區塊鏈技術對支付清算系統影響的研究

中國人民銀行銀川中心支行課題組

一、引言

2008年11月1日，中本聰（Satoshi Nakamoto）在網絡討論組中發表了一篇文章《Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，總結了他對密碼學及去中心化等方向上的思考，闡述了他關于數字貨幣的構想。然而比特幣作為一種嘗試，仍飽受爭議，但其底層技術區塊鏈，卻日益受到各行業的重視。區塊鏈是一種綜合技術，是在去中心化的網絡上構建的分布式數據庫系統。每一個數據單元稱為區塊，采用密碼學算法進行加密。每一區塊均包含上一區塊的摘要及索引，依次相連形成區塊鏈，鏈上數據不可輕易修改或偽造。

2016年1月20日，中國人民銀行數字貨幣研討會在北京召開。會議指出，隨著信息科技的發展以及移動互聯網、可信可控云計算、終端安全存儲、區塊鏈等技術的演進，全球范圍內支付方式發生了巨大的變化。而區塊鏈技術對支付系統影響的研究，則具有重要的時代背景和現實意義。

二、區塊鏈技術發展現狀及分析

（一）區塊鏈技術概況

借助網絡媒介進行價值交換，有三個困難：一是保證交換價值是唯一的；二是建立交易各方的信任關系；三是交易中的約定怎樣自動實現，整個過程無需信賴第三方干預。比特幣的廣泛應用，說明區塊鏈技術給解決這三個困難提供了一個有效的方案。

1．區塊鏈技術概述。以比特幣為例，其區塊鏈是將兩個基于哈希值的數據結構結合起來：第一個數據結構是區塊的哈希鏈，第二個數據結構是樹狀數據結構（梅克爾樹）。比特幣網絡的運行模式為：比特幣交易的參與者在全網廣播自己的交易信息，由每個礦工節點收集整理，礦工們互相同步歷史交易記錄，維護區塊鏈網絡，同時將收集到的交易信息組裝成一個備選區塊，通過大量計算，找到一個令自己區塊有效的隨機數，同時廣播組裝區塊，希望該區塊被加入到網絡中的共識鏈中，成為全球唯一的區塊鏈賬本的下一個節點。

2．區塊鏈技術下的支付業務體系。以比特幣交易所和支付公司為主要支撐，構建了其主要的支付業務體系。交易所負責貨幣與比特幣的轉換，通過撮合潛在買家完成兌換交易，或者提供服務收取比特幣或者貨幣，并承諾日后會按照要求兌付約定數量的比特幣或貨幣。而支付服務商則提供了相應的支付服務。因為比特幣并不是法定貨幣，不能直接流通，而商戶更希望收到可流通的貨幣。支付服務商就充當了中間媒介，為商戶提供比特幣支付服務。

3．區塊鏈帶來的支付業務新變化。一是全局一本賬。用密碼學算法保證記錄準確，用工作量證明來保證記賬一致，去中心化同時解決信任機制，任何人都可以追蹤交易，但交易雙方是匿名的。二是賬款同步，記賬即支付。它降低了成本、風險、復雜度，提高記錄可信度，增加監管透明度，通過分布式協作執行可信流程。三是新技術促使支付功能完善。區塊鏈中的每筆交易都可以指向一個腳本，腳本的執行可以帶來不同的交易功能，從而實現不同的支付業務。

4．存在的問題。一是算力浪費。二是強匿名性帶來的監管困難。三是存在局限性，實時性不足，處理能力不足等。

（二）典型區塊鏈技術對比分析

1．區塊鏈-RScoin模式。

區塊鏈-RScoin模式在支付清算領域的應用，具有以下特征：一是基礎特性。防范雙重支付，不可抵賴，可驗證審計。二是交易處理能力增強。32個節點的處理能力達到2000多筆每秒。同時用戶收到節點回復即可確認交易已經生效，實時性更好。三是交易成本大大降低。

但這種方式也存在局限性，一是交易資產單一。二是缺乏對區塊鏈技術中的智能合約的支持。三是理論模型不夠完善。由于沒有使用梅克爾樹、鍵值對存儲等方式保存歷史交易數據，使得對歷史交易的查詢存在較大困難。同時多個節點互相驗證，數據膨脹速度會遠快于比特幣。

2． 區塊鏈-Ripple模式①。

Ripple是一個開放源碼的點到點支付網絡，支持多交易品種，不僅可以處理美元、日元、人民幣等現有的各國法定貨幣，而且可以處理瑞波幣、萊特幣等虛擬貨幣，甚至可以處理用戶積分等數字資產。

