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Gcoin white paper Chinese

Hank edited this page Sep 20, 2016 · 2 revisions

Table of Contents

摘要

Gcoin 是開源(open-source)的新一代數位貨幣。它是基於一個可公開驗證之分散式網絡帳本,區塊鏈 (Blockchain),使去中心化的電子商務與金融市場參與變為可能。“G”代表中央管控(Governance)以及公開(Global),前者是許可制區塊鏈,表示可以利用智能合約來客製化和自動執行,這決定數位貨幣的彈性和方便性;後者是公認制區塊鏈,表示所有交易記錄可公開被大眾檢視,這保障了數位貨幣的信任機制。Gcoin採用多角色架構,可以更準確地模擬現實世界的情況;許可制和公認制區塊鏈,保證效率和信任機制的運行,因此能滿足各種商業需求以及可做為國家重大項目的公開解決方案。利用分散式網絡帳本可以免除既有的集中式媒介風險,而仍然保持其高頻交易(High frequency trading)和合約的多樣性。藉由優化區塊鏈技術以更佳支持平台上的交易頻率和智能合約,Gcoin能夠在分散式架構下支持複雜的金融市場和電子商務應用。

前言

大部分的互聯網交易直到今天都需要仰賴金融機構作為可資信賴的第三方。在這種“基於信用的模式”(trust based model)下,所有的交易資訊的提供與存儲都被掌握在第三方的手上,交易者對於第三方必須完全信任,並且無法驗證。2008年出現的比特幣(Bitcoin)區塊鏈技術是一個去中心化交易平台的概念性驗證,其採用密碼技術來控制貨幣的生產和轉移,屬於一種加密電子貨幣(Cryptocurrency)。比特幣經由一種稱為「挖礦」的過程產生,所有參與者透過驗證交易和記錄來獲取作為手續費的比特幣,或取得新產出的比特幣。比特幣首次將分散式交易架構的概念推向市場,在電子商務和金融業界尤其引發討論。

然而比特幣著重在分散式系統的密碼安全性時,卻犧牲了交易頻率作為代價。在金融市場的區塊鏈技術應用,交易頻率與監管議題一直是其最嚴重發展阻礙。相對於比特幣這種完全自由的區塊鏈,一些金融服務實體對於許可制區塊鏈技術更感興趣,因為他們有實際業務需求需要確認其消費者的身分,並且對所發生的交易有法律責任。針對採用比特幣作為交易媒介的電子商務系統,其交易頻率和貨幣價值波動性也阻礙了它的可用性。受限於原始設計,比特幣的最大交易頻率為平均7個每秒交易量(TPS,Transactions Per Second),但Visa 平時是 2,000 TPS, 尖峰時是 10,000 TPS。另一方面,市場投機操作和監管機構態度也大幅度影響比特幣的價格波動性。

除了市場應用的問題以外,比特幣也有技術方面的議題。51%攻擊問題被認為是比特幣網絡的一大缺陷,即如果單一實體掌握大部分的計算能力,它將能夠操控區塊鏈帳本的內容,例如撤銷交易或者製造虛假交易等等。

Gcoin強調加密貨幣網絡的實用性。除針對區塊鏈技術做密碼學安全性的提升來避免51%攻擊問題,在保留公開驗證的制度下,還提供了更符合商業應用需求的解決方案,以使其具許可制和公認制的特性,適合做為開源項目和須進行用戶認證的特許項目,進一步擴大交易規模並將垂直結合既有電子商務系統與金融市場。

特色

Gcoin是一基於比特幣區塊鏈技術,且進一步擴展了比特幣的功能及性能,在原有比特幣之基礎上提供多貨幣功能,智能合約(Smart Contract),並解決比特幣被詬病以久的性能問題的開源數位貨幣;在公開驗證的部分,可由交易的重要性自由選擇驗證的人數,若重要性低或是需要交易速度相對重要,可以選擇較少人數來驗證。Gcoin除了保留原先比特幣的公開機制,讓大家都可參與之外,也允許貨幣發行商可管制貨幣之發行及交易,並透過認證機制只讓特定經過認證的個體進入;自行決定數字貨幣之匯率並動態調整。Gcoin另外可提供大數據以進行分析,將數字貨幣帶到一個新的高度。因此,Gcoin的“G”代表中央管控(Governance)以及公開(Global)。

多中心階層式架構

Gcoin使用多中心階層式架構,網絡頂端為一或多個聯盟成員 (Alliance members) 負責生成區塊供網絡獲取交易歷史資訊,並擁有任命貨幣發行商之權力。每個聯盟成員可任命一或多個貨幣發行商 (Issuer)。貨幣發行商負責發行貨幣,並控制使用者之交易能力。網絡最下層為數量極大之使用者,每個使用者可持有一或多種貨幣,並可互相交易。

多貨幣功能

Gcoin多貨幣之功能乃比特幣缺乏之功能,Gcoin中可承載任意數量之貨幣種類,各貨幣有極大之貨幣總量上限,而非比特幣之兩千一百萬貨幣總量限制。各貨幣由發行商發行,每種貨幣可恰由唯一貨幣發行商發行,使用者需向該發行商註冊後方可使用該貨幣。使用者可自發行商取得貨幣,或與其他使用者交易以取得貨幣。Gcoin並內建有貨幣間互相兌換之功能。

智能合約

Gcoin智能合約之功能為基於比特幣協定與原有之可程式化之交易腳本。比特幣雖提供可程式化之交易腳本,但功能較為侷限無法涵蓋各式應用之需求且不支持較複雜之計算,且比特幣傾向支持較單純之交易腳本,較複雜之腳本並不保證被比特幣網絡接受。Gcoin透過以太坊(Ethereum)的虛擬機器(EVM, Ethereum Virtual Machine)協定方式定義基本交易種類,配上系統提供之進階程式化交易腳本達到原比特幣無法完成之智能合約,例如提供自動執行之功能,此即為比特幣無法運行之計算。與此同時,我們也提供制式化合約,藉由API和我們的Gcoin進行溝通,讓使用者不須具備專業程式背景也能快速上手來建構屬於自己的合約。

此外,奠基於比特幣之上,我們將Gcoin的交易腳本打造為圖靈完備 (Turing complete; 可模擬一單帶圖靈機, 圖靈認為可以模擬人類所能進行的任何計算過程),並且不會被任一節點的狀態所影響。圖靈完備使Gcoin成為可解決通用問題的一種方案,由於區塊鏈需多數節點來驗證交易是否通過,使得Gcoin可成為一具備公信力之通用解決方案而適合應用在各公開方案以及私有聯盟上。由大量節點達成共識的過程中,常常有某些節點因為其他因素,如:故障,接收或是資料傳遞錯誤而產生錯誤狀態。如何避免個別節點錯誤資訊而影響整個區塊產生錯誤的問題即為著名的“拜占庭將軍問題”(Byzantine Generals Problem)。這沒有一個絕對的答案,只可以用來驗證一個機制的有效程度。這是Blockchain共識演算法的目標,而Gcoin針對這部分提供了優異的容錯能力。

交易迅速

比特幣無法承載較高頻之交易及等待確認時間過長已顯著造成交易之不便,目前比特幣只能負荷平均每秒七個交易,此負載能力對於熱門之應用顯然不足,且平均每十分鐘才生成一個區塊,小額交易需等待十分鐘以確認交易成功對許多應用明顯不足。Gcoin針對此問題將區塊改為彈性生成,最低可短至每十五秒鐘生成一區塊,如此可大幅提升可承載之交易頻率,且大幅縮短交易確認時間。在提升效能之同時Gcoin亦考慮資料量之問題,在無交易之狀況下並不生成無用之區塊,避免資源浪費。 動態難度調整制度

數字貨幣管制鬆散、匯率波動過大亦是使數字貨幣無法被大範圍接納之原因之一,有鑑於此,Gcoin在多中心化點對點交易制度上提出了數項獨特之設計。多中心之聯盟成員設計不只節約區塊生成成本,Gcoin在區塊生成採取了獨有之區塊動態難度調整制度,此設計可避免單一聯盟成員擁有過多之話語權進而影響網絡之公正性,且大幅降低比特幣無法解決之 51% 攻擊之可能性。再多貨幣之基礎上,提供個別貨幣發行商極為彈性的發行量,貨幣發行商可自行決定該貨幣的發行時程。也可透過Gcoin所提供之智能合約功能,由貨幣發行商提供相應之資產或信用擔保,自動按照時程發行貨幣,管制貨幣發行,藉此穩定貨幣之發行量,進而保障貨幣之價值。對於使用者Gcoin也提供了管制機制,發行商可選擇性要求已註冊之使用者方可進行交易,在提供點對點交易的便利性之外,發行商同時可追蹤使用者之交易紀錄,藉此獲取使用者之交易習慣與特性以進行大數據分析。

動態非線性工作量證明機制:基於比特幣中均勻工作量證明機制 (Uniform Proof of Work) 在區塊鏈技術中的應用,Gcoin採用動態非線性工作量證明機制 (Non-Uniform and Non-Linear Proof of Work),調整每個聯盟成員獲選為驗證者的困難度,避免趨向獨佔驗證的可能性,解決了 51% 攻擊 (51% Attack) 的問題。在Gcoin的動態非線性工作量證明機制中,根據當時的時間點 (Timestamp) 往回推算 N 個區塊,每一個參與的聯盟成員依照此 N 個區塊中獲選為驗證者的次數,動態的調整其在當時挖礦困難度,也就是調整工作量證明的期望大小。由於所有的交易資料都會在區塊鏈中顯示,於是所有聯盟成員皆可以輕易計算出其他聯盟成員在某個時間點的困難度為何,因此動態的調整是可實現的。透過馬可夫鏈 (Markov Chain) 的模擬,考慮所有獲勝可能性的分布及轉換關係,並且比較各種非線性模型後,Gcoin採用指數模型公開集體驗證演算法。若兩個聯盟成員的驗證次數差了 k 次,則驗證次數較多的聯盟成員其工作量證明困難度將會是另一個聯盟成員的 2^k 倍。結果顯示在由 10 個聯盟成員組成的Gcoin網絡中,當計算能力一致時,動態非線性工作量證明機制將比均勻工作量證明機制安全 1444 倍。

