信息交换、价值转移和资产管理，最终有望深入变革传统商业模式和社会生产关系，为构建可编程资产、系统和社会奠定基础.本文致力于以区块链智能合约为研究对象，对已有的研究成果进行全面梳理和系统概述，提出了智能合约的基础架构模型并以此为研究框架阐述了智能合约的运行机制与基础架构，总结了智能合约的研究挑战与进展，介绍了智能合约的技术优势与典型应用领域，讨论了智能合约的发展趋势，以期为智能合约的后续研究提供参考.

关键词：区块链 智能合约 运行机制 基础架构 平行区块链

智能合约的概念最早于1994年由美国计算机科学家Nick Szabo提出并定义为”一套以数字形式指定的承诺, 包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议”[1], 其设计初衷是在无需第三方可信权威的情况下, 作为执行合约条款的计算机交易协议, 嵌入某些由数字形式控制具有价值的物理实体, 担任合约各方共同信任的代理, 高效安全履行合约并创建多种智能资产.自动贩卖机、销售点情报管理系统(Point of sales, POS)、电子数据交换系统(Electronic data intercharge, EDI)都可看作是智能合约的雏形.囿于当时计算场景的限制, 很长一段时间内智能合约没有得到广泛的应用.

直到2008年, 化名为”中本聪”(Satoshi Nakamoto)的学者提出了一种无需信任即可进行点对点交易的加密数字货币系统–比特币[2], 人们发现其底层技术区块链与智能合约天然契合:区块链可借助智能合约的可编程性封装分布式节点的复杂行为; 智能合约可借助区块链的去中心化基础架构在去信任、可执行环境中有效实现.自此, 智能合约重焕新生, 区块链逐渐成为智能合约最主要的计算场景, 智能合约也被赋予了新的含义.

目前业内尚未形成公认的智能合约定义, 我们认为:狭义的智能合约可看作是运行在分布式账本上预置规则、具有状态、条件响应的, 可封装、验证、执行分布式节点复杂行为, 完成信息交换、价值转移和资产管理的计算机程序.广义的智能合约则是无需中介、自我验证、自动执行合约条款的计算机交易协议.按照其设计目的可分为:旨在作为法律的替代和补充的智能法律合约, 旨在作为功能型软件的智能软件合约以及旨在引入新型合约关系的智能替代合约(如在物联网中约定机器对机器商业行为的智能合约)[3].本文主要研究运行在区块链上的智能合约, 它们具有区块链数据去中心化、去信任、不可篡改、匿名可溯源等一般特性.

基于比特币图灵不完备字节码语言OP-RETURN的比特币脚本是最早应用于区块链的智能合约, 由于OP-RETURN的计算能力非常有限, 不支持循环语句, 只能实现基本的算术、逻辑运算及验证加密功能, 早期的智能合约通常无法具有复杂逻辑[4].以太坊作为世界上首个内置了图灵完备编程语言并正式引入智能合约概念的公有区块链, 是目前最为流行的智能合约开发平台.以太坊的核心是可执行任意复杂算法编码的以太坊虚拟机(Ethereum virtual machine, EVM), 所有部署在以太坊上的智能合约都将被编译成EVM字节码, 在矿工本地隔离的EVM中执行[5].用户可以按照自身意愿在以太坊平台上高效快速地开发出包括加密货币在内的多种智能合约和建立在智能合约上的去中心化应用(Decentralized applications, DApps).以太坊的出现改变了区块链及智能合约的应用格局, 使其不再局限于数字货币, 开始有机会构建更宏观的金融系统并应用到其他社会领域.

尽管近年来智能合约发展迅猛, 其仍面临着许多不可忽视的挑战.以众所周知的”The DAO”事件为例, 2016年6月, 攻击者就通过调用众筹项目”The DAO”中智能合约的可重入性函数窃取了价值大约6000万美元的以太币, 由于智能合约不可篡改的特性, 以太坊最终被迫执行硬分叉挽回损失, 而又因其匿名性, 攻击者目前仍逍遥法外[6].除类似的安全漏洞外, 智能合约还存在缺乏可信数据源、隐私问题、性能问题和法律问题等其他挑战亟待解决.考虑到在智能合约的产业应用如火如荼展开的同时, 行业内尚缺乏统一的技术标准和研究框架, 本文致力于以区块链智能合约为研究对象, 对已有的研究成果进行全面的梳理, 首次提出智能合约的基础架构模型, 并以此为基础概述了智能合约的运行机制、研究挑战及进展、应用领域和发展趋势等, 以期为智能合约的后续研究提供参考.

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