其優點如下：一是資費便宜。二是自動快捷。三是連通了不同的金融機構，使得跨國跨幣種的支付交易行為更加方便。但它也存在很多問題。一是ripple支付網絡由公司運作管理，存在一定的風險性。二是rip-ple網絡中，由網關進行資金的兌換。因此網關身份能否信任，存在不確定等問題。

3． 區塊鏈-以太坊模式②。

以太坊專注于發展區塊鏈技術帶來的智能合約功能，實現了對圖靈完備（即在原則上能夠用來解決任何計算性的問題）的智能合約語言的支持，理論上可以實現任何想要的合約功能。

由于以太坊智能合約的強大功能，使得其不僅能實現各類金融應用，還能實現各類半金融應用及非金融領域的應用。但作為新興應用，以太坊模式還具有很多爭議。一是處理能力不足。二是安全性不足。圖靈完備的智能合約語言，不是沒有漏洞的編程語言。三是使用門檻高。以太坊由于智能合約代碼編寫的自由和開放，使得其使用門檻較高，不能覆蓋廣大普通人群。四是由于數據內容豐富，其交易數據的膨脹速度已遠超比特幣等傳統幣種，這給分析處理等工作，帶來一定難度。

三、區塊鏈技術應用場景及分析

（一）應用場景-數字貨幣

圖1 數字貨幣應用場景

場景說明：（1-3）由業務發起方構造交易提案。該提案是對智能合約功能的調用，用以確認交易影響數據的范圍，如何更新資產數據存儲的鍵值對。限定發起提案的計算機語言及生成方式，保障智能合約解釋及執行唯一性。（4-6）確認節點執行提案并提交結果。確認節點驗證簽名并檢查提交者權限，然后輸入交易提案的各項數據，基于當前狀態模擬執行交易及智能合約，生成交易結果，將結果發送給中央節點，同時更新確認節點的區塊鏈賬本，維護自身狀態數據庫。（7）中央節點根據確認節點提交的相關交易信息，更新自身高級區塊鏈賬本，維護全局狀態數據庫。

數字貨幣應用場景理論模型的特點：一是采用RScoin雙層區塊鏈架構，引入Fabric1.0的理念，使得RScoin模式可以引入智能合約來豐富業務種類，擴充業務形式。二是業務控制主要由確認節點進行角色管理和訪問控制兩方面組成。三是系統將來可按需求升級為Fabric的多通道模式。四是在數字貨幣場景下，業務處理能力仍不足。

（二）應用場景-數字票據

根據匯票和本票的流程以及票據行為，對應的區塊鏈記錄分為兩類。出票記錄以及其他記錄。流轉過程中，出票人、承兌人、收款人等相關權利人用自身的證書私鑰對票據進行簽名。如果承兌人為銀行時，銀行會進行二次簽名，避免出現公司承兌匯票承兌人過失或惡意將承兌人填寫為銀行。

圖2 票據場景下區塊鏈結構圖

票據交易流程為：（1）客戶A出票。客戶A發起出票請求，商業銀行業務處理客戶端驗證出票請求，根據客戶A填報的信息，生成提案，將提案發送至商業銀行行內系統處理節點。（2）處理節點驗證提案。處理節點根據提案進行驗證背書生成記錄Tx。（3）處理節點提交記錄Tx給中央節點，中央節點打包區塊。中央節點從整個區塊鏈網絡接收票據信息，創建包含票據記錄的區塊，按規則進行排序，生成區塊鏈。（4）交易被驗證并提交寫入賬本。中央節點將區塊廣播至所有商業銀行處理節點，區塊上的記錄需要被驗證，確保滿足背書策略。（5）賬本更新。處理節點把新區塊并入區塊鏈，返回票據是否納入區塊鏈、交易是否成功等通知。票據流轉的交易流程類似，區別只是由商業銀行客戶端向票據各涉及方收集信息，而后生成流轉提案。

（三）應用場景-多邊撮合清算

在實時全額支付系統以及外匯交易等場合中，存在雙邊、多邊清算需求，即執行指令同時對兩個及以上參與機構進行業務撮合。可以在集中撮合流程不變的情況下，應用區塊鏈來記錄各機構發出的所有交易請求。由于處理節點采用CA認證身份有保障，可采取模式為令牌環模式，每個處理節點獲得令牌時，即獲得區塊鏈下一區塊的生成權限，將自己的交易信息打包為區塊，加入到共識鏈中，同時廣播給所有處理節點，為下一節點生成區塊鏈做準備。

