中央银行数字货币研究：原型系统与技术解决方案解决方案

1、中央银行数字货币研究：原型系统与技术解决方案内容目录：0引言1中央银行数字货币1.1概述1.2分类1.2.1批发型CBDC与零售型CBDC1.2.2国内型CBDC与全球型CBDC1.2.3直接型CBDC、间接型CBDC与混合型CBDC1.2.4基于账户模型的CBDC与基于交易模型的CBDC2CBDC原型系统2.1RSCoin2.2UFCBCoin2.3PRCash2.4AFCoin3技术解决方案3.1Quorum3.2HyperledgerIroha3.3HyperledgerFabric3.4Stellar3.5Corda4展望与总结4.1展望4.2总结自中央银行数字货币这个概念提出以来，世

2、界各国展开了不同程度的研究。为了对中央银行数字货币现状进行研究，首先，给出中央银行数字货币的定义，总结中央银行数字货币特点、分类及技术需求;其次，阐述各个中央银行数字货币原型系统的特点、结构、共识机制及交易流程，对其进行对比分析;再次，给出各个技术解决方案的结构、共识机制、吞吐量、智能合约支持状况及隐私保护措施，指出其优缺点以及可能面临的问题;最后，对当前主流的中央银行数字货币技术解决方案进行对比及总结，并指出了发展方向。0、引言自2009年中本聪提出比特币以来，互联网出现了大量基于区块链技术的电子现金系统加密货币(Cryptocurrency),其使用区块链作为一种分布式账本技术(Distr

3、ibutedLedgerTechnology,DLT),具有的去中心化、去信任化、公开透明、不可篡改及匿名等特性，受到全球各界人士的注重。随着加密货币市场的扩大，基于加密货币的互联网现金支付业务需求急剧增多，但比特币等加密货币价值波动幅度大、货币政策固定、性能效率低下等问题无法满足交易需求，一些由私人部门发行的稳定币(Stablecoin)的加密货币出现，如Tether与GUSD等。稳定币指的是由私人部门发行的与法定货币挂钩的加密货币。它的发行方声称稳定币发行量与抵押的法定货币相等，从而令价格与抵押的法定货币(美元、人民币等)挂钩，达到“稳定”效果。利用稳定币，可实现类似使用法定货币的网络支付

4、功能。但稳定币的价值与信用由私人部门担保，信任度较低且存在一定的安全风险，所以受到了很多质疑。受此影响，各国中央银行及货币发行机构为了保护货币主权，同时基于推进货币政策、推广数字金融、保障金融稳定性、改善金融包容性、提升国内支付效率、提高跨境支付能力等因素，对发行以国家信用作为担保的数字化支付工具中央银行数字货币(CentralBankedDigitalCurrency,CBDC)展开了研究。根据国际清算银行的调查，超过80%的国家正在研发中央银行数字货币方案，其中绝大多数使用了区块链技术，并且部分国家已正式启用CBDC并投放到当地市场。根据英格兰银行、国际基金货币组织及国际清算银行的研究，各

5、国货币当局发行CBDC的主要动机可归纳为：(1)保障国家货币主权;(2)推进金融数字化;(3)提高货币政策有效性;(4)增强支付系统;(5)改善普惠金融。可见CBDC有较大的社会意义，因而有较为宽广的研究前景。其中，我国对法定数字货币的研究起步较早。2014年，中国人民银行成立了法定数字货币研究小组，并在2017年设立了数字货币研究所，2018年，时任中国人民银行行长的周小川在发布会上指出，我国法定数字货币研究项目名为DC/EP(DigitalCurrency/ElectronicPayment),产品名为数字人民币(e-CNY)。DC/EP由中国人民银行发行，遵循“一币二库三中心”架构，具有

