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　　從SDDS看區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

　　區(qū)塊鏈技術(shù)會(huì)為金融領(lǐng)域帶來(lái)深刻的改變，雖然真正商用尚需解決準(zhǔn)入、監(jiān)管、性能等一系列技術(shù)問(wèn)題，但技術(shù)路線清晰，前景光明

　　聶舒 張一鋒

　　目前，區(qū)塊鏈技術(shù)同金融業(yè)務(wù)的結(jié)合已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。為了探索區(qū)塊鏈技術(shù)同金融業(yè)務(wù)結(jié)合的技術(shù)可行性和業(yè)務(wù)可行性，中鈔信用卡產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中鈔”）以設(shè)定的票據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)研發(fā)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能數(shù)字票據(jù)系統(tǒng)SDDS（Smart Digital Draft System）的概念驗(yàn)證原型。在SDDS的研發(fā)過(guò)程中，我們主要從技術(shù)角度出發(fā)，集中探索了加密算法、P2P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、智能合約、共識(shí)算法、權(quán)限分級(jí)、交易效率、隱私保護(hù)和區(qū)塊鏈代幣等問(wèn)題，并針對(duì)當(dāng)前技術(shù)的局限性提出了改進(jìn)方案。

　　SDDS平臺(tái)簡(jiǎn)介

　　票據(jù)是依據(jù)法律按照規(guī)定形式制成的有支付金錢義務(wù)的憑證。狹義的票據(jù)常特指銀行承兌匯票和商業(yè)承兌匯票。SDDS在概念驗(yàn)證原型階段處理的票據(jù)僅限于銀行承兌匯票，實(shí)現(xiàn)的主要業(yè)務(wù)包括出票、背書(shū)轉(zhuǎn)讓、貼現(xiàn)、轉(zhuǎn)貼現(xiàn)和到期兌付等。

　　SDDS采用區(qū)塊鏈作為底層賬本的記錄載體，應(yīng)用智能合約來(lái)制定票據(jù)流轉(zhuǎn)和交易的規(guī)則。區(qū)塊鏈技術(shù)從底層原理上講就是將全網(wǎng)的交易數(shù)據(jù)打包成一個(gè)個(gè)區(qū)塊并以鏈狀形式存儲(chǔ)的技術(shù)。所有的數(shù)據(jù)塊和所有的交易數(shù)據(jù)都通過(guò)嚴(yán)格的密碼學(xué)算法實(shí)現(xiàn)前后鏈接。新的交易被打包到新的區(qū)塊中，獲得全網(wǎng)共識(shí)后被寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈。因此，SDDS中的數(shù)字票據(jù)具有不易偽造、無(wú)法篡改等優(yōu)點(diǎn)。

　　引入基于端到端通信的區(qū)塊鏈技術(shù)，使得SDDS相對(duì)傳統(tǒng)中心服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)有了較大變化。傳統(tǒng)中心化設(shè)計(jì)通常采用星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，中心節(jié)點(diǎn)失效可能導(dǎo)致全局失效。為了解決這類問(wèn)題，通常需要在中心節(jié)點(diǎn)做冗余設(shè)計(jì)，提高可靠性。在SDDS設(shè)計(jì)中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)在關(guān)鍵業(yè)務(wù)上都可以互為備份。同時(shí)每家銀行的特有業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)仍保留在自有IT體系內(nèi)。

　　在SDDS系統(tǒng)中，區(qū)塊鏈扮演了記賬中介的角色，并通過(guò)智能合約承載并執(zhí)行票據(jù)的業(yè)務(wù)規(guī)則。通過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，一個(gè)安全可信的數(shù)字票據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)由此構(gòu)成。除監(jiān)管節(jié)點(diǎn)外，網(wǎng)絡(luò)里參與記賬的所有節(jié)點(diǎn)從技術(shù)上看都是完全對(duì)等、可以互相替代的，從而實(shí)現(xiàn)了非常高的系統(tǒng)可靠性和業(yè)務(wù)靈活性。

　　區(qū)塊鏈應(yīng)用實(shí)踐分析

　　SDDS原型系統(tǒng)的搭建，進(jìn)行了一次區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于金融業(yè)務(wù)的基本架構(gòu)的嘗試。根據(jù)協(xié)議分層、組件獨(dú)立和監(jiān)管明確的原則，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了包括協(xié)議層、組件層、服務(wù)層、接口層和業(yè)務(wù)層的“五層體系架構(gòu)”（見(jiàn)圖1）。

　　傳統(tǒng)金融業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對(duì)接上述系統(tǒng)架構(gòu)提供的監(jiān)管、賬本和合約接口，實(shí)現(xiàn)與底層區(qū)塊鏈的互操作。在SDDS中，數(shù)字票據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則并不是硬編碼在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，而是以智能合約的形式部署在鏈上，包括了數(shù)字票據(jù)合約（用于實(shí)現(xiàn)票據(jù)信息存儲(chǔ)業(yè)務(wù)）和數(shù)字票據(jù)管理合約（用于實(shí)現(xiàn)票據(jù)的交易管理）等。