綜上所述，區塊鏈適合場景主要有：一是票據等的業務特性契合區塊鏈這種鏈式、不可篡改的特性的場景。二是跨國跨機構等很難建立統一的中央集中處理的場景架構。三是機構內部各節點之間交易行為較多，與中央節點溝通困難的場景。四是業務場景中與區塊鏈特性契合度較高的部分業務。

四、政策建議

（一）探索框架建設，深化理論基礎

1．解耦底層技術，注重基礎建設。我們應該一方面重視區塊鏈技術在支付清算領域應用的研究，避免比特幣式的算力浪費，建立高效、有序、強健的區塊鏈技術應用，另一方面應加強密碼學研究，對加密算法、簽名算法等重點科目研究加大投入，建立自身良好的安全體系。

2．探索框架研究，豐富應用細節。作為中央銀行，我們應該加大區塊鏈技術對支付系統應用場景的研究，以提升業務處理能力，豐富支付業務類型，在框架中心化與去中心化中取得平衡，通過借鑒現有各類區塊鏈應用優點，逐步探索出自己的健康發展模式。

3．主導標準建設，深化交流合作。作為中央銀行，我們可以加深與企業聯盟的溝通與交流，合作開展各類區塊鏈項目，吸取先進經驗，同時以此為契機，推廣自身技術規范在國際上的應用。建立由中國主導的區塊鏈標準化建設，不僅體現了中國的技術實力，對于國產密碼算法等相關領域發展也有相當大的促進作用。

（二）演進監管理念，加強安全管理

1．適應新形勢新要求，樹立長期演進的新理念。金融科技領域日益復雜的發展態勢深刻改變中央銀行的履職環境，對中央銀行的宏觀管理和審慎監管能力提出新的要求。同時，央行作為管理者和可能的區塊鏈應用建設者，一定不要拘泥于任何既定技術，要有長期演進的技術理念，用發展的眼光看待問題。

2．方向權衡要審慎，強調安全是重點。采用“管控中心化，技術架構分布式”的發展模式，這樣既擁有分布式技術帶來的各項優勢，同時也避免了難以管理、缺乏監管的弊端。在權衡便捷性與安全性時，我們需要注意商業機構可能更偏向便捷性，但作為監管方的央行卻需要優先強調安全性以防范系統性風險。

3．重視智能合約，加強權限管理。智能合約可以有效彌補區塊鏈技術在發展業務種類上的不足，但智能合約本身仍存在許多爭議。所以在逐步放開各類限制的基礎上，應逐步探索其合適的發展模式。要著重加強智能合約的強執行力的特性，使得智能合約在資產證券化的領域能夠逐步應用，對打破隱性“剛性兌付”等提供了技術手段。而針對傳統支付清算體系參與者、業務種類的多樣性特點，可以出臺配套監管政策，特別是權限管理策略，對參與者的準入、權限設置等設定可行標準，對智能合約的執行加以限制。

（三）關注行業動態，促進健康發展

1．重視新技術，穩步推進支付系統建設。中國人民銀行作為支付體系的組織者、促進者、建設者和監管者，要認清形勢、抓住機遇、迎接挑戰，繼續穩步推進我國支付體系建設。

2．密切關注新領域動態，積極探索行業發展可能。央行作為監管部門，可以歡迎新技術、新業務的涌現，但也要加強監管，督促各方有序推進，不能忽視其中的技術、資金、社會等多方面的風險，牢記健康發展這一目標。

（四）瞄準目標用戶，形成示范效應

1．深入用戶支付場景，逐步探索技術推廣應用。現有支付發展已經成熟穩定，區塊鏈技術不應以取代現有支付系統為發展方向，而是應該在吸取現有支付系統發展經驗的基礎上，另辟蹊徑，走差異化、獨特化的發展模式。可以結合應用場景的特點，從簡單場景開始，逐步探索合適的應用場景，這其中，應以網絡用戶與手機用戶為重點發展對象。

2．推進典型案例建設，促進行業穩步發展。一個良好的示范對全面推廣、標準化建設等都有巨大的推動作用，因此要加強試點工作，樹立模范典型。

3．加強市場教育，促使技術應用環境成熟。市場保護需要監管有所作為，但從長遠來看，根本上還需要參與各方自身成長成熟與協作，包括專業的知識、穩定的情緒和理性的認知等。

（組長：劉艷 成員：王效龍、杜小紅、許燁、史光宇、任高芳、張麗華）

①Ripple解決方案（2017年1月3.0版）https://ripple.com/files/ripple_solutions_guide.pdf

②以太坊白皮書 https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper