基于區(qū)塊鏈的供應鏈金融服務平臺

發(fā)布時間：2020-02-05所屬分類：科技論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要區(qū)塊鏈具有去中心化、穩(wěn)定安全和防篡改的特點，隨著區(qū)塊鏈技術的進一步完善與應用，區(qū)塊鏈將與金融、醫(yī)療、物流等傳統(tǒng)行業(yè)結合。這將會顛覆部分行業(yè)中現(xiàn)有的運作模式，重構一張價值傳遞的網(wǎng)絡。在供應鏈金融領域進行了區(qū)塊鏈應用的探索，構建了一個基于

　　摘要區(qū)塊鏈具有去中心化、穩(wěn)定安全和防篡改的特點，隨著區(qū)塊鏈技術的進一步完善與應用，區(qū)塊鏈將與金融、醫(yī)療、物流等傳統(tǒng)行業(yè)結合。這將會顛覆部分行業(yè)中現(xiàn)有的運作模式，重構一張價值傳遞的網(wǎng)絡。在供應鏈金融領域進行了區(qū)塊鏈應用的探索，構建了一個基于聯(lián)盟型區(qū)塊鏈的供應鏈金融服務平臺。該平臺將區(qū)塊鏈技術與傳統(tǒng)系統(tǒng)結合，為供應鏈上的各方提供了更加便捷的融資方式，提高了供應鏈的透明度、可追溯性和安全性。

　　關鍵詞區(qū)塊鏈;供應鏈金融;大數(shù)據(jù)

　　1 引言

　　2008年，中本聰首次提出區(qū)塊鏈的概念①，他將區(qū)塊鏈技術作為構建比特幣基本數(shù)據(jù)結構以及將數(shù)據(jù)加密并且安全傳輸?shù)幕�礎技術，實現(xiàn)了記錄比特幣交易的去中心化數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈具有去中心化、集體維護、高度透明、去信任、匿名等特征，在比特幣體系中得到了創(chuàng)新性應用，也受到了世界各國政府和企業(yè)的廣泛關注，全球很多國家已將區(qū)塊鏈技術提到戰(zhàn)略高度。我國也在“十三五”國家信息化規(guī)劃中多次提及區(qū)塊鏈技術，凸顯了國家對戰(zhàn)略性前沿技術的關注和重視程度。 桑坦德銀行認為，到2020年如果全世界的銀行都使用區(qū)塊鏈技術，每年約省下200億美元的成本。 世界經(jīng)濟論壇(World Economic Forum)預測，到2027年世界GDP的10% 將被存儲在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡上。

　　比特幣也是區(qū)塊鏈在金融領域的首個應用，區(qū)塊鏈作為比特幣等數(shù)字貨幣的底層技術，具有去中心化、穩(wěn)定安全、不可篡改等特點，其在構筑可信任系統(tǒng)方面具有良好的應用前景。目前，區(qū)塊鏈的應用已延伸到金融業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、數(shù)字資產(chǎn)交易、產(chǎn)權保護等多個領域。

　　在供應鏈金融領域，中國作為世界最主要的大宗商品生產(chǎn)國和消費國，在全球大宗商品領域具有舉足輕重的地位。然而隨著全球經(jīng)濟進入下調周期，違約、騙貸事件頻出，大宗商品的信用危機也逐漸顯現(xiàn)。因質押物信息不對稱導致的重復質押、空單質押等風險事件的發(fā)生，嚴重挫傷了融資各方的相互信任，誠信經(jīng)營難保障，倉儲監(jiān)管成難點;金融秩序被擾亂，銀行貸款壞賬數(shù)量上升，金融機構趨向于減少貸款、加速收貸;同時，大宗貨物流通困難，貿易商資金鏈條緊張、貸款更難，經(jīng)營發(fā)展陷入困境。

