基于区块链技术的数字票据交易平台的应用研究.docx

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基于区块链技术的数字票据交易平台的应用研究

基于区块链技术的数字票据交易平台的应用研究

随着科技日新月异地不断发展，区块链、人工智能、云计算、大数据等金融科技不断涌现，并加速推动着金融业的变革，对国内外金融市场产生深远影响。

其中，区块链作为备受瞩目的前沿技术之一，将集分布式存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术融于一体，具有分布式记账、数据不可篡改、可追溯等特点，国内外重要金融机构均积极开展区块链等前沿技术的研究和应用。

上海票据交易所（以下简称票交所）作为票据市场基础设施，持续关注金融科技发展，按照中国人民银行的指示精神，积极探索区块链技术在票据市场的研究和应用，并稳步开展建设基于区块链技术的数字票据交易平台，取得了重要成果。

一区块链技术及其特点

区块链技术是通过共识机制、密码学算法、分布式账本等技术构建的拥有基础共识机制的价值转移网络系统。

区块链系统中的每一个参与者均是一个系统节点，每一个系统节点都保存着全系统完整的电子账本，并共同维护这一账本。

所有历史账户信息在任一电子账本中均可进行查询。

任一节点发起交易行为时，都需将交易信息传递到网络中的所有节点中，从而保证所有节点的账簿均精确地更新并验证这一交易。

同时，区块链系统以随机散列的方式对系统中的所有交易加上时间戳。

将交易记录不断合并到一个有序延伸、不间断的工作量证明（密钥）链条中，从而形成完整的交易记录。

除非有任一系统节点能够完成从系统运行至今的全部工作量证明，否则已经形成的交易记录无法被更改，保证了交易的长期有效和不可篡改性。

综上所述，区块链技术具有分布式存储、数据不可篡改、可追溯性等特点。

一是分布式记账。

区块链中每个参与节点均有完整的数字电子账本，所有节点均参与账本正确性的校验，对于交易的信任来自所有参与者对于共识机制的认同，同时通过分布式记账可以弱化以第三方交易机构作为交易中心的模式。

二是数据不可篡改。

区块链系统中采用非对称的公私钥密钥密码体系保证信息传递的有效性和不可篡改。

私钥由用户自己保管，公钥向其他用户公开。

在信息传递时，发送方使用密钥对信息进行加密后发送至接收方，接收方再通过配对的另一把密钥对接收到的信息进行解密，保证了信息传递过程的私密性，能够验证持有私钥的发信人的身份，保证发信人无法对自己发出的信息进行抵赖，确保在信息传递的中间环节中相关信息无法被捕获和篡改，保障了信息的完整性。

同时，区块链技术采用哈希算法和非对称等加密算法对区块进行管理和追踪。

除非能控制整个体系算力的51%以上，否则无法对数据进行掌控，从而保证了数据的不可篡改。

三是可追溯性。

区块链系统中通过时间戳来表示在一个特定时间点已经存在的完整的可验证的数据。

在区块链系统中，自运行以来的所有信息均记录在数据区块中，每一个区块均有唯一的时间戳，系统通过采用时间戳的方式来说明各个区块被创建的先后顺序，且已形成的数据记录不可篡改。