　　傳統(tǒng)中心化的金融服務(wù)往往由各參與方獨(dú)立維護(hù)私有賬本，實(shí)現(xiàn)基于私有賬本的業(yè)務(wù)邏輯，并與交易對(duì)手方或監(jiān)管方進(jìn)行賬本核對(duì)、交易申請(qǐng)和交易確認(rèn)等。SDDS中只有一個(gè)共享的總賬本，并和業(yè)務(wù)邏輯一起直接架構(gòu)在區(qū)塊鏈和智能合約上，各參與方實(shí)際上只需要（通過(guò)區(qū)塊鏈服務(wù)）訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)提交業(yè)務(wù)申請(qǐng)即可完成業(yè)務(wù)，無(wú)需維護(hù)私有賬本，也無(wú)需將票據(jù)業(yè)務(wù)邏輯在本地單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。

　　經(jīng)過(guò)原型論證，SDDS鏈上智能合約在技術(shù)和業(yè)務(wù)上都體現(xiàn)出獨(dú)有的創(chuàng)新意義和實(shí)用價(jià)值。首先，智能合約成為了數(shù)據(jù)在鏈上動(dòng)態(tài)流轉(zhuǎn)的主要載體。智能合約中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的保存，使得鏈上的票據(jù)數(shù)據(jù)具備了保存及共享的能力，票據(jù)中的敏感信息以加密形式存儲(chǔ)，同時(shí)又能被業(yè)務(wù)授權(quán)主體安全的訪問(wèn)。其次，智能合約也為金融業(yè)務(wù)提供了鏈上數(shù)據(jù)的操作通道。最后，智能合約提供了權(quán)限管理機(jī)制。智能合約的數(shù)據(jù)操作受到嚴(yán)格控制，智能合約會(huì)根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯需要對(duì)簽名信息進(jìn)行檢查，并由全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證。

　　區(qū)塊鏈用戶身份如何確認(rèn)是區(qū)塊鏈技術(shù)在實(shí)際的金融業(yè)務(wù)應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在SDDS原型中，嘗試引入了結(jié)合智能合約和安全芯片的解決方案來(lái)存儲(chǔ)和管理終端客戶的私鑰，企業(yè)身份證書(shū)被保存在SE設(shè)備（安全模塊）中。SDDS采用了藍(lán)牙手環(huán)和藍(lán)牙智能卡等藍(lán)牙SE設(shè)備的形態(tài)。當(dāng)企業(yè)進(jìn)行開(kāi)票、申請(qǐng)貼現(xiàn)、背書(shū)轉(zhuǎn)讓等數(shù)字票據(jù)業(yè)務(wù)操作時(shí)，客戶端提示用戶連接藍(lán)牙SE設(shè)備進(jìn)行數(shù)字簽名。

　　這樣的設(shè)計(jì)在保證區(qū)塊鏈安全的同時(shí)，還擁有以下優(yōu)點(diǎn)：一方面，全網(wǎng)身份認(rèn)證方式的一致性，繞開(kāi)了銀行間IT結(jié)構(gòu)差異的障礙，為實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一的KYC（Know Your Customer）認(rèn)證提供了技術(shù)基礎(chǔ)；另一方面，票據(jù)持有者獲得了直接在公開(kāi)市場(chǎng)進(jìn)行交易的能力，而不再必須通過(guò)接入銀行系統(tǒng)的方式進(jìn)行操作。這無(wú)論對(duì)銀行系統(tǒng)減負(fù)，還是對(duì)于方便用戶獲得更靈活的服務(wù)，都提供了技術(shù)上的巨大改進(jìn)空間。

　　需進(jìn)一步研究的問(wèn)題

　　目前常見(jiàn)的區(qū)塊鏈方案普遍采取了節(jié)點(diǎn)自由出入的公有鏈模式。與之對(duì)應(yīng)的底層一致性共識(shí)算法普遍采用工作量證明算法（POW）。POW的優(yōu)點(diǎn)是完全的去中心化，各節(jié)點(diǎn)可以不受預(yù)先授權(quán)而隨意加入。但缺點(diǎn)是效率低下，共識(shí)確認(rèn)周期較長(zhǎng)，無(wú)法應(yīng)用到大多數(shù)的商業(yè)金融業(yè)務(wù)。因此區(qū)塊鏈技術(shù)若要在商業(yè)金融服務(wù)中應(yīng)用，必須采用具備權(quán)限分級(jí)、效率更高的聯(lián)盟鏈模式，共識(shí)算法也不應(yīng)該采取效率低下的POW算法。目前區(qū)塊鏈的共識(shí)算法還有權(quán)益證明算法（POS）、委托權(quán)益證明算法（DPOS）以及實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法（PBFT）等方案。POS和DPOS都是與權(quán)益證明有關(guān)的算法，前者的主要思想是節(jié)點(diǎn)記賬權(quán)的獲得難度與節(jié)點(diǎn)持有的代幣數(shù)量成反比，后者的主要思想是節(jié)點(diǎn)選舉若干代理人由代理人驗(yàn)證并記賬。PBFT算法則采取一個(gè)節(jié)點(diǎn)一票的方案確定記賬結(jié)果。綜合考慮，未來(lái)以PBFT等算法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟鏈，可以更好地滿足金融業(yè)務(wù)的安全和性能需求。

