以下文章來源于中國金融雜志 ，作者姚前
隨著歐美日等全球主流央行的加入，央行數字貨幣的研發正加速推進，數字貨幣時代或將不再遙遠。
最新一期NFR工作論文《國際央行數字貨幣研發態勢與啓示》總結和分析了數字美元、數字歐元、數字日元等央行數字貨幣項目的政策背景、主要動機和技術特征，並從中得到以下啓示：
☞歐美日等央行普遍認爲央行數字貨幣是中央銀行的直接負債，他們的興趣是將央行數字貨幣用于改進跨境支付以及改善現有金融市場基礎設施，開展更加開放、靈活和高效的券款對付（DVP）。
☞在技術路線上，各國央行均采取包容開放的思路，不拘泥某一預設路線，且高度關注分布式賬本技術以及加密貨幣的潛力。
☞美聯儲探索創建高吞吐量、低延遲和富有彈性的數字美元交易處理系統，其混合架構采用開放式創新模式，代碼開源。這種開放式創新模式，值得各國在CBDC研發實踐中加以學習借鑒。
* 本文爲NFR工作論文《國際央行數字貨幣研發態勢與啓示》，作者爲中國證監會科技監管局局長。
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國際央行數字貨幣研發態勢與啓示
文 | 姚前
近年來，全球主要經濟體的貨幣當局不斷加大對中央銀行數字貨幣（Central Bank Digital Currencies，CBDC）的研發力度並取得了諸多階段性成果。其中尤爲引入注目的是美元、歐元、日元等主流國際貨幣先後發布數字化計劃和相關報告。他們的加入意味著全球央行數字貨幣格局將發生根本性變化，意義重大，影響深遠。本文試圖總結和分析數字美元、數字歐元、數字日元等央行數字貨幣項目的政策背景、主要動機和技術特征，從中得到有益政策啓示。
數字美元
漢密爾頓計劃
“漢密爾頓計劃”（Project Hamilton）是美國波士頓聯邦儲備銀行與麻省理工學院合作開展的CBDC創新研究項目（Digital Currency Initiative，DCI）。這項計劃已持續開展數年，但細節並不爲外人所知。2022年2月3日，美國波士頓聯邦儲備銀行發布題爲“爲央行數字貨幣設計的高性能支付處理系統”（A High Performance Payment Processing System Designed for Central Bank Digital Currencies）的技術報告，總結了漢密爾頓計劃第一階段進展。
漢密爾頓計劃第一階段的第一個目標是探討CBDC系統的性能，即從技術上研發一種高吞吐量、低延遲和富有彈性的CBDC交易處理系統。具體性能目標包括兩個方面：一是在5秒內完成99%交易，包括完成交易驗證、交易執行以及向用戶確認交易，處理速度與美國現有銀行卡支付以及銀行間即時支付系統的相應指標不相上下；二是根據美國目前現金和銀行卡交易量以及預期增長率，該系統每秒至少處理10萬筆交易，且能隨著後期支付量的增長不斷擴展。
第二個目標是探討CBDC系統的韌性。爲維持公衆對CBDC的信任，CBDC系統必須確保服務連續性且資金可用。系統韌性的研究重點在于，當多個數據中心發生故障時，如何保證系統訪問不中斷，數據不丟失。
第三個目標是探討CBDC的隱私保護。漢密爾頓計劃認爲，最安全的隱私保護方法就是從交易伊始就減少數據收集，因此在CBDC交易系統中設計了一種盡量減少交易數據留存的方案。
美聯儲數字貨幣原型系統設計
1.幣的形式：未花費的交易輸出（Unspend Transaction Output，UTXO）