6、双层运营、MO替代、可控匿名等特点。当前，DC/EP已在深圳、雄安、苏州以及成都等地开展实况试点测试。为方便研究，国际清算银行对CBDC进行分类，根据CBDC的使用对象，即此系统可由公众使用或只可由特定部门、组织、机构及企业使用，将其分为零售型CBDC(RetailCBDC,R-CBDC)及批发型CBDC(WholesaleCBDC,W-CBDC),其中零售型CBDC的使用者极其广泛，所以又称为通用型CBDC(General-purposeCBDC,GP-CBDC)。各国政府与学界根据政治、经济及社会需求与实际结合情况，确定其可使用性并展开如下研究。在国内研究工作方面，范一飞讨论了在中国发行法

7、定数字货币的法理依据以及架构。姚前提出了央行数字货币系统性框架，探讨了RSCoin这个CBDC原型系统的优劣，并对中国法定数字货币进行了构想并提出中国国家数字货币DC/EP的设计要求。邹传伟对零售型CBDC及批发型CBDC的选择与设计进行了深入分析。狄刚分析了数字金融技术体系中区块链技术的现状与挑战，并对其进行展望。在国外研究工作方面，CBDC这个概念于2016年由Broadbent提出。Danezis等人提出了第一个CBDC原型系统RSCoin,随即各界展开了CBDC的研究，其结构、模式及设计思想对各国的CBDC研发有一定启发。Wust等人针对CBDC的隐私保护问题提出了PRCash的CBD

8、C原型系统。Adrian等人从全球金融系统角度对稳定币、CBDC与跨境网络支付进行了研究及对比，并表达了对CBDC发展的乐观态度。Boar等人则发起了一项针对全球主流国家的货币当局与CBDC相关情况的系列研究，对各货币当局进行了问卷调查，总结了这些国家CBDC的发展现状。在零售型CBDC这个领域，Kiff等人对当前的零售型CBDC进行了包含技术、金融、政策以及相关法律的调查。Auer等人则针对技术层面，分析了主流国家的零售型CBDC采用的相关技术以及面临的问题。而在批发型CBDC这个领域，国际清算银行支付与市场基础设施委员会对全球批发型CBDC的发展现状进行了总结，其中给出了批发型CBDC所需

9、技术特点。当前，学界对CBDC的综述大多基于政策、经济与法律的角度进行论述，而对于CBDC原型系统与解决方案所采用的技术的具体研究仍需填补。1中央银行数字货币1.1概述中央银行数字货币这个概念由英格兰银行于2016年提出，随后国际清算银行对CBDC的概念进行了进一步的明确。根据国际清算银行提出的定义，中央银行数字货币具有三个特性：(1)数字化;(2)由货币当局发行并担保其价值;(3)支持用户间点到点交易;CBDC所需的技术应具有以下特点：(1)中心化。CBDC仅能由中央银行或其授权的商业银行及金融机构发行，不可由非授权的个人或组织发行。(2)高吞吐量。CBDC需要有充足的吞吐量以满足社会交易需

10、求。(3)一定的隐私保护性。CBDC要具有一定的隐私保护特性，保障使用者的隐私(如交易对象、交易金额等)不被窃取。(4)可监管。CBDC要可监管，符合现行法律法规，保障金融安全，防止洗钱等金融犯罪。(5)点对点交易。CBDC需支持点对点支付，满足使用者交易需求。1.2分类国际货币组织根据使用对象、结构特点和采用的技术对CBDC进行分类，具体如下：CBDC能够根据使用对象不同分为批发型与零售型;根据交易范围不同分为国内型和全球型;根据结构特点分为直接型、间接型和混合型;根据采用的技术模型分为基于账户模型和基于交易模型。本小节将简单介绍每一类型CBDC的特点。1.2.1批发型CBDC与零售型CBD

11、C批发型CBDC一般对使用者资质有较为严格的要求，主要面向货币当局、银行及其他金融机构，不向普通民众提供服务。此类型CBDC通常用于证券交割、财政结算及企业转账等，交易金额往往十分巨大，交易频率相对较低。当前批发型CBDC项目包括加拿大的Jasper等。零售型CBDC可提供给政府、企业及普通民众使用，中国的DC/EP即为此类型的CBDC。零售型CBDC单笔交易金额相对较低，交易频率较高，可作为新型普遍支付手段，用于补充或替代传统现金支付。1.2.2国内型CBDC与全球型CBDC国内型CBDC原则上只允许境内人员持有，并且只允许在发行国境内交易。例如，中国的DC/EP、乌拉圭的BilleteDi