　　區(qū)塊鏈技術能有效地解決貨物在倉儲、物流、監(jiān)管環(huán)節(jié)的信息不對稱問題�；�于區(qū)塊鏈數(shù)字資產(chǎn)進行融資，既為企業(yè)提供了便捷有效的融資途徑，也為倉儲企業(yè)拓展了業(yè)務范圍。區(qū)塊鏈供應鏈數(shù)字資產(chǎn)體系的構建能進一步促進大宗商品交易及融資信用體系的重塑，促進行業(yè)的規(guī)范性發(fā)展。

　　本文使用區(qū)塊鏈技術構建了一個供應鏈金融服務平臺，方便供應鏈中的核心企業(yè)和金融機構共同管理上下游企業(yè)的信息流和資金流，提高供應鏈金融的透明度、可追溯性和安全性，解決傳統(tǒng)供應鏈金融中的信息不對稱問題，降低金融風險等級，提升供應鏈金融的總體效率，降低供應鏈總體成本，為供應鏈相關各方提供更好的金融服務。

　　2 區(qū)塊鏈技術

　　2.1 區(qū)塊鏈與比特幣

　　中本聰發(fā)表的論文闡述了他對電子貨幣的新構想，設計出基于區(qū)塊鏈底層的比特幣，解決了長期以來困擾電子貨幣發(fā)展的三大難點：重復支付、依 賴第三方中心、發(fā)行量控制。比特幣核心技術主要有以下幾點：

　　● 采用對等網(wǎng)絡技術進行交易;

　　● 交易無需金融機構參與;

　　● 采用非對稱加密、 可復用的工作證明(proof of work，POW)取代中心信任;

　　● 系統(tǒng)中大多數(shù)節(jié)點是忠實的，共同維護最長鏈;

　　● 節(jié)點可以離開或重新加入網(wǎng)絡，接收最長鏈的變化并更新賬本。

　　上述技術中，對等網(wǎng)絡技術、非對稱加密技術解決了分布式交易賬本的建立問題;可復用的POW解決了“雙重支付”的問題，杜絕了那些不懷好意的人通過攻擊中央服務器進行比特幣無限重復消費的現(xiàn)象。此外，比特幣的數(shù)量被限定為2 100萬個，保證了比特幣的稀缺性。

　　比特幣在交易時的表現(xiàn)形式是一串字符，這串字符包含了上一次交易的信息和下一個所有者的公開密鑰(以下簡稱公鑰)信息，并將其發(fā)送給收款方(下一個所有者)。收款方會對這串字符進行驗證，并向全網(wǎng)絡廣播。被認可的交易信息將被確認形成區(qū)塊，收款方可通過自己的私有密鑰(以下簡稱私鑰)接收比特幣匯款，圖1為比特幣交易示意。

　　2.2 區(qū)塊鏈技術

　　傳 統(tǒng)的交易需要一個中心化的信任機構，交易的確認、記錄完全依靠該信任機構，在交易成本、效率以及安全性上面臨許多問題。區(qū)塊鏈技術改變了這一現(xiàn)狀，區(qū)塊鏈具有去中心化的特點，參與區(qū)塊鏈的節(jié)點擁有平等的地位，節(jié)點間無需相互信任，通過事先約定的規(guī)則，按照多數(shù)占優(yōu)的原則達成共識，共同完成數(shù)據(jù)的分布式存儲、交易信息的確認等功能，高效、低成本地解決節(jié)點間的交易問題。區(qū)塊鏈包含對等網(wǎng)絡技術、非對稱加密、共識機制、分布式賬本等各類計算機技術，是一個全面的計算機技術的綜合體系。