通过时间戳技术，可以追踪和查询区块链系统中的所有信息，能够有效解决交易验证和交易后续的纠纷。

此外，区块链的设计体系根据系统开放程度的不同可分为公有链、私有链和联盟链。

公有链是任何人都能够自由参与系统共识的区块链系统，每个节点可以自由地加入或退出，系统中不存在任何中心化的服务端节点，系统访问门槛低，交易速度相对较慢。

私有链是适用于特定机构内部的区块链系统，各个节点的写入权限由内部机构控制，读取权限则有选择性地开放给其他节点。

私有链仍然具备区块链多节点运行的通用结构，系统扩展性较差，自治性较高。

联盟链是面向特定参与者的区块链系统，一般情况下，各个节点都对应一个实体机构，整个系统的共识过程受预选节点控制。

在联盟链中，各机构共同维护区块链的有序运转，运行和维护成本较低，交易速度更快，较适用于金融领域。

二区块链技术有助于防范票据市场风险

自20世纪80年代以来，票据市场随着社会主义市场经济体制改革的深入推进而逐渐成长壮大。

票据在支持实体经济发展，尤其是中小企业支付和融资方面发挥重要作用，也是中央银行进行金融调控的重要场所。

但随着票据市场的发展壮大，票据领域的一些风险逐步积累。

一是票据交易以纸质票据、线下交易为主，不同地区、不同机构间票据市场割裂、透明度低、信息严重不对称，票据市场参与者无法根据交易需求直接进行对接，推高了交易成本。

同时，分割的票据市场使监管部门无法及时准确地把握票据市场运行情况，不利于风险防控。

二是线下票据交易划款环节潜藏风险隐患。

不法分子借助纸质票据交易时票款兑付的时间差来骗取票据或钱款，出现票据转让而买入方款项并未到位，或款项到位而卖出方未及时交付票据等风险问题。

三是违规交易影响票据市场健康发展。

部分票据交易主体或者中介机构受利益驱动进行违规票据交易，出现一票多卖、清单交易、过桥销售规模、出租账户等各类违规行为，极大地影响了票据市场的健康发展。

2016年，发生多起票据市场风险案件，充分暴露了票据市场多年来在自然发展状态下积累的各类问题，对票据市场的正常运行带来了极大影响。

而通过研究国内外的发展经验可以发现，建设完善的金融基础设施是现代金融市场平稳健康发展的基础，是保障金融市场安全高效运行的关键，因此，中国人民银行按照国务院的决策部署，强化票据市场顶层设计，建设全国统一的票据交易平台，加快推动票据业务电子化，强化市场风险防控水平，完善票据市场基础制度，有效降低票据业务各环节中潜在的操作风险、道德风险、信用风险，降低票据市场整体风险。

2016年12月8日，票交所正式开业运营，全国统一、信息透明、以电子化方式进行业务处理的票据交易平台正式运行，现代票据市场框架得以初步建立。

票交所作为票据市场基础设施，自筹备期起就高度关注金融科技发展，积极推动区块链技术在票据市场的研究和应用，稳步开展基于区块链技术的数字票据交易平台建设。

将区块链技术用于票据市场将有助于解决票据真实性、市场规范性和交易即时性等现实问题。

一是运用区块链技术，从票据签发即进行全网登记，当票据被转让或者篡改时，区块链可以提供无可争议的一致性证明，解决数据真实性问题。

二是采用分布式技术，消除票据交易中的信息不对称等问题，实现票据价值传递的去中介化。

三是通过智能合约技术，每张票据信息都能够成为运行在区块链上、拥有独立生命周期、可编程的业务逻辑代码。

三数字票据交易平台的建设思路

建设基于区块链技术的数字票据交易平台需要从票据业务的实际情况和发展需要出发，充分发挥区块链技术优势，设计合理的系统架构，并要符合防范风险、降低成本、提高效率的金融市场交易平台的基本要求。

因此，数字票据交易平台是以现有票据业务为蓝本，以区块链技术为主要技术实现方式的综合性金融服务平台，是运用前沿技术推动金融发展的积极尝试。

其设计思路如下。

一是构建节点平权的联盟链，有利于数字票据交易平台发展。

目前区块链根据参与受限程度可分为公有链、联盟链和私有链，其中联盟链的共识过程受到预选节点的控制，满足金融市场对参与者的准入要求，因此，数字票据交易平台的底层区块链系统采用联盟链的架构，票据交易所、金融机构等参与方各为一个节点，联合组成区块链网络，并且所有关键节点相对平权[1]。