12、gital与柬埔寨的Bakong等。全球型CBDC允许全球人员持有，支持跨境交易。例如，新加坡的Ubin、泰国的Inthanon等。1.2.3直接型CBDC、间接型CBDC与混合型CBDC直接型结构由中央银行与用户组成，属于单级结构。用户资金存储在中央银行，资金由中央银行确保，交易由中央银行处理。间接型结构由中央银行、中介机构(一般为商业银行)及用户组成，属于二级结构。中介机构向用户提供支付服务，用户与中介机构通信，资金存储在中介机构，交易由中介机构处理。中央银行负责记录中介机构总账，不保障用户资金，不掌握用户交易记录。混合型结构与间接型结构类似，也由中央银行、中介机构以及用户组成。不同于间接

13、机构的是用户与中介机构通信，资金存储在中央银行，交易由中介机构处理。中央银行负责保障用户资金，并且持有用户交易记录副本。1.2.4基于账户模型的CBDC与基于交易模型的CBDC基于账户模型的CBDC。账户模型(Account-based)与银行账户模式类似，每个地址被视为一个账户，存在保存地址对应数据(如金额等)的全局状态。每个交易仅依赖现有状态，不依赖其他交易。当前，冰岛的Rafkrona与巴哈马的SandDollar等皆采用此模型。基于交易模型的CBDC。交易模型(Transactionbased)又称为代币模型(Token-based),由中本聪于比特币中提出，与现金模式较为相近。在此模

14、型中，每个地址被视为一个交易，不存在如账户、钱包及余额等概念，取而代之的是存在未使用的交易输出(UnspentTransactionOutput,UTxO)列表。每个UTxO与现金一样，包含金额与使用条件。不同的是，现金能够重复使用，UTxO在使用一次后即被移出UTx0列表，无法再次使用。当前，新加坡的Ubin与巴西的DigitalFiatCurrency等采用此模型。2CBDC原型系统为了解决比特币等加密货币的低吞吐量、去中心化和无法动态调整货币政策等缺陷以满足CBDC需求，2016年英国央行英格兰银行与英国伦敦大学学院合作提出了第一个CBDC原型系统RSCoin。作为由货币当局提出的第一个

15、CBDC技术原型，RSCoin具有一定的典范性，引起各界的广泛注重。针对其存在的问题与可改进的方向，学术界提出了各种改进的CBDC技术原型，如UFCBCoin、AFCoin、PRCash等，为各国CBDC研究与开发带来启发。2.1RSCoin2016年，Danezis等人在英格兰银行的建议下提出了第一个CBDC原型系统RSCoin,具有高吞吐量、低算力消耗与支持动态货币政策等特点，能较好地满足货币当局对数字法定货币的设计需求。(1)结构特点RSCoin采用类似比特币的基于交易模型(又称为基于UTxO模型)。它使用双链结构，分为由高级区块(Higher-levelBlock)组成的高层链和由低层

16、区块(Lower-levelBlock)组成的低层链。高层链由中央银行管理，负责货币供应、货币政策调整与交易对账;低层链作为交易总账，通过多个由中央银行授权的各个商业银行所负责的被称为“薄荷糖(Mintette)”的节点群组记录进行具体交易，每个薄荷糖群组(Mintettes)只负责部分数据。用户在提交交易时，无论在验证阶段或提交阶段，均需要用户去与该阶段对应的含2f个节点的薄荷糖群组中至少f+1个节点进行通信，通信次数较多，造成通信成本高的问题。(2)共识机制RSCoin使用两阶段提交(Two-PhaseCommit,2PC)共识作为低层链中分布式记账共识机制。2PC共识分为验证阶段和提交阶

17、段。在验证阶段，用户需获取所使用的资金对应UTx0所在Mintettes中过半数Mintette的签名认证;在提交阶段，用户将交易及上一阶段中取得的资金证明提交至转账地址所属的Mintettes,若此Mintettes中过半数节点验证通过并签名，则完成共识并写入低层区块。(3)交易流程因为RSCoin使用两层结构，属于间接型模型，所以用户在交易中不直接与中央银行通信，而是与所属的商业银行构建交易。假设Alice需要给Bob转账，转账金额为v,则交易流程如下：Alice构建转账申请，选取使用的UTxO,通过寻址服务查询该UTxO对应的薄荷糖群组m与Bob对应的薄荷糖群组n。进入验证阶段。Alic

18、e构建一个交易Tx,包含对该UTxO的资金证明并附上用户自身签名Sign(Alice),将其发送至群组m中所有在收到Alice的资金证明后，对其进行独立核验。首先，检查资金是否属于群组m管理，即此UTxO是否在群组m的未使用交易输出列表utxo中。其次检查金额，最后检查Alice用户签名。若核验无误，将UTxO从utxo中移除，添加至用于防止“双花”攻击的已验证的交易输出列表pset中，最后在资金证明后附上自身签名发还给用户。群组m中有2f个薄荷糖节点，若Alice取得其中f+1个薄荷糖节点的签名，则完成验证阶段。进入提交阶段。Alice将资金证明及上一阶段收集到的f+1个组成的,分别发送至群

19、组n中所有薄荷糖节点。在收到Alice的交易与资金证明后，对其进行独立核验。首先检查Bob是否属于群组c管理。其次检验是否合法，如果合法，将此交易输出加入已验证交易列表txset中，将资金证明加上自身签名发回用户。若群组n中过半数节点都完成验证，则群n将此次交易写入低层区块，交易结束。(4)优缺点在优点方面，首先RSCoin吞吐量较高，据文献15给出的测试数据可达2000TPS;其次它具有部分中心化的特点，中央银行通过控制高层链管理货币发行;最后，它能够实现动态货币政策，中央银行可通过高层链发行、销毁货币及进行其他货币政策调整。不足的是，RSCoin论文15中未提及高层链的设计与对账、货币政策

20、调整等功能的实现，也未说明同一Mintettes内各Mintette的数据同步机制。此外，现有RSCoin系统存在着用户通信成本高、未保护交易隐私数据等可改进空间。总而言之，RSCoin作为第一个CBDC原型系统，具有一定的开创性及启发性，有较好的借鉴价值，其设计思想及理念对其后各国CBDC研究及设计产生了一定影响。2.2UFCBCoin为解决RSCoin中交易通信次数较多，造成用户通信成本高的问题，Han等人提出了基于RSCoin进行改进的CBDC原型系统UFCBCoin。UFCBCoin基于RSCoin改进而来，其结构与共识机制方面与RSCoin大致相同。而在交易流程中，UFCBCoin引

21、入了“代表机制”,对通信流程与机制进行了修改，以减少用户通信量。用户在两阶段提交共识机制的验证阶段与提交阶段均可随机选取对应薄荷糖群组中的一个节点为代表，由此节点代表用户与群组内其他节点进行通信，如获取其他节点对资金证明的签名等。最后将此阶段的验证结果一次性返回给用户。通过代表机制，将部分用户与薄荷糖节点的通信转移为薄荷糖节点之间的通信。在恶意节点数量较多的情况下，UFCBCoinRSCoin总体通信量较为接近。在一般情况下，UFCBCoin中群组与用户的通信量大幅度低于RSCoin中群组与用户的通信量，减少了用户通信成本。2.3PRCashRSCoin、UFCBCoin等CBDC原型系统侧重