　　對等網(wǎng)絡技術又稱對等互聯(lián)網(wǎng)技術或點對點技術，是區(qū)塊鏈系統(tǒng)連接各對等節(jié)點的組網(wǎng)技術，是與中心化連接網(wǎng)絡相對應的一種構建在互聯(lián)網(wǎng)上的連接網(wǎng)絡。在對等網(wǎng)絡中，各節(jié)點的計算機地位相等，節(jié)點間通過特定協(xié)議進行信息或資源的交互，與中心化網(wǎng)絡中心服務器服務全網(wǎng)的模式形成鮮明的對比。在比特幣出現(xiàn)之前，對等網(wǎng)絡技術主要用于文件共享和下載、網(wǎng)絡視頻播放等。對等網(wǎng)絡技術是構成區(qū)塊鏈技術架構的核心技術之一。

　　非對稱加密算法是一種基于密鑰的信息加解密方法，需要兩個密鑰：公開密鑰和私有密鑰。公鑰和私鑰是一對。如果使用公鑰對數(shù)據(jù)進行加密，則只有用對應的私鑰才能解密。由于加密和解密使用的是不同的密鑰，所以這種加密算法被稱為非對稱加密算法。公鑰可公開發(fā)布，用于發(fā)送方加密要發(fā)送的信息，私鑰用于接收方解密接收到的加密內容。常用的非對稱加密算法有R SA、 ECC等。區(qū)塊鏈使用非對稱加密的公私鑰對來構建節(jié)點間的保密通信，保證節(jié)點的可信及可驗證性。隨著對交易隱私的保護需求增加以及量子計算的發(fā)展，基于零知識證明[1,2]、同態(tài)加密[3]、環(huán)簽名的隱私保護機制和基于格理論[4]等的各種抗量子攻擊的加密方法也正在不斷被融入?yún)^(qū)塊鏈之中。

　　共識機制是區(qū)塊鏈中多節(jié)點達成一致性的算法，區(qū)塊鏈通過共識機制共同驗證交易來解 決雙重花費問題。在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，多個節(jié)點能夠點對點地通信，但有的節(jié)點會受到惡意攻擊，通信內容被篡改。正常節(jié)點需要分辨這些被篡改的信息，并與其他正常節(jié)點取得一致結果，根據(jù)節(jié)點所處的環(huán)境不同，需要設計相應的共識算法。當前，在公有鏈中常用的共識算法有POW和股權證明(proof of stake，POS)，在聯(lián)盟鏈中，則主要選用實用拜占庭容錯(practical Byzantine fault tolerance，P BFT)算法或者類Paxos算法(如Raft算法)。

　　POW算法 是節(jié)點間通 過算力的競爭來分配記賬權和獎勵。不同節(jié)點根據(jù)前一個區(qū)塊信息競爭計算一個數(shù)學問題的特定解，這個數(shù)學問題難于求解但易于計算，最先解決 這個數(shù)學問題的節(jié)點可以創(chuàng)建下一個區(qū)塊，并獲得一定數(shù)量的比特幣獎勵。POS算法②則在POW的基礎上增加了幣齡的概念，通過將持幣數(shù)量、持幣時間與計算難度結合，一定程度上解決了POW 的資源浪費問題。

　　在分布式系統(tǒng)中，拜占庭容錯技術能夠很好地解決節(jié)點和傳輸錯誤的問題，但早期拜占庭系統(tǒng)需要指數(shù)級的算法復雜度，直到1999年提出了PBFT系統(tǒng)[5]，將算法復雜度降為多項式級別，極大提高了效率。在拜 占庭將軍問題[6]提出后，Lamport在 1990年提出了Paxos算法，用于解決特定前提下的一致性問題，但由于其論文內容難以被理解而未被接收。1998年Lamport重新發(fā)表論文，并于2001年對Paxos進行了簡述[7,8]，隨后 Paxos在一致性算法領域占據(jù)統(tǒng)治地位，并在其基礎上衍生出許多其他算法。但Paxos 算法過于理論化，在理解和工程實現(xiàn)上都有著很大的難度。2013年，美國斯坦福大學的Ongaro D等人[9]發(fā)表論文提出Raft算法，實現(xiàn)了與Paxos同樣的效果，并且更便于工程實現(xiàn)和理解。Raft算法無法解決拜占庭容錯問題，但在只存在宕機錯誤、不存在惡意節(jié)點的情況下，能夠更快地完成節(jié)點間同步，吞吐量也顯著優(yōu)于PBFT算法。