　　效率和容量問(wèn)題是區(qū)塊鏈技術(shù)亟待解決的另一個(gè)重要問(wèn)題，也是制約區(qū)塊鏈技術(shù)在金融領(lǐng)域正式商用的主要問(wèn)題之一。從存儲(chǔ)容量上講，由于目前區(qū)塊鏈存儲(chǔ)普遍采取各記錄和驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)無(wú)差別地記錄全網(wǎng)全賬戶所有歷史數(shù)據(jù)的方案，因此各節(jié)點(diǎn)需要記錄的數(shù)據(jù)量巨大并且將高速增長(zhǎng)。對(duì)應(yīng)的改進(jìn)辦法包括輕客戶端和分片技術(shù)等方案。

　　Merkle樹(shù)是區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)索引技術(shù)，通常情況一個(gè)區(qū)塊頭只儲(chǔ)存包含交易的Merkle樹(shù)的根哈希值，區(qū)塊內(nèi)容數(shù)據(jù)包含具體交易細(xì)節(jié)。只下載區(qū)塊頭的輕客戶端，可以根據(jù)交易需求動(dòng)態(tài)，請(qǐng)求任一完整節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)容量有限的Merkle樹(shù)分支。利用區(qū)塊頭記錄的Merkle樹(shù)，輕客戶端可以輕易地驗(yàn)證該交易分支的合法性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。但是輕客戶端只是解決了部分節(jié)點(diǎn)的容量問(wèn)題，仍然需要大量節(jié)點(diǎn)保存海量完整數(shù)據(jù)，同時(shí)也無(wú)法提高交易吞吐量。

　　區(qū)塊鏈分片技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)分片技術(shù)類似，不同的數(shù)據(jù)被引導(dǎo)保存到不同的節(jié)點(diǎn)，交易也會(huì)被引導(dǎo)到不同的節(jié)點(diǎn)。由于不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)處理不同的交易，因此交易的吞吐量可以成倍提高，各分片節(jié)點(diǎn)也無(wú)需保存全量數(shù)據(jù)。分片技術(shù)待解決的技術(shù)難點(diǎn)主要包括兩個(gè)方面：首先是如何決定節(jié)點(diǎn)的分片規(guī)則，如果規(guī)則被惡意利用，51%攻擊很容易降低難度，使得作惡者使用很少的節(jié)點(diǎn)即可完成攻擊；其次是不同分片之間的交易如何鎖定和同步。目前已經(jīng)有相關(guān)研究的進(jìn)展報(bào)道，預(yù)計(jì)不久可以見(jiàn)到初步的解決方案。

　　總結(jié)與展望

　　SDDS的概念驗(yàn)證原型采用區(qū)塊鏈技術(shù)，較為完整地實(shí)現(xiàn)了符合現(xiàn)有銀行票據(jù)產(chǎn)品操作流程的主要業(yè)務(wù)，并在服務(wù)器端采用了傳統(tǒng)服務(wù)器的部署方案，從編程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)到部署方案，都使用了目前銀行IT系統(tǒng)常見(jiàn)的產(chǎn)品和形式。這一方案較好地解決了區(qū)塊鏈技術(shù)與傳統(tǒng)金融服務(wù)的結(jié)合問(wèn)題。同時(shí)，我們根據(jù)聯(lián)盟鏈共識(shí)機(jī)制，提出了未來(lái)聯(lián)盟鏈的技術(shù)演進(jìn)方案，給出采取PBFT共識(shí)算法和分片處理機(jī)制的聯(lián)盟鏈解決方案。

　　區(qū)塊鏈分布式統(tǒng)一賬本和智能合約這兩大核心屬性將帶來(lái)無(wú)需中介的交易方式、自動(dòng)執(zhí)行的交易條款和可信的平臺(tái)服務(wù)。通過(guò)SDDS的研發(fā)，我們認(rèn)為，雖然區(qū)塊鏈技術(shù)存在一些有待解決的問(wèn)題，但它在應(yīng)用于數(shù)字票據(jù)和其他金融服務(wù)領(lǐng)域時(shí)仍具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它不但可以提高系統(tǒng)服務(wù)的可用性和可靠性，還可以提供更加靈活的交易方式和更加多元的監(jiān)管模式，特別是在票據(jù)交易、事務(wù)處理程序、資金管理、銀行賬簿管理、金融資產(chǎn)清算等領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊?！?/p>

　　作者單位：中鈔信用卡產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，聶舒系公司董事長(zhǎng)