22、探讨中央银行数字货币的模型、结构、共识机制、通信机制及吞吐量，不涉及对交易隐私的保护，存在隐私泄露问题。而且有些国家监管机构对交易金额有一定限制，如美国要求公民若在一个周期内接受现金超过10000美元则需向美国国家税务局申报，并且CBDC一般认为与现金等价，应被纳入同等管理范畴。但已有的原型系统未实现监管机制，未能完全满足当局对CBDC的需求。针对这些问题，Wust等人提出了旨在解决隐私保护与监管控制问题的CBDC原型系统PRCash。此系统提出了一个利用零知识证明进行基于承诺的交易监管机制，通过使用类似Mimble-wimble协议的方式隐藏交易隐私(交易对象、交易金额)并使匿名交易具有不可

23、链接性，以及采用可验证的伪随机标识符及范围证明实现限制一个时间周期内单个用户匿名交易金额。(1)结构特点假定PRCash部署于标准的许可区块链中，区块由货币当局、监管机构与相关金融机构共同维护。在系统中，定义了四类角色：发行者：由货币当局担任，负责发行货币。监管者：由监管机构担任，负责监管用户交易，如控制一个时间周期内匿名交易金额上限等。验证者：由中央银行授权的商业银行或金融机构担任，负责验证用户交易。用户：由持有货币的消费者、企业或政府机构担任，作为交易的发起方和接收方。(2)共识机制在共识机制方面，验证者负责记录交易总账。验证者采用实用拜占庭容错(PracticalByzantineFau

24、ltTolerant,PBFT)共识机制以保证账本同步。(3)交易流程在交易流程方面，用户可选择发起两种类型的交易：匿名及非匿名。在匿名交易中，用户需提供证明，证明其在一个时间周期内接收的匿名交易货币少于法定限额，若用户可提供此证明，则可实现匿名交易;若用户超过法定交易额度，无法与监管者通信获得此证明，则无法发起匿名交易。而在非匿名交易中，PRCash提供了混币服务，保障其隐私安全。在吞吐量方面，因为采用了零知识证明与同态加密等复杂算法，在有16个验证者的模拟环境下吞吐量约为480TPS,大幅度低于RSCoin及UFCBCoin。(4)优缺点优点方面，PRCash实现了一定程度的隐私保护与监管

25、机制，满足货币当局对CBDC的需求。缺点方面，当前PRCash采用的零知识证明技术计算成本相对较高，导致吞吐量相对较低，仍需改善。总体来看，PRCash是一个与其他CBDC原型系统“正交”,着重于隐私保护及监管控制的原型系统，有较高的研究价值。2.4AFCoinAFCoin是由Tian等人提出的意在实现一个基于账户模型的类RSCoin的CBDC原型系统。(1)结构特点AFCoin由数个智能合约构建，能够在以太坊及如Quorum、HyperledgerIroha和Clique等兼容以太坊结构以及以太坊虚拟机分布式账本技术解决方案上部署。AFCoin包含三种角色：中央银行：负责货币发行，向商业银行

26、提供货币。商业银行：负责管理用户在商业银行账户中的数字货币。用户：作为交易发起方及接收方。(2)共识机制在共识机制及吞吐量方面，因为AFCoin可在兼容以太坊虚拟机的不同平台上运作，而各平台的架构(公链、许可链或私有链)与共识机制(PoW、PoS、PoA或PBFT等)的不同导致可缩放性差异极大，所以，吞吐量则由使用的技术解决方案决定。(3)交易流程在交易流程方面，根据交易双方地址归属状况分为两种交易：同行交易与跨行交易。在Alice地址与Bob地址同属CMB1的同行交易情况里，Alice向Bob转账，CMB1直接将Alice账户余额减去相对应金额，将其加到Bob账户中，完成交易。而在Alice