漢密爾頓系統有三類參與者：交易處理器（transaction processor）、發行方（issuer）和用戶（users）。交易處理器記錄CBDC，並根據指令驗證和執行相關交易。同比特幣一樣，漢密爾頓計劃采用UTXO的貨幣表達式。CBDC僅能通過發行方的行爲而進出系統，發行方鑄幣（mint）增加交易處理器中的資金，贖回（redeem）則減少交易處理器中的資金。用戶執行資金轉移（transfer）操作，以原子方式變更資金所有權，但存儲在交易處理器中的資金總額不變，變化的是資金的權屬。用戶使用其數字錢包的公鑰/私鑰來處理和簽署交易。資金轉移交易過程中，使用付款方的未花費資金就是交易輸入（inputs），生成新的未花費資金就是交易輸出（outputs）——包括收款方和找零給付款方的未花費資金。一項有效交易必須保持平衡：交易輸入值之和須與輸出值之和相等。
未花費資金定義爲三元組utxo:=（v，P，sn）。其中，v爲金額，P爲安全鎖鎖頭（encumbrance predicate，可以理解爲持有者公鑰），sn爲序列號（serial number）。發行方的鑄幣操作會創建新的未花費資金，並將UTXO添加到交易處理器存儲的UTXO集合，而贖回操作則從UTXO集合中刪除已有的未花費資金，使其不可重複使用。發行方必須爲新鑄UTXO選擇唯一序列號。將其設置爲均勻隨機數或單調遞增計數器值（發行方鑄造第i個UTXO時，會將其序列號設置爲i）均可。
2.分離驗證與UTXO壓縮
在漢密爾頓系統中，交易處理器驗證交易的正確性，並通過刪除輸入和創建輸出來執行交易。驗證分爲交易局部驗證（transaction-local validation，無需訪問共享狀態）和存在性驗證（existence validation，需要訪問共享狀態）。對于這種分離，漢密爾頓系統設計了專用組件——哨兵（sentinels），專門用于接收用戶交易並執行交易局部驗證。局部驗證內容包括：核實交易格式正確；確認每個輸入都有適用于其花費輸出的有效簽名；確認交易保持平衡（即輸出之和等于輸入之和）。如果交易符合標准，哨兵將向負責存在性驗證的執行引擎轉發交易，否則就僅向用戶提示交易錯誤。
存在性驗證主要核驗未花費資金是否存在。爲了實現隱私保護，漢密爾頓系統將資金作爲不透明的32字節哈希值存儲在未花費資金哈希集合（Unspent Funds Hash Ｓet，UHS），h := H(v，P，sn)，而不是存儲完整的utxo := (v，P，sn)，其中H是一個哈希函數，漢密爾頓系統使用了SHA-256算法。通過不存儲詳細資金信息的UHS集合替換UTXO集合，不僅有助于隱私保護，而且減少了存儲要求並提高系統的性能。
爲了進行存在性驗證，系統需要預先將通過局部驗證的交易轉換爲應用于UTXO哈希集合的交易，該過程被稱爲壓縮（compaction）。具體而言，由哨兵計算輸入UTXO的哈希值，並將輸入UTXO與輸出安全鎖和價值一起，導出輸出UTXO的序列號，從而計算輸出UTXO的哈希值，然後將這兩個哈希列表發送給保存UHS的交易處理器，進行存在性檢查和執行。
3.存在性驗證與UHS互換
假定某交易已通過交易局部驗證並進行了壓縮轉換，交易處理器將按如下方式更新UHS集合：檢查UHS集合是否存在所有交易的輸入UTXO，如果有輸入UTXO缺失，那麽中止進一步處理，否則，處理繼續進行，交易處理器從UHS集合中刪除該交易的輸入UTXO對應的UHS，並將新創建的與輸出UTXO對應的UHS添加到UHS集合中。一刪一增，漢密爾頓計劃將這一操作稱爲互換（swap）。