Gcoin 的參與者

作為一個許可制分散式帳本,Gcoin有多種參與者存在,即聯盟成員,發行商和完整節點。每個角色在區塊鏈上皆有不同功能和權限。[表1] 描述不同角色在Gcoin網絡中的功能比較。

表1. 不同角色在Gcoin網絡中的功能比較

https://gyazo.com/34e51c406b9ae3d1d09ab55d60f7e939

聯盟成員 (Alliance)

維護Gcoin網絡安全與驗證交易。Gcoin採用聯盟架構驗證。聯盟成員支撐整個Gcoin網絡,與其他聯盟成員一同驗證交易之正確性,並將驗證過之交易收入區塊中,透過類似比特幣挖礦之技術,將新生成之區塊接上區塊鏈,是唯一在Gcoin中擁有挖礦憑證的角色。這麼做的原因是為了避免運算資源在無意義的競爭下浪費。聯盟成員可發行鑄幣憑證給發行商。另一方面,聯盟成員之間通過一個投票系統,決定聯盟成員的加入或退出。這種競爭與合作並存的聯盟架構確保整個Gcoin網絡安全。聯盟成員擁有Gcoin系統上所有的功能,包括:挖礦,產生並發行鑄幣憑證,擁有完整的Gcoin區塊鏈。 投票 (sendvotetoaddress):聯盟成員角色可發起投票。當一個新的節點欲申請成為聯盟成員一員時, 現有的聯盟成員可透過 “sendvotetoaddress” 進行記名制投票給新的節點,當該節點取得之票數超過現有聯盟成員數量的一半,該節點則取得聯盟成員權利。 發送鑄幣憑證 (sendlicensetoaddress):聯盟成員角色可發送鑄幣憑證,當一個新的節點欲申請成為新的貨幣發行商時,聯盟成員可透過 "sendlicensetoaddress" 賦予該節點一個新鑄幣憑證,取得憑證即可發行該種貨幣。

發行商 (Issuer)

在Gcoin網絡成為多幣系統。哈耶克 (Friedrich August von Hayek; 奧地利經濟學派最重要的成員之一,堅持自由市場資本主義,1974年諾貝爾經濟學獎得主之一,著有"通往奴役之路; The Road to Serfdom")在他的晚年著作“貨幣的非國家化 (Denationalization of money)”闡述的理論有助於解釋為什麼數字貨幣的發明有重要價值。他的主要論點在於,通過允許私人企業發行貨幣,公開市場競爭將導致最有競爭力的貨幣出現。呼應哈耶克的理論,Gcoin網絡中也支持多種貨幣共存,每種貨幣皆對應一個擁有鑄幣憑證的發行商,而鑄幣憑證需要透過聯盟成員的授權。在Gcoin中,新貨幣發行必須滿足兩個條件之一:(1)已驗證的購買力,亦即該貨幣發行商必須將該貨幣對應到其擁有或直接相關的電子商務系統使用,或(2)該貨幣有一個預先指定的鑄幣計劃和分配政策。在前者條件下,發行商僅僅是將現有存在中央數據庫的虛擬貨幣轉移到Gcoin網絡中發行。Gcoin網絡中的貨幣價值取決於發行商和聯盟成員的信用。透過聯盟成員的授權,發行商可以提供多種貨幣,並負責其鑄幣時程和分配政策。 鑄幣(mint):發行商可以使用鑄幣功能。在Gcoin網絡中,可透過鑄幣功能產生新的貨幣。每個貨幣發行商皆可透過此鑄幣功能,發行極大上限的該種貨幣。 激活會員功能:Gcoin網絡允許發行商限制特定成員才能使用其貨幣。

完整節點 (Full Node)

一個完整節點在Gcoin網絡中同步所有區塊鏈資料,但沒有鑄幣或建造區塊鏈的功能。換句話說,發行商是一個擁有鑄幣憑證的完整節點,而聯盟成員是一個可以參與建造區塊鏈的完整節點。

總結

Gcoin的“G”代表中央管控(Governance)以及公開(Global)。無論是政府的公開方案,或是需要驗證身分的民間私有聯盟都可以應用Gcoin來達成。從長遠來看,分散式帳本技術可能成為新一代數據存儲與交易平台的產業標準。現今的加密貨幣如比特幣等皆會激發更多相關區塊鏈技術創新,而目前主流加密貨幣未來也可能被擁有更高交易頻率與延展性的區塊鏈技術所取代。透過優化區塊鏈功能以更好地適應實際商業需求,我們相信Gcoin是新一代的分散式智能資產交易平台,將垂直結合既有電子商務與金融市場。

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