智能合约系列1：数字社会的基石——智能合约

作者：北京航空航天大学云南创新研究院  北京航空航天大学分布式实验室  胡凯教授

业界不少人对智能合约（Smart Contract）的认识常常是不清楚的，有的认为是区块链里本来带的内容，有的认为就是发币用的，有的认为就是以太坊上的应用等等，这些认识完全淹没了智能合约的意义、严重制约了智能合约的发展和应用。那么智能合约是什么？它有什么作用？它的本质是什么？它的意义在哪里？它存在什么问题？它如何落地应用？它的发展之路在哪里？

1. 智能合约的起源和意义

近年来区块链成为大热门技术，作为一门应用技术，其迅猛的发展和热潮是罕见的，为什么会受到社会各阶层人士的关注呢？有很多分析和认识，但笔者认为最重要的原因有二个，一是区块链并不是一门单独的技术，它不仅是包含了很多技术的融合，更是涉及社会治理模式和思维改变的思想性技术，这种思想性技术会促使人们创新、产生技术革命；第二就是区块链技术迎合了当前社会重要的发展大潮，那就是人类社会向数字化社会发展过程中（Gartner报告2016），未来如何把实体社会人们生活的模式、信用、法律甚至文化等依存关系转移到虚拟世界上是技术和社会治理面临的巨大挑战（Grand Challenge）问题，而区块链相关技术正是迎合这个大潮的重要技术之一。

我们可以看未来一个汽车交易的场景：汽车贷款，如果贷款者不还款，一个合约程序将自动收回发动汽车的数字钥匙，汽车经销商将发现这种自动合约用途很有吸引力。这个例子是密码学家尼克.萨博（Nick Szabo）在1994年给出的一个场景，也是他首次提出了“智能合约(Smart Contract, 简称SC)的概念。相比复杂的涉及用户、汽车经销商和银行的贷款行为和手续，智能合约是能够自动执行合约条款的计算机程序。通过对自动售货机的观察（如图1），萨博领悟到机器通过物理的密封系统自行控制财产，可以编程自动执行“合约”条款，指出计算机代码可以代替机械设备，进行更复杂的数字财产交易，未来的某一天，这些程序甚至可能取代处理某些特定金融交易的律师和银行, 即 “智能财产可以将智能合约内置到物理实体的方式，被创造出来” 。随后在2002年，尼克萨博设计出了一种叫“比特黄金”(Bit Gold)的数字货币机制，认为智能合约可以支持电子数据交换(EDI)、证券期权等合成型资产(Synthetic Assets）的交易。

图1 自动售货机模式的启示

他进而创造性地抽象提出“智能合约就是执行合约条款的可计算交易协议”，这个简单而朴素的抽象却蕴含了深远博大的意义，因为它涉及了最基础的人类社会经济活动：交易和协议，而且是由计算（程序）完成的。这对未来数字社会的潜力显而易见，因为它把人、交易、法律协议以及网络虚拟世界之间复杂的关系程序化了，也许有一天我们会惊讶地发现，生活中合同、律师、公证、保险、交易所、银行、甚至法院部分职能都被智能合约（程序）所代替。由此可见智能合约概念的宽广和深刻，在技术发展的历史长河中，很多简单的自然的思想往往是一种发展基石，智能合约完全有可能是数字社会的基石之一。就像互联网发展过程中建网和网上应用关系一样，作为链上无所不在的智能合约应用将是区块链浪潮中最重要、最活跃的技术。

2.  智能合约的定义

智能合约有许多非形式化的定义，这里列举几个供大家从不同角度去理解智能合约的本质内涵和意义：

1)      智能合约通过使用协议和用户接口来促进合约的执行（尼克.萨博）；

2)      智能合约就是用程序代码编写的合约，它的条款由程序来执行（Mark S. Miller）；

3)      智能合约就是基于区块链的可直接控制数字资产的程序。（Ethereum）

4)      智能合约是运行在可复制、共享账本上的计算机程序，可以处理信息，接收、储存和发送价值。

5)      智能合约是一段代码，被部署在分享的、复制的账本上，它可以维持自己的状态，控制自己的资产和对接收到的外界信息或者资产进行回应。

6)      而维基百科给出的定义是：

“Smart contracts are computer protocols that facilitate, verify, or enforce the negotiation or performance of a contract, or that obviate the need for a contractual clause. Smart contracts usually also have a user interface and often emulate the logic of contractual clauses. Proponents of smart contracts claim that many kinds of contractual clauses may thus be made partially or fully self-executing, self-enforcing, or both. Smart contracts aim to provide security superior to traditional contract law and to reduce other transaction costs associated with contracting.”