4.高性能架構
爲實現高吞吐量、低延遲以及高容錯性的交易處理，漢密爾頓計劃設計了兩種架構。第一種是原子服務器（atomizer）架構，系統利用排序服務器爲所有交易創建線性的曆史記錄。第二種是兩階段提交（two-phase commit，2PC）架構，系統並行執行數筆無沖突交易（即那些不會支付或收到同筆資金的交易），而不創建統一排序的交易記錄。
在這兩種架構中，UHS都可實現跨服務器分區，提高吞吐量並不斷擴展。執行單筆交易通常涉及多個服務器，每種架構使用不同技術協調一筆交易在多個服務器中的一致應用。中心化的原子服務器架構使用Raft協議對所有來自于哨兵驗證過的更新排序，然後將這些更新應用于全系統。2PC架構則利用分布式共識節點來執行原子交易和可串行化所需的鎖定，使用不同資金的交易不會沖突，可以並行執行；一旦某有效交易的資金被確認爲未花費，交易就能連續進行，可同時批量處理多筆交易。
漢密爾頓計劃第一階段的實驗結果
漢密爾頓計劃在第一階段開發了兩套完整的計算源代碼或代碼庫。一個是中心化原子服務器架構的代碼庫，每秒能夠處理大約17萬筆交易，其中99%的交易尾部延遲不到2秒，50%的交易尾部延遲爲0.7秒。由于原子服務器無法跨多個服務器進行分片，因此盡管可以將原子服務器狀態機中的功能簡化爲只對一小部分交易進行輸入排序和去重，但該架構的系統吞吐量仍有限。也就是說，對有效交易進行強排序的設計會限制吞吐量。
另一個是2PC架構的代碼庫，每秒能夠處理170萬筆交易，其中99%的交易可在1秒之內完成，50%的交易尾部延遲不到0.5秒，遠高于設定目標需要達到的每秒10萬筆交易的基本要求。此外，2PC架構若添加更多共識節點，還可進一步提高吞吐量，且不會對延遲産生負面影響。
以上代碼已經開源，漢密爾頓計劃稱之爲“開源央行數字貨幣項目（OpenCBDC）”，目的是促進人們在CBDC研究上進一步合作。
特征分析
1.與電子現金（E-cash）的比較分析
1982年，美國計算機科學家和密碼學家大衛•喬姆（David Chaum）發表了一篇題爲《用于不可追蹤的支付系統的盲簽名》的論文。論文中提出了一種基于RSA算法（RSA algorithm）的新密碼協議——盲簽名（blind signature)。利用盲簽名構建一個具備匿名性、不可追蹤性的電子現金系統，這是最早的數字貨幣理論，也是最早能夠落地的試驗系統，得到了學術界的高度認可。其中有兩項關鍵技術：隨機配序和盲化簽名。隨機配序産生的唯一序列號可以保證數字現金的唯一性；盲化簽名能夠確保銀行對該匿名數字現金的信用背書。
漢密爾頓計劃采用了與E-cash相似的思路：一方面，通過全局唯一且每次交易都需要系統驗證的序列號，保證貨幣（UTXO）的唯一性；另一方面，采用中央處理模式，並利用加密算法實現系統的安全與抗攻擊性。
但漢密爾頓計劃克服了E-cash的不足。在大衛·喬姆建立的E-Cash模型中，每個使用過的E-Cash序列號都會被存儲在銀行數據庫中。隨著交易量的上升，該數據庫就會變得越來越龐大，驗證過程也會越來越困難。而漢密爾頓計劃通過分離驗證和壓縮處理，盡可能減少交易處理器的存儲計算壓力，並利用分片技術和高性能架構，從而大幅提升交易性能。
