發(fā)布時間：2020-02-10所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：新興的區(qū)塊鏈和智能合約技術(shù)提供了解決資產(chǎn)交易問題的新途徑。作為分布式賬本數(shù)據(jù)庫的區(qū)塊鏈，記錄了不可變更的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。區(qū)塊鏈上的智能合約直接控制資產(chǎn)交易，構(gòu)造了基于智能合約的可信稅收業(yè)務(wù)計算環(huán)境，為完全數(shù)字化資產(chǎn)的記錄和轉(zhuǎn)移奠定了基
摘 要：新興的區(qū)塊鏈和智能合約技術(shù)提供了解決資產(chǎn)交易問題的新途徑。作為分布式賬本數(shù)據(jù)庫的區(qū)塊鏈，記錄了不可變更的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。區(qū)塊鏈上的智能合約直接控制資產(chǎn)交易，構(gòu)造了基于智能合約的可信稅收業(yè)務(wù)計算環(huán)境，為完全數(shù)字化資產(chǎn)的記錄和轉(zhuǎn)移奠定了基礎(chǔ)。因此，基于HyperledgerFabric區(qū)塊鏈平臺研究智能合約，給出了智能合約的稅收場景設(shè)計，包括智能合約的執(zhí)行模型、稅收區(qū)塊鏈的總體架構(gòu)、Go語言的合約實現(xiàn)及說明，分析了稅收場景設(shè)計距離工程應(yīng)用的距