　　3 供應鏈金融領域區(qū)塊鏈的應用

　　近年來，供應鏈大宗商品的融資市場水深火熱。以鋼鐵大宗商品為例，鋼鐵市場需求疲軟，鋼材價格持續(xù)走低，鋼鐵貿易價格倒掛，在鋼鐵行業(yè)面臨發(fā)展困境的大背景下，鋼鐵貿易企業(yè)嚴峻的資金壓力越來越多地轉化為現(xiàn)實的誠信危機。2012年，國內鋼材倉儲領域曾爆發(fā)上百起重復質押、空單質押等信貸案件，涉案金額超過千億元。這也導致倉儲物流業(yè)的信用環(huán)境遭到破壞，優(yōu)質的倉庫得不到認可，倉儲管理走向惡化。困境之下急需行之有效的解決方案化解危機。

　　在供應鏈中，競爭力較強、規(guī)模較大的核心企業(yè)在協(xié)調供應鏈信息流、物流和資金流方面具有不可替代的作用，正是這一情況造成了供應鏈成員事實上的不平等以及信息的不對稱。

　　基于以上背景，在傳統(tǒng)供應鏈管理、融資平臺的基礎上，搭建了區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)分析相結合的供應鏈金融服務平臺，平臺圍繞核心企業(yè)，由金融機構與核心企業(yè)共同搭建，能提供線下資產(chǎn)轉換為電子資產(chǎn)、資產(chǎn)融資、資產(chǎn)交易、資產(chǎn)競價的功能，對用戶的行為進行記錄，并進行大數(shù)據(jù)分析，給出合理的用戶信用評級建議，督促相關參與方增強誠信意識。借助區(qū)塊鏈技術建立點對點的信任機制，打造動態(tài)增信資產(chǎn)的綜合融資模式。

　　該平臺把區(qū)塊鏈分布式賬本與傳統(tǒng)的中心化平臺融合，形成有限分布式混合架構，既能兼顧中心化平臺的內控要求，滿足現(xiàn)行監(jiān)管要求，又可以充分發(fā)揮區(qū)塊鏈分布式賬本的典型特征，優(yōu)勢互補。采用自主設計的區(qū)塊鏈——梧桐鏈作為底層區(qū)塊鏈平臺，并采用跨鏈技術，使業(yè)務記賬與賬戶體系運行在不同的鏈上，共同完成業(yè)務流程，但業(yè)務記賬鏈和數(shù)字資產(chǎn)流通鏈相互隔離。

　　3.1 公有鏈與聯(lián)盟鏈

　　區(qū)塊鏈根據(jù)開放程度可分為公有鏈和聯(lián)盟鏈。公有鏈是指某一公開區(qū)域的所有人都可訪問的區(qū)塊鏈。每個人都可以成為其中的節(jié)點，并按照相應規(guī)則做出貢獻、取得獎勵，節(jié)點間不具有信任關系。公有鏈是完全開放和去中心化的，適用于完全開放的場景，目前也已經(jīng)有了比較成熟的應用。POW 和POS是公有鏈中最常使用的共識算法。

　　聯(lián)盟鏈則是指多方參與且共識節(jié)點為參與方預先指定的節(jié)點的區(qū)塊鏈。聯(lián)盟鏈的參與方之間不完全信任，每方按照聯(lián)盟規(guī)則選定己方的共識節(jié)點，交易需要大多數(shù)共識節(jié)點確認。聯(lián)盟鏈的節(jié)點加入需要符合聯(lián)盟鏈預先設定的規(guī)則，且只有參與方的節(jié)點擁有讀取權限，對外界開放部分權限。聯(lián)盟鏈的開放程度和去中心化程度弱于公有鏈，但交易處理的速度和等待時間都優(yōu)于公有鏈。聯(lián)盟鏈應用于半封閉的網(wǎng)絡，如由不同企業(yè)共同搭建的網(wǎng)絡。在這種網(wǎng)絡里，同企業(yè)間可能存在利益沖突，可能存在惡意篡改數(shù)據(jù)的節(jié)點。