簡言之，已花費的交易輸出與未花費的交易輸出，是兩種相反相成的設計思路。後者優化了前者面臨的數據無限膨脹的問題，這也是比特幣超越E-Cash的精髓所在。顯然，漢密爾頓計劃對此心知肚明。
2.與比特幣的比較分析
與比特幣相似，漢密爾頓計劃對幣的設計也采用了UTXO模式。但二者的區別在于：比特幣的區塊鏈存儲了所有UTXO信息；而漢密爾頓計劃沒有采用區塊鏈模式，幣不可簡單追溯，且其交易處理器並未存儲UTXO明細信息，僅存儲UTXO的哈希值。尤其是，漢密爾頓計劃的信任基礎與比特幣的分布式共識機制完全不同，其平台將由可信任的中心機構管理，共識算法僅用于協調系統中各分區服務器的一致性，更類似于第三方支付後台的分布式系統設計。
在防止雙重花費、無重放攻擊等威脅方面，比特幣采用的是工作量證明機制（Ｐroof of Ｗork，PoW），而漢密爾頓計劃的設計則依靠哈希算法，且高度依賴發行方和交易系統的安全可信。
具體來說，對于漢密爾頓交易處理器中的每次轉移，其UTXO輸出的序列號都是經過哈希算法處理後所確定，只要從原始鑄幣交易開始的序列號是全局唯一的，後續遞推得到的每個UTXO序列號也將均具有全局唯一性，不會與過去或未來UTXO集合中的任何其他項重合。序列號的全局唯一性不僅是一個技術細節，而且可達到兩個效果。一是無雙重花費。互換操作會將UTXO永久標記爲已花費。由于序列號是唯一的，因此任何UTXO只能被花費一次，且在花費後不能被重建。二是防止重放攻擊。因爲每筆交易都對應著具有全局唯一性的一個或多個UTXO輸入，其簽名將覆蓋整個交易，包括相關的所有輸入和輸出。因此，一個交易的簽名對除此交易外的其他任何UTXO（包括未來創建的UTXO）都無效，而且，交易無法被複制，同一筆交易也不能被多次執行。漢密爾頓計劃設計的風險點在于：中心機構是否一定可信？發行方鑄幣的序列號是否全局唯一？交易處理器是否足夠安全從而可保證存儲的UHS集合不被篡改？
簡言之，雖然比特幣和漢密爾頓計劃都使用了UTXO的數據模型，但漢密爾頓計劃維護的是一套中心化的哈希登記系統，而比特幣維護的是一套分布式的區塊鏈哈希登記系統。
3.其他比較分析
漢密爾頓計劃的技術報告引用了筆者在2018年國際電信聯盟(ITU)法定數字貨幣焦點組第二次會議上的工作論文。該論文主要是對數字人民幣原型系統的綜述，核心思想爲“一幣、兩庫、三中心”的技術架構（《中國法定數字貨幣原型構想》，見《中國金融》2016年第17期），以及基于銀行賬戶與數字貨幣錢包分層並用的雙層業務架構（《數字貨幣和銀行賬戶》，見《清華金融評論》2017年第7期）。
漢密爾頓計劃當前的整體架構可以表達爲“一幣，一錢包，一中心”。一幣指的是數字美元，即中央銀行簽名發行的以UTXO數據結構表達的加密數字串；一錢包是指個人或單位用戶使用的數字貨幣錢包，也是存儲用戶公私鑰的載體；一中心是指交易登記中心，記錄存儲數字貨幣未花費交易資金的哈希值，完成數字貨幣産生、流通及消亡全過程的權屬登記。
在數字貨幣設計方面，兩個原型項目都強調加密數字串的貨幣屬性和央行負債的屬性。在流通環節，兩個項目都以錢包爲主要載體，強調用戶對數字貨幣的擁有和操作權限。在交易確權登記方面，兩個項目都設計了交易登記中心，也設計了“網上驗鈔機”。總體來說，兩個原型項目在設計理念層面有相通之處，均采用了中心化加密貨幣思路，交易處理“一次一密”，充分考慮了數字貨幣的安全性。技術路線又不囿于區塊鏈技術，既吸納了其中的先進成分，又擯棄了可能的技術堵點。