总的来说，一个智能合约是一套以数字形式定义的承诺，包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。

3. 智能合约发展阶段

萨博提出的智能合约理论几乎与互联网（World Wide Web）同时出现，但应用实践却一直严重地落后于理论，没有找到将这个理念转变现实的清晰路径。主要是面临三个方面问题，一是资产需要数字化和数字资产的账本化；二是合约方需要一个受信任的执行环境；三是代码合约需要有类似合同盖章不可随意变更和可审核机制。而区块链技术的出现，解决了这些问题，从而触发了智能合约的应用。区块链为完全数字化资产的记录和转移奠定了基础，通过完全数字化的资产和分布式账本，区块链使计算机代码可以控制资产，资产的控制就是控制资产对应的密钥，而不是任何实物。区块链也成为了互联网上最可信的机制，同时一旦智能合约代码做块进入区块链，合约方就可以确定合约不会被更改，好像合同盖了红章，由于区块链的开放性，可以被备案、监管和审计。

下面是一个自动执行的、有着银行基本功能的智能合约。一共有四个功能：查询账户余额、存钱、取钱、转账，合约代码如表1所示。

表1 一个简单的银行智能合约

合约的建立与执行：先把上面的合约代码编译成代码，然后在区块链上建立合约账户，用于存储合约和管理与合约相关的数据。当需要查看余额的时候，发消息给合约账户调用balance()；当需要转账的时候，调用transfer()，合约账户会自动将你的钱减去转账数额，给对方的钱增加相应的数额；当需要存钱的时候，调用deposit()，合约账户会自动增加你的钱数；当需要取款的时候，调用withdraw()。

可以看出这是一个简单的合约，而以太坊为代表的第二代区块链正是由于和这种简单智能合约的融合而引发区块链的热潮。笔者预测智能合约的发展也可以分为三代：

第一代是目前用的比较多的简单的链上代码（IBM）称为链上代码，大多是目前以太坊上项目中简单的IF-THEN-ELSE语句的合约，只是一些简单流程性的代码，没有什么复杂性逻辑和智能内容；

第二代是已经或将要广泛应用的契约型的智能合约，表达契约关系的代码。比如说购物的合约、出租的合约、医患关系、保险关系、追溯等的合约，有一定的承诺和约定的智能表达，这些我们可以通过律师或者现成的契约模板，把这些模板转换为代码形成智能合约;

第三代将是智能合约的高级或智能时代，表现为代码即法律合约：具有存证和判据，符合法律规制或法律规则的代码化，是更智能，更高级的合约，笔者认为也是智能合约的最有前途的发展。

4. 智能合约的问题与解决之道

应该说，目前区块链上的智能合约还处于技术早期阶段，是不成熟、不安全的和不智能的，更没有形成理论体系，还不能大规模够满足应用的需求，主要问题有：

1)      智能合约规模化产生问题：和软件发展过程一样，可以预计智能合约是需要规模化生产应用的，如何规模化生产可信智能合约是个大问题，笔者提出的智能合约工程正是未雨绸缪的理论；

2)      智能合约公信编写问题：作为一种代码合约，和文本协议很大的不同在于，如何公信编写，谁来验证、测试？合约当事方显然是不合适的，一般的第三方也很难有公信立场，建立公信生产机制是发展的关键；

3)      智能合约的可信问题：由于智能合约是管理巨大数字资产的特殊软件，软件bug的问题目前非常突出，软件陷阱会导致明显地有利于合约的一方，该怎样进行对合约进行查验和修复？如何验证合约的逻辑正确并杜绝漏洞？形式化方法是目前软件可信性验证的重要手段, 避免类似于由于代码本身漏洞给黑客攻击的机会；

4)      智能合约的智能化问题：目前基本是简单合约，或固定的合约模板，智能合约的语言、编写、部署、审计、自动辅助工具、动态修改都会是全新的模式，与人工智能技术结合是研究趋势；

5)      合法性问题：智能合约具有与“真正”合约一样的法律效力吗？如果智能合约的结果违背法律，或者法庭发现它有与合约法冲突该如何解决？计算法律学只是研究法律化的问题，而笔者提出法律代码科技，要解决代码即法律问题；

6)      智能合约执行问题：存在多个合约需要时间触发的时候，待触发事件由谁管理与发送？如果多个合约同时执行，会带来复杂的访问控制、同步并发以及一致性问题；

7)      性能问题：把合约状态的一致性过程与区块链的一致性过程区别处理，有可能会增加区块的制作时间，比如区块的构造时间就包含了区块中交易的处理时间，减慢了建块速度，该如何加快合约执行效率？

当然还有很多技术实现问题，本系列文章将抛砖引玉，大家一起来讨论解决这些问题之路。