　　期刊推薦：《區(qū)域金融研究》(月刊)創(chuàng)刊于1979年，由廣西金融學會主辦。致力于宣傳黨和國家的經(jīng)濟、金融方針政策。為提高金融工作者的理論水平和業(yè)務水平服務，為深化經(jīng)濟體制改革和金融體制改革服務。目前設有：特稿、專論、行長經(jīng)理論壇、貸幣政策、金融監(jiān)管、資產(chǎn)管理、銀行務實、外匯管理等欄目。有投稿需求的作者，可以咨詢在線編輯老師。

　　該平臺將供應鏈中的核心企業(yè)作為相對可信任的機構，核心節(jié)點的數(shù)據(jù)交互共識在可信度較高的幾個驗證企業(yè)之間進行，因此平臺采用聯(lián)盟鏈作為區(qū)塊鏈的底層組網(wǎng)形式。平臺共識節(jié)點的初始加入由核心企業(yè)篩選，后續(xù)共識節(jié)點的加入需要由現(xiàn)有共識節(jié)點共同投票決定。

　　3.2 平臺架構設計

　　平臺初始參與區(qū)塊鏈驗證的節(jié)點設定為核心企業(yè)、物流企業(yè)、倉庫和銀行，這些企業(yè)是供應鏈中的核心，且維護系統(tǒng)的穩(wěn)定更符合參與節(jié)點的利益，在不發(fā)生外部攻擊的情況下，單節(jié)點對數(shù)據(jù)的篡改不影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)的準確性。其他的個體或參與企業(yè)則作為系統(tǒng)的用戶，只參與區(qū)塊鏈上的業(yè)務，不參與共識。

　　考慮到目前區(qū)塊鏈系統(tǒng)并不適合用來存儲較大的文件，對平臺區(qū)塊鏈部分的數(shù)據(jù)進行了設計，不同的業(yè)務封裝為功能模塊，各模塊通過接口進行交互，并與外部通信，各交易模塊按照業(yè)務和隱私保護的需求，選擇必需的關鍵數(shù)據(jù)，采用不同的加密方式對數(shù)據(jù)加密后，記錄在區(qū)塊鏈上。如圖2 所示，基于區(qū)塊鏈的供應鏈金融服務平臺由區(qū)塊鏈底層平臺和對外服務應用層組成，應用模塊包括權限管理模塊、數(shù)字資產(chǎn)管理模塊、數(shù)字資產(chǎn)交易模塊和信用管理模塊。

　　權限管理模塊負責平臺用戶權限的管理，用戶在平臺注冊時，權限管理對用戶的信息進行后臺審核，然后給予系統(tǒng)不同的權限，例如管理員用戶可完成數(shù)字資產(chǎn)申請的審核。同時，權限管理模塊會與信用評分模塊相結合，降低高風險、低評分的用戶的操作權限(如不能申請數(shù)字資產(chǎn)、不能交易數(shù)字資產(chǎn)等)，并在平臺上進行警示。