兩個項目不同之處在于，漢密爾頓計劃第一階段沒有探索中介的技術角色以及如何實現用戶隱私與合規性的平衡；筆者提出的數字貨幣原型系統則考慮和設計了中介機構的角色，並提出認證中心和登記中心分離的設計思路，既可實現隱私保護又能滿足監管合規要求。值得一提的是，漢密爾頓計劃通過層層哈希計算，在登記服務器存儲的是交易信息的哈希，而不是明文信息，降低了系統開銷，在隱私保護的考慮上更爲精細。
數字歐元
從審慎保守到積極進取
總體來說，歐洲國家同美國一樣，對央行數字貨幣的態度相對保守。在2020年之前，只有少數國家對央行數字貨幣感興趣。主要是英國和瑞典。2016年，英格蘭銀行副行長本·布勞德本特討論了央行數字貨幣可能帶來的狹義銀行影響。對此，英格蘭銀行的兩位經濟學學家庫姆霍夫和諾恩在2018年發布工作報告，提出CBDC的“四項核心設計原則”，包括“CBDC利率自由浮動、不與准備金互換、不與銀行存款按需兌換、僅對合格債券發行”，以避免CBDC對商業銀行的沖擊，並依據CBDC系統內參與者的不同，構建三種不同的系統模型，建立CBDC交易所。英格蘭銀行自身沒有啓動央行數字貨幣研發，但在英格蘭銀行的建議下，研究人員提出並開發了一個名爲RSCoin的央行數字貨幣系統。瑞典則于2017 年3月啓動“E-Krona”項目，探索電子克朗的應用。
一直以來，歐洲中央銀行似乎更關注數字貨幣技術的應用潛力，其與日本央行在2016年12月啓動一項名爲“Stella”的聯合研究項目，該項目旨在研究分布式賬本技術（DLT）在金融市場基礎設施中的應用，評估現有支付體系的特定功能是否能夠在DLT環境下安全高效地運轉。
但對于是否研發數字歐元，歐洲中央銀行則秉持審慎態度。這或許與其領導者有一定關系。2018 年 9 月，時任歐洲中央銀行行長馬裏奧·德拉吉（Mario Draghi）表示，由于基礎技術缺乏穩健性，歐洲央行和歐元體系沒有發行央行數字貨幣的計劃。德國中央銀行行長延斯·魏德曼（Jens Weidmann） 在 2019 年 5 月的德國央行研討會上表示，央行數字貨幣的推出可能會破壞金融體系穩定、加劇銀行擠兌風險。而2019年11月克裏斯蒂娜·拉加德（Christine Lagarde）的上任則大幅扭轉了歐洲央行對央行數字貨幣的態度。拉加德在擔任國際貨幣基金組織(IMF)總裁時就高度關注數字貨幣的潛力。2020 年 5 月，法國央行宣布已成功完成了有關數字歐元的首次測試。2020年10月，歐洲中央銀行發布數字歐元報告。2021年7月，歐洲中央銀行宣布啓動數字歐元項目並開展相關調查研究。根據新聞公告，歐洲央行將在2年期間與成員國央行組成的歐元系統對數字歐元進行設計開發，並決定是否發行數字歐元。
Stella項目
迄今爲止，歐洲中央銀行與日本央行聯合開展的Stella項目共開展了三個階段。第一階段是2017年9月探索分布式賬本技術（DLT）在大額支付場景中的應用；第二階段是2018年3月在DLT環境中實現券款對付（DVP）；第三階段是2019年6月探索基于DLT的跨境支付創新解決方案。
第一階段的具體試驗包括測試交易節點數量、節點間距離、有無流動性節約機制（LSM）、節點故障、格式錯誤對系統性能的影響，主要得到以下結論。一是基于DLT的解決方案可以滿足實時全額支付系統（RTGS）的性能需求，且常規的流動性節約機制在DLT環境下是可行的。二是網絡規模和性能之間存在“此消彼長”的關系，增加節點數量將導致支付執行時間增長。至于節點距離對性能的影響，則取決于網絡的設置條件。三是DLT網絡可以較好地應對驗證節點故障和數據格式錯誤的問題。
第二階段探討了兩種基于DLT的DVP模式：單鏈DVP和跨鏈DVP，得到以下主要結論。一是DVP能夠在DLT環境中運行，但受到不同的DLT平台的特性影響。二是DLT的“跨鏈原子交換”功能爲分類賬之間的DVP提供了一種新實現方法，可以確保（相同或不同DLT平台的）分類賬之間的互操作性，而不必要求它們之間的連接和制度安排。三是跨鏈DVP安排可能會帶來一定的複雜性，並可能引發額外的挑戰。
第三階段提出了一種泛賬本協議，即在不同種類的賬本之間通過協議實現支付的同步性，同時評估了不同跨賬本支付方式的安全和效率影響。
數字歐元動機
2020年10月歐洲央行發布的《數字歐元報告》是其發布的首份有關數字歐元的綜合報告。報告闡述了設計數字歐元的核心指導原則，分析了發行數字歐元的原因、影響、法律、功能和技術方面的考慮以及相關後續工作。
數字歐元報告指出，盡管目前現金仍然是主要的支付手段，但隨著新技術的出現以及消費者對即時性的日漸需求，歐洲公民的支付方式正在發生改變，因此爲了確保消費者能夠繼續不受限制地獲取央行貨幣並且滿足其在數字時代的需求，歐洲央行理事會決定推進有關數字歐元發行的工作。
從報告的口吻看，推出數字歐元的必要性似乎不是立足于當下，而是面向未來。報告基于一系列的可能情景分析了發行數字歐元的理由，並提出不同情境下，要實現既定目標，數字歐元所應滿足的條件。
一是促進經濟數字化。數字歐元應緊跟最新科技，最佳地滿足市場在可用性、便捷性、速度、性價比以及可編程性等方面的要求。爲使數字歐元可用，整個歐元區應當實施標准、可互操作的前端解決方案，並且數字歐元應可與私人支付解決方案互操作。
二是應對去現金化。目前現金支付仍是歐元區的主要支付方式，份額占比在一半以上。但在新冠疫情的新形勢下，人們對非接觸式支付方式的偏好可能會上升。數字歐元應匹配現金最關鍵的特征，允許公民繼續像現在那樣用現金完成更多的支付，比如使用價格低、安全、無風險、易于使用、允許快速支付等。
三是應對貨幣競爭。許多國家中央銀行正在研發本國央行數字貨幣，同時包括大型技術公司在內的私人機構正在開發以非歐元計價的支付解決方案，例如全球穩定幣。這些發展可能導致貨幣替代，挑戰歐洲貨幣主權和穩定。爲此，有必要發行數字歐元，確保歐洲公民能夠享受基于前沿技術的支付服務，保持歐元的全球聲譽。數字歐元應具備技術上的前沿性特征，在吸引力方面足以匹配外國貨幣或者非監管實體發行的貨幣。
四是提升貨幣政策有效性。央行數字貨幣可以幫助消除政策利率零下限，從而在現金短缺的情況下增加在危機情況下可用的政策選擇。雖然目前尚不明確數字歐元是否可以成爲加強貨幣政策的工具，但未來可能會在進一步分析的基礎上或因國際金融體系的發展而具備該作用。
五是後備支付系統。私人卡支付計劃、在線銀行業務以及自動取款機（ATM）現金提取服務一旦中斷，可能會嚴重影響零售支付並在總體上削弱對金融系統的信任。在這種情況下，數字歐元可以與現金一起構成應急機制，這樣即使沒有私人解決方案也可以繼續使用電子零售支付。
六是增強歐元國際地位。歐洲中央銀行如果不跟上全球央行數字貨幣研發，歐元的國際地位將受到損害。同時，通過提高不同貨幣支付體系的互操作性，數字歐元可以幫助填補現有跨貨幣支付基礎設施，尤其是彙款轉賬的空白或解決其低效問題。