此外，为提高共识效率，数字票据交易平台中的系统节点分为记账节点和普通节点。

记账节点共同维护联盟链，普通节点经认证可同步并使用数据。

平权联盟链的组建形式能够提高参与者对系统的认可度，提高系统运行信息的技术可信度，减少或消除行政要求对平台运行的干预。

二是通过分布式账本技术可实现票据信息的不可篡改、不可伪造和可追溯性。

区块链系统中的分布式账本技术可实现上链信息的全部公开和系统节点账本信息的一致性。

数字票据交易平台参与者以及平台上流转的资产一旦上链，就转化为可信状态且为所有参与者可见，避免不同参与者对同一信息的重复审查，大幅降低交易成本，同时交易对手和交易过程经共识后将完整记录在联盟链每一个节点的区块链账本中，实现信息的不可篡改。

三是运用智能合约实现票据全生命周期的业务行为，有利于业务更新和优化。

智能合约是一种可灵活编程技术，可实现区块链系统中操作行为的自动运行。

通过将操作需要转化为系统可识别的智能合约，就可以实现协议的自动签订、价值的自动转移、权利的自动确认等功能。

数字票据交易平台包括开票、承兑、背书、贴现、转贴现等票据全生命周期业务，每一业务行为的要求和限制均可通过智能合约的方式实现，并可根据各业务实际需求和发展通过对智能合约进行编程实现灵活变更升级。

通过对智能合约的不断更新和定制，可以自动完成票据交易中的多重认证、交易锁定、费率计算等操作，为复杂业务的诞生提供技术基础。

四是利用区块链系统中全市场的大数据信息与可编程智能合约实现事中监管，降低监管成本。

通过非对称加密技术，可在确保交易双方匿名、保护商业秘密的同时，实现票交所和监管机构等特殊节点对全市场信息的看穿机制。

同时得益于区块链技术各节点账簿数据一致的特性，监管方可随时对分布式账簿的交易记录进行监测。

此外，数字票据交易平台还可根据监管要求定制监管专用智能合约，并将其前置为票据业务行为智能合约，这样可以直接中止不符合监管要求的业务行为，并且所有监管执行结果也将记录在区块链所有节点的区块链账本中。

四数字票据交易平台原型系统建设情况

2016年9月，票据交易平台筹备组（现上海票据交易所）、数字货币研究所筹备组（现中国人民银行数字货币研究所）牵头组织中钞智能卡研究院（现更名为中钞信用卡公司杭州区块链技术研究院）、工商银行、中国银行、浦发银行、微众银行、杭州银行组成联合开发团队，启动数字票据交易平台原型系统开发工作。

2016年12月底，数字票据交易平台原型系统（以下简称原型系统）开发取得了阶段性进展，实现了基于区块链技术的票据全生命周期登记流转功能，在六个方面取得了突破性创新。

数字票据交易平台业务流程见图1。

图1数字票据交易平台业务流程

一是构建了符合金融业务场景特点的底层联盟链。

原型系统的底层联盟链结合票据业务特点，吸收借鉴部分国外区块链技术的研究应用成果，并对相关技术进行了优化和改进。

通过对以太坊智能合约虚拟机技术的研究，在原型系统中实现了隐私保护机制所需的同态加密操作。

通过对Fabric的共识机制的研究，原型系统的容错算法得以优化，并使底层联盟链支持节点的动态管理。

二是对底层区块链进行安全加固，提高了系统安全性。

为满足金融业务对系统安全性的要求，对底层联盟链进行了大量安全加固和创新，实现了节点通信加密、数据落盘加密等加密方式，对金融密码机和芯片智能卡进行了改造，实现了在联盟链中各个用户私钥的安全存储和运算。