27、地址与Bob地址分属CMB1与CMB2的跨行交易情况里，Alice向Bob转账，Alice首先需要向CMB1申请交易，CMB1在校验交易后，减去Alice账户相对应金额，向CMB2转账。CMB2在收到交易并确认后，增加Bob的余额，完成交易。(4)优缺点AFCoin的主要优点是适用于当前主流的“中央银行一商业银行”二元模型的混合型CBDC架构，其本质为基于Solidity的智能合约，可快速部署于各类成熟的分布式账本平台。缺点则是基于账户模型较难保护交易隐私，而且未对吞吐量进行实际测试。总体来说，AFCoin作为第一个基于账户模型的CBDC原型系统，因基于以太坊导致其适用性比较强，有一定参考意义

28、。3技术解决方案RSCoin、UFCBCoin、PRCash及AFCoin这些原型系统，为各国研究CBDC带来了参考与思路，并为CBDC开发提供了结构、交易流程及安全等各方面的经验与启示。在实际CBDC开发过程中，考虑到安全性、可维护性及技术成熟度等工程因素，各国通常选择现有企业级分布式账本技术平台作为实现CBDC的技术解决方案。如新加坡金融管理局的ProjectUbin,由数字化新加坡元、国内银行实时结算系统(RealTimeGrossSystem,RTGS)、基于分布式账本技术的券款对付(DeliveryversusPayment,DvP)、跨境结算支付系统、跨境支付和跨境券款对付系统六个

29、阶段组成。ProjectUbin自2014年开始第一阶段，当前完成第五阶段，使用了Quorum与HyperledgerFabric作为其技术解决方案。加拿大银行的ProjectJasper是基于Corda开发的批发型CBDC项目，用于国内银行间支付结算。此外，加拿大银行与新加坡金融管理局进行合作，提出了一个跨境支付系统项目ProjectJasper-Ubin。柬埔寨国家银行的ProjectBakong是柬埔寨政府提出的区块链支付系统，作为一个零售型CBDC项目，意在取代部分现金交易并且减少美元在柬埔寨国内的流通，此项目应用HyperledgerIroha作为技术解决方案。下面对表1中的技术解决

30、方案按其采用的模型进行分类，分别对其结构特点、共识机制、吞吐量、智能合约支持及隐私保护状况进行分析，并对比各个技术解决方案的优缺点。3.1QuorumQuorum是由摩根大通于2016年提出的基于以太坊Geth分支的开源企业级分布式账本技术平台。(1)结构特点Quorum采用基于账户模型，由Quorum节点与隐私管理器(PrivateManager)组成。Quorum节点除了拥有以太坊节点大多数功能外，还实现了权限控制、可插拔的共识机制、私有状态存储等功能。隐私管理器由交易管理器(TransactionManager)与被称为“飞地(Enclave)”的加密解密模块件组成，负责实现私有交易、部

31、署私有合同等功能。Quorum节点只与预设的Quorum节点列表中其他节点通过P2P协议进行连接，并通过HTTPS协议连接隐私管理器。(2)共识机制Quorum支持Raft共识、IBFT(IstanbulBFT)共识及PoA(Proof-of-Authority,权威证明)共识作为共识机制。使用者在部署Quorum时，根据实际需求选择其中一个作为共识机制。(3)吞吐量根据AratiBaliga等人针对Quorum测试报告中的数据显示，Quorum吞吐量都可达到约1400TPS。(4)智能合约支持因其基于以太坊Geth,所以Quorum完全兼容基于Solidity及LLL等语言所开发的适用于EV

32、M的智能合约。(5)隐私保护Quorum中的交易可分为公开交易与私有交易。公开交易通过全节点广播，与以太坊交易无太大分别。私有交易可选择参与的Quorum节点，并且通过与隐私管理器通信将交易保存至链下，链上只保存加密后的Hash,实现对交易隐私的保护。并且，Quorum中使用了ZCash团队提出的zk-SNARKS实现了零知识证明安全层(Zero-knowledgeSecurityLayer,ZSL),在防止“双花”的前提下，对私有交易的交易对象、金额等敏感信息进行保护。当前，新加坡金融管理局的Ubin、南非储备银行的Khokha等项目采用Quorum作为技术解决方案。3.2Hyperledg