七是改善貨幣支付系統。設計良好的數字歐元可能有助于降低歐元區支付系統的總體成本和生態友好。
數字歐元特征
數字歐元是歐元體系的直接負債，是無風險的中央銀行資金，它可以與歐元的其他形式（如鈔票、中央銀行儲備和商業銀行存款）同等程度地兌換。
數字歐元報告著重強調了歐洲中央銀行對數字歐元的控制。一是在數量上，應始終處在歐洲中央銀行的完全控制之下。二是在技術上，提供數字歐元的後端基礎設施可以是集中的，所有交易都記錄在中央銀行的分類賬中，或者將責任分散到用戶和/或受監督的中間商，提供不記名數字歐元服務。但不管采取何種方式，後端基礎設施最終都應該由央行控制。報告還強調，終端用戶解決方案提供商和參與提供數字歐元服務的任何私營部門都應與中央銀行的後端基礎設施連接，以確保最高形式的保護，防範未經中央銀行授權擅自創建數字歐元的風險。
根據技術模式，數字歐元方案可分爲集中模式與分散模式。在集中模式，最終用戶可以在歐元體系提供的集中化數字歐元基礎設施中持有賬戶。這類賬戶將允許用戶通過電子轉賬方式在其他形式的貨幣之間存取數字歐元，並以數字歐元進行支付。分散模式則采用分布式賬本技術（DLT），或通過本地存儲方式（例如使用預付卡和移動電話功能，包括離線支付），允許終端用戶之間轉讓不記名數字歐元，中間不需要授權第三方在交易中扮演任何角色。
根據私營部門的角色，數字歐元方案可分爲直接模式和間接模式。在直接模式中，中間商只是看門人，提供用戶與歐洲體系基礎設施之間的技術連接，並驗證最終用戶的身份，處理了解客戶（KYC）等活動；而在間接模式中，中間商扮演著更重要的角色：結算代理，代管客戶的中央銀行賬戶，代表客戶執行數字歐元交易。
數字日元
與歐央行亦步亦趨
從現實行動看，日本央行在央行數字貨幣研發方面似乎選擇了跟隨策略，與歐洲中央銀行保持高度一致。日本央行與歐洲中央銀行聯合開展Stella項目。在2020年之前，日本央行同歐洲中央銀行一樣，對發行央行數字貨幣持保守態度。但隨著歐洲中央銀行政策態度的轉變，日本央行也在2020年10月繼歐洲中央銀行發布數字歐元報告之後，發布了日本央行數字貨幣方案。
2021年4月，日本央行啓動央行數字貨幣的概念驗證（PoC）實驗，測試CBDC所需的核心功能和特性的技術可行性。概念驗證分兩個階段：第一階段，央行將爲CBDC系統開發一個測試環境，並針對CBDC作爲支付工具的核心基本功能（即發行，分配和贖回）進行實驗；第二個階段，央行將在第一階段開發的測試環境中實施CBDC的附加功能，並測試其可行性。
2022年1月，日本央行（BOJ）行長黑田東彥在衆議院預算委員會會議上表示，“數字日元問題，央行發行的數字貨幣，將在2026年進行判斷”。
主要動機
關于數字日元的動機，日本央行數字貨幣方案的表態與數字歐元報告如出一轍，它認爲“暫時沒有必要引入零售型央行數字貨幣，因爲流通現金對名義GDP的比率很高，約爲20％”，但“考慮到技術創新的迅速發展，未來公衆對央行數字貨幣的需求可能會激增。盡管日本銀行目前尚無發行央行數字貨幣的計劃，但從提高整個支付和結算系統的穩定性和效率的角度來看，日本銀行認爲，做好充分准備，用適當的方法應對情況變化很重要。因此決定發布其‘零售型’央行數字貨幣的方案”。
所謂的“提高整個支付和結算系統的穩定性和效率”，一方面是指發行央行數字貨幣有助于解決各類支付平台的互操作性難題，盡管這並不一定是唯一的最優選擇，另一方面則是指發行央行數字貨幣可以順應技術發展新趨勢，打造一個適合數字社會的新型支付和結算系統。