　　數(shù)字資產(chǎn)管理模塊負責用戶申請線下資產(chǎn)登記為線上資產(chǎn)的審核與審核通過后的線上數(shù)字資產(chǎn)的管理。圖3為典型的數(shù)字資產(chǎn)發(fā)行流程，用戶將線下的實物資產(chǎn)申請確認為線上資產(chǎn)，數(shù)字資產(chǎn)管理模塊通過對實物資產(chǎn)進行審核，例如大宗物品倉單的審核需要對接倉庫系統(tǒng)，由倉庫系統(tǒng)對倉單物品的數(shù)量、質量等信息進行審核。審核通過的線下資產(chǎn)被凍結，并由具有資質的第三方機構對物品進行估值，生成帶有線下資產(chǎn)詳情和估值的數(shù)字資產(chǎn)。被凍結的物流信息會由倉庫負責監(jiān)控，對物流的變動和交接在系統(tǒng)內實時記錄在區(qū)塊鏈上，如果物品脫離監(jiān)管，系統(tǒng)會凍結數(shù)字資產(chǎn)。數(shù)字資產(chǎn)申請的流程及生成的數(shù)字資產(chǎn)記錄到區(qū)塊鏈上。數(shù)字資產(chǎn)的退出與申請的流程相似，在數(shù)字資產(chǎn)管理模塊審核通過后，通過智能合約自動完成管理費用的支付，解凍線下資產(chǎn)。

　　數(shù)字資產(chǎn)交易模塊提供用戶之間數(shù)字資產(chǎn)交易的功能。用戶可將已生成的數(shù)字資產(chǎn)在數(shù)字資產(chǎn)交易模塊進行掛牌交易，其他用戶如果符合賣方設置的限定條件(如信用等級、用戶類型等)，即可在交易模塊中購買數(shù)字資產(chǎn)，數(shù)字資產(chǎn)的交易通過智能合約自動執(zhí)行，并將交易信息記錄在區(qū)塊鏈上。

　　部分企業(yè)可將產(chǎn)能轉換為數(shù)字資產(chǎn)，并在平臺上進行預售，產(chǎn)能的預售與交易所的形式類似，交易模塊可對交易的產(chǎn)品進行拆分，并自動匹配交易。企業(yè)也可將數(shù)字資產(chǎn)進行融資，通過平臺預先設置的智能合約模板，將數(shù)字資產(chǎn)發(fā)布融資，并按照約定的期限贖回資產(chǎn)。如果無法按時完成還款，智能合約完成資產(chǎn)所有者的變更。

　　信用管理模塊根據(jù)用戶在平臺上的行為以及用戶的社會信用，綜合產(chǎn)生用戶在平臺上的信用記錄。該記錄由分析模型自動生成，并記錄在區(qū)塊鏈上，交易時平臺向交易雙方展示信用情況，并根據(jù)用戶的信用情況提供不同的操作權限。

　　3.3 區(qū)塊鏈與大數(shù)據(jù)

　　從數(shù)據(jù)角度而言，區(qū)塊鏈是一種不可篡改、全歷史的數(shù)據(jù)庫存儲技術，巨大的區(qū)塊數(shù)據(jù)集合包含著過往的每一筆交易。隨著區(qū)塊鏈的應用迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模會越來越大，不同業(yè)務場景區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)融合也進一步擴大了數(shù)據(jù)規(guī)模，提高了數(shù)據(jù)的豐富性。大數(shù)據(jù)技術的日趨成熟也為供應鏈的金融風控提供了可能。平臺會將用戶的行為記錄在區(qū)塊鏈上，通過對這些數(shù)據(jù)進行建模分析，利用非金融領域的數(shù)據(jù)(交易、支付)為金融機構提 供企業(yè)征信評估的依據(jù)，給出合理的用戶信用評級建議，督促相關參與方增強誠信意識，構建一個誠信的平臺。

　　圖4為平臺信用服務技術路線。該平臺的大數(shù)據(jù)信用分析模塊收集大量的企業(yè)業(yè)務信息，以此作為企業(yè)征信的核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并補充各類政府、工商、銀行、個人等公共信息，通過模型化處理，建立企業(yè)征信體系。隨著真實業(yè)務數(shù)據(jù)的積累和變化，平臺能做到對企業(yè)信用的動態(tài)化跟蹤，發(fā)布企業(yè)最新的信用情況，使供應鏈金融服務中嵌入企業(yè)征信數(shù)據(jù)。