33、erIrohaHyperledgerIroha是Linux基金会管理的开源企业级分布式账本技术平台，由Soramitsu公司于2016年贡献给Hyperledger项目。(1)结构特点HyperledgerIroha采用了基于账户模型，无原生数字货币，网络由多个对等节点组成。(2)共识机制HyperledgerIroha采用的是YAC(YetAnotherConsensus)的共识机制。YAC基于PBFT进行改进，对系统中总量为3f个对等节点进行排序，采用前2f+1个节点参与共识，若出现故障再采用剩余节点，在保障安全性与容错性的前提下提升了可缩放性。(3)吞吐量HyperledgerIroha

34、主要贡献者Soramitsu公司声称其吞吐量约为2000TPS。(4)智能合约支持HyperledgerIroha使用BurrowEVM作为其虚拟机，保持了对Solidity语言所编写的智能合约的兼容。(5)隐私保护HyperledgerIroha提供了基于角色的权限控制系统，使得使用者能够非常方便地进行细粒度权限管理。而且HyperledgerIroha支持多重签名交易与合约，便于设计业务的安全模型。当前，柬埔寨国家银行采用其作为本国零售型CBDC项目Bakong的技术解决方案。3.3HyperledgerFabricHyperledgerFabric由Linux联盟于2015年提出，是全世

35、界使用最为广泛的企业级区块链平台之一。(1)结构特点HyperledgerFabric采用了基于账户模型，不存在原生加密货币。系统由一条或多条通道与分组服务节点组成。通道由统称为Peer的对等节点组成，通道内数据构成一条区块链，每个节点能够从属于多个不同通道，仅能查看所属通道内的数据。对等节点可根据其功能分为确认节点(CommittingPeer)、背书节点(EndorsingPeer)、领导节点(LeaderPeer)与锚节点(AnchorPeer)等角色。所有节点都属于确认节点这个角色，负责接收新块、验证块中交易以及将其加入账本;而背书节点则是针对智能合约而产生的角色，每个拥有智能合约的节

36、点都可成为此智能合约的背书节点;领导节点可由配置中静态指定或动态选举产生，负责从排序服务中获取交易数据并分发至其他节点;锚节点由通道配置中指定，负责跨通道通信。排序服务由排序服务节点组成，负责对有效交易进行全局排序，其后生成新块。(2)共识机制HyperledgerFabric支持使用单节点认证的Solo协议、源于分布式共识的Kafka协议或基于PBFT的BFT-SMaRT协议三种。使用者可根据实际状况，在配置中指定系统使用的共识机制。(3)吞吐量HyperledgerFabric在实验状况下高达3500TPS。此外，有学者提出FastFabric,声称可通过度离元数据、转移背书节点与记账节点

37、至单独硬件等措施，将吞吐量提至20000TPS。另外，隋源等人还提出了将HyperledgerFabric与链下数据库进行结合的方案，在吞吐量方面表现较好。(4)智能合约支持HyperledgerFabric可使用Go、Java与JavaScript三种语言编写被称为链码(Chaincode)的智能合约，并且根据Foschini等人的测试报告显示，使用Go语言开发的链码性能最好。(5)隐私保护HyperledgerFabric所采用的通道技术可将数据分割为多条链，通过创建通道实现一定程度的数据隔离。并且，HyperledgerFabric还提供了私有数据集(PrivateDataCollect

38、ion)方案，通过将私有交易与状态写入私有数据库，仅在链与存储全局状态的数据库中存储私有数据的哈希值，实现在不需要建立通道的情况下保障交易隐私。当前，新加坡金融管理局的Ubin、沙特阿拉伯货币局的Aber与东加勒比中央银行发行的DXCD等项目采用HyperledgerFabric作为技术解决方案。3.4StellarStellar是由Ripple联合创始人JedMcCable等人于2014年提出的开源区块链系统。(1)结构特点Stellar采用账户模型，原生数字货币名为XLM。Stellar网络由多个被称为“恒星核心(StellarCore)”的对等节点与连接恒星核心并向外界提供RESTAPI