特征分析
根據日本央行數字貨幣方案，數字日元是一種新型數字中央銀行貨幣，與中央銀行的銀行活期存款不同。它是一種支付工具，由中央銀行直接負債。數字日元的發行擬采用中央銀行和私營部門的雙層運營架構，也就是說日本央行通過中介機構間接發行數字日元。數字日元報告指出，數字日元所具備的核心功能包括以下特征。
一是普遍獲取。爲了讓所有人都可以使用CBDC，用于轉移和支付的設備或卡片應具備易用性和可攜帶性。此外，也很重要的一點是確保設備或卡片可免費使用或者極度便宜，這樣所有人都可以用得起。
二是安全性。如果要發行CBDC，則需要克服在線服務因使用計算機網絡所固有的弱點，因爲它可能會遇到僞造和欺詐等網絡攻擊。非法活動會導致人們對貨幣的信心喪失，這也是中央銀行面臨的一個重大風險。因此，要實現安全的CBDC支付，就必須使用防僞技術並增強安全性以防止各種非法活動。
三是韌性。爲了使CBDC實現隨時隨地使用，終端用戶應始終可以全年無休地使用CBDC系統。考慮到日本頻繁發生自然災害，能做到在系統和網絡故障以及停電時支持脫機使用也很重要。
四是即時支付能力。作爲央行貨幣，CBDC應提供交易的結算最終性和類似于現金的即時付款功能。此外，CBDC應可以滿足與現金相同的諸多交易類型，包括個人對企業和個人對個人支付。因此，爲了使終端用戶能夠快速結算經常性支付，CBDC需要具有足夠的處理能力和可延展性，以爲將來廣泛使用CBDC做好准備。
五是互操作性。CBDC可以充當數字社會特有的有別于現金或中央銀行存款的支付平台，因此，CBDC系統必須確保與其他支付和結算系統的互操作性，並具有靈活的體系結構以適應未來的變化，包括私人支付服務的發展。
主要啓示
歐美日等全球主流央行對央行數字貨幣的態度正從審慎保守轉向積極進取，數字美元、數字歐元、數字日元等全球主流貨幣的入局，勢必將大大加速全球央行數字貨幣的研發，央行數字貨幣時代將不再遙遠。
各國央行普遍認爲央行數字貨幣是中央銀行的直接負債，並強調中央銀行對央行數字貨幣的數量管控。新加坡的Ubin項目、加拿大的Jasper項目以及歐洲中央銀行與日本央行聯合開展的Stella項目進展迅速，已基本完成。他們的實驗基本上延續了“從批發支付到券款對付（DVP）、再到跨境支付”的思路。他們最爲關注如何將央行數字貨幣用于改進跨境支付以及改善現有金融市場基礎設施，開展更加開放、靈活和高效的券款對付（DVP）。
在央行數字貨幣的技術路線上，各國央行采取高度開放的思路，不拘泥一某種預設路線。技術模式可以是集中的，也可以是分布式的，可以基于賬戶，亦可以基于代幣。可以直接運營，亦可以雙層運營。美聯儲的漢密爾頓計劃不僅充分吸收了E-cash、比特幣等加密貨幣的優點並規避了可能的缺點，而且有效吸納了分布式系統的高性能、高容錯架構設計。從已開展的實驗項目看，各國中央銀行高度關注分布式賬本技術以及加密貨幣可編程性的應用潛力。
美聯儲的漢密爾頓計劃還秉持開放、衆智、敏捷的現代研發理念，主動將第一階段代碼進行了開源，創建了OpenCBDC項目並在github上公開。目前，漢密爾頓計劃仍積極尋求外界對開源代碼庫的貢獻以及吸納新的工作組成員，旨在與各方一起共同推進CBDC研發。漢密爾頓計劃這種開放式創新模式，無疑值得各國在CBDC研發實踐中加以學習借鑒。
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