同时，在原型系统中将区块链底层加密算法改造成为国密算法SM2、SM3，并进行了相应的验证与测试。

三是构建隐私保护机制。

根据在票据业务中的特定场景对隐私保护的需求，原型系统通过采用同态加密和零知识证明算法，实现了在数字票据交易中金额等信息对交易无关方的保密。

四是对分布式技术和智能合约进行了专项改造。

通过跟踪和研究国外区块链技术的研究应用情况，在充分吸收区块链和智能合约等技术优点的同时，对相关技术的缺点和不适用性进行了相应改造，实现了对智能合约的干预机制，可用于满足司法干预等现实中存在的特殊需求。

五是提出并设计了区块链中间件，有效降低了开发门槛。

为了提高开发效率，研究设计了用于连接底层联盟链与上层类中心式业务应用系统的区块链中间件。

通过应用区块链中间件，可在进行基于区块链节点的相关开发的同时，不改变上层业务应用系统传统中心式系统的开发架构，构建了底层链与上层应用系统间的消息传递机制，降低了开发门槛，提高了开发效率。

同时，采用区块链中间件可用于解决中心式业务应用系统并发访问区块链节点、时间戳共识、交易确认事件通知等问题。

六是解决了传统区块链智能合约不易升级等问题。

通过采用业务逻辑智能合约与数据智能合约相分离的新型设计模式，实现了票交所对包括数字票据交易在内的业务逻辑的在线升级，而无须进行数字票据数据迁移，在一定程度上解决了智能合约不便于升级，以及升级后大量历史数据迁移等问题。

五数字票据交易平台实验性生产系统建设

（一）实验性生产系统建设情况

2017年11月，为进一步推进区块链技术在票据市场的研究应用，票交所与中国人民银行数字货币研究所牵头组织中钞信用卡公司杭州区块链技术研究院、工商银行、中国银行、浦发银行、杭州银行启动了数字票据交易平台实验性生产系统（以下简称实验性生产系统）建设工作。

实验性生产系统建设历时3个月，采用迭代式封闭开发模式，完成了系统开发、业务测试和验收、应用环境部署、搭建可视化监控平台等工作。

2018年1月25日，实验性生产系统成功上线试运行。

工商银行、中国银行、浦发银行和杭州银行在实验性生产系统中顺利完成了数字票据签发、承兑、贴现、转贴现等票据业务。

实验性生产系统的成功上线试运行实现了数字票据的突破性进展，对于票据市场发展具有里程碑意义。

通过结合区块链技术前沿和票据业务实际情况，实验性生产系统对数字票据交易平台原型系统进行了全方位的改造和完善，建立了符合现行票据市场的业务规则及处理逻辑。

一是对系统生产应用功能进行了升级。

根据梳理确定的业务流程对原型系统中的系统逻辑、系统功能进行了改造升级。

根据实际生产和系统安全所需，重新设计系统部署架构，搭建采用专线连接、高可用备份和全天候生产运维管理的系统运行环境。

对系统安全防护和网络连接机制进行了重塑，改变了节点虚拟、参与者虚拟的模式，全面提升了系统整体安全性和稳定性。

二是提高了系统性能及稳定性。

在实验性生产系统中，采用了实用拜占庭容错算法（PracticalByzantineFaultTolerance，PBFT），有效提高了系统性能，降低了系统记账损耗，为实现“运行去中心化、监管中心化”提供了技术支撑。

同时，实验性生产系统通过分布式网络架构中的多个节点共同维护系统运行，在有限节点损坏的情况下系统仍能正常工作，提高了系统运行的稳定性。

三是增强了系统加密及安全防护机制。

目前，我国金融服务应用均要求高安全性，且密码学算法自主可控，因此，实验性生产系统中的区块链数字签名在采用SM2国密签名算法的基础上，为参与银行、企业分别定制了与国密算法相匹配的密码学设备、高安全级别的加密机和智能卡等。

四是构建了可独立适用于数字票据的隐私保护和市场监测看穿机制。

通过采用同态加密、零知识证明等密码学算法设计，增强了数字票据的适用性，构建了独立适用于数字票据的隐私保护和市场监测看穿机制，强化了票交所的市场监测能力。

五是智能合约更新机制升级。

在实验性生产系统中可实现对智能合约的即时新增或更新，而无须中断系统服务，提高了业务规则调整和创新业务应用的便利性和灵活性。

六是构建了可视化监控平台。

为实时掌握数字票据交易平台业务信息和系统运行情况，与真实生产系统管理模式保持一致，建设了实验性生产系统可视化监控平台。

系统和业务管理人员可通过可视化监控平台实现交互式的图形化业务展示、信息查询、运行告警、统计分析等功能，对区块链系统、业务开展、主机网络等运行情况进行实时监控。

七是业务功能完善。

实验性生产系统的业务流程设计充分考虑了市场实际需求和业务参与者的意见，按照现行票据业务规则对原型系统的承兑、贴现、转贴现、托收等环节进行了全面的优化，增加银行资金账户信息录入、最晚结算时间控制、到期托收处理等功能。

增加各业务环节的特殊情况处理和符合业务逻辑的撤回、修改等功能，保证系统在生产测试中能够妥善应对各种在实际交易过程中可能遇到的特殊问题。

同时，为适应生产环境，防范操作风险，各业务确认均采用双人复核方式，相关操作人员配备操作员身份卡。

八是发布业务操作规程。

由于数字票据尚无相关法规制度支持，各银行内部实际操作也无经验可循，票交所发布了《数字票据交易平台实验性生产系统业务操作规程（试行）》，对数字票据承兑、贴现、交易、清算等业务规则予以明确，以便于实验性生产系统试运行的有序规范开展。

（二）实验性生产系统的技术架构

数字票据交易平台实验性生产系统的技术架构总体上采取分层思想和模块化思想，按交互对象不同分为四层，自上而下分别是用户界面层、应用层、中间件和网络层、SDC区块链（SmartDraftChain区块链，即实验性生产系统的底层区块链）层。

实验性生产系统分为票交所、银行、企业、监控服务四个子系统，由统一的中间件提供服务，由SDC区块链提供底层支持。

实验性生产系统总体架构如图2所示。

图2数字票据实验性生产系统架构

1.用户界面层

实验性生产系统中，用户界面层用以用户接入，票交所、银行、企业等机构从该层接入系统，进行相应的监测、管理和交易。

同时，可视化监控平台也建设于用户界面层。

2.应用层

应用层作为实验性生产系统的主体业务服务层，包含票交所、银行、企业、监控四个子系统，提供监测、管理、交易、监控等服务。

根据票据业务实际需要，应用层各子系统的业务逻辑与票据交易系统的业务逻辑保持一致，实现了数字票据业务交易流程、数据统计、系统参数设置等功能。

3.中间件和网络层

实验性生产系统的中间件和网络层对数据加密、报文请求和转发、事件监控、数据同步等功能进行了封装，通过HTTP协议同区块链进行通信。

4.SDC区块链层

SDC区块链层是实验性生产系统的核心层，采用同态加密、零知识证明等密码学算法进行隐私保护，采用PBFT协议进行共识，采用看穿机制提供数据监测。

六区块链技术在票据市场的应用展望

数字票据交易平台是区块链技术应用于票据市场的一项重要举措。

尽管实验性生产系统运行平稳上线，但区块链技术在系统稳定性、应用安全性、业务模式等方面还不够成熟。

事实上，区块链与其他技术类似，都需要在技术进步和发展中长期演进，也将随应用的深化而逐步完善。

下一步，票交所一是将持续跟踪前沿技术，对现有数字票据交易平台进行更新完善，不断优化底层架构、探索系统节点的扩展性以及与中心化系统联通的技术可行性；二是积极培养和储备金融和科技相结合的复合型人才，构建专业化研发团队，为未来发展储备力量；三是研究通过数字票据交易平台开展票据产品创新，探索票据创新产品业务应用场景；四是研究数字票据与现行法律法规、管理政策之间的衔接。

-全文完-