39、服务的网关“地平线(Horizon)”组成。(2)共识机制Stellar采用恒星共识机制(StellarConsensusProtocol,ScP),是联邦拜占庭协议(FederatedByzantineAgreement,FBA)的一个参考实现。(3)吞吐量根据Stellar创始人JedMcCable在采访中提供的数据显示，Stellar在模拟环境下吞吐量最高可达4000TPS。(4)智能合约支持Stellar只支持被称为恒星智能合约(StellarSmartContract,SSc)的非图灵完备智能合约。SSC拥有支持多签名、阈值以及时间三种特性，通过在提交交易时设定约束条件从而生成智能合

40、约。此外，OlegAndreev等人提出一个名为Slingshot的项目，将零知识虚拟机ZkVM接入Stellar中，将交易中的公钥视为谓词，使Stellar支持ZkVM智能合约以使用零知识证明。(5)隐私保护Stellar原生不支持私有交易。为补充这个缺陷，有开发者提出了Starlight方案，构建支付通道，从而实现私有交易。并且，前文中提到的Slingshot项目不但能够通过零知识证明对交易的对象与金额进行保护，还能够引入CoinJoin的变体方案对交易进行混币处理，从而提升交易的隐私安全性。当前，乌克兰国家银行采用Stellar的私有版本作为本国CBDC项目E-Hryvnia的技术解决方

41、案。3.5CordaCorda是R3联盟于2016年提出的部分开源企业级分布式账本技术平台。(1)结构特点Corda基于交易模型，分为Corda节点及公证池(NotaryPool)两大组件。Corda节点负责存储交易信息，公证池负责共识机制以决定账本记录内容，由多个公证人(Notary)节点组成。(2)共识机制Corda使用两类机制：使用基于Raft的Copycat协议或基于PBFT的BFT-SMaRT协议的有效性共识以保证交易的有效性;由公证人服务对交易进行检查避免“双花攻击”的唯一性共识。在Corda中，必须同时通过这两类共识机制才可提交交易。(3)吞吐量根据Corda官方提供的信息，Co

42、rda可在模拟环境下达到1674TPS。(4)智能合约支持Corda智能合约使用Java虚拟机(JavaVirtualMachine,JVM),支持使用Java与Kotlin语言编写。并且智能合约还支持法律散文(LegalProse),即引入相关的法律条文作为依据，便于有关部门对交易与合约进行监管。(5)隐私保护Corda使用Tear-off技术。将交易的输入、输出、命令与附件构造为一棵默克尔树(MerkleTree),预言机服务能查看交易的命令，公证服务只能查看交易的输入，实现了对交易的隐私保护。并且Corda还提供了对诸如IntelSGX等硬件安全模块的支持，将在飞地中处理的历史交易加解密

43、运算放在可信计算硬件中执行，保障历史交易数据隐私。但Corda的公证池服务依赖于R3联盟，可能存在一定风险。当前，加拿大银行的Jasper、加拿大银行与新加坡金融管理局联合开发的Jasper-Ubin、泰国银行Inthanon都采用Corda作为技术解决方案。4展望与总结通过对原型系统与技术解决方案的分析，能较好地了解到当前CBDC的发展现状。下文将对CBDC未来发展方向进行展望，以及对本文的工作进行总结。4.1展望(1)高交易吞吐量当前，主流公链系统如比特币交易吞吐量为7TPS,以太坊交易吞吐量为15TPS,EOS交易吞吐量约为34TPS。相较于传统公链，CBDC原型系统及技术解决方案的吞吐量取得了极大提升，其中HyperledgerFabric的交易吞吐量为3500TPS,RSCoin的交易吞吐量为2000TPS。但世界主流电子支付系统如中国网联的交易吞吐量约为92000TPS,峰值可达250000TPS,Visa交易吞吐量约为24000TPS。可见CBDC技术解决方案与传统电子支付系统的吞吐量仍有较大差距，有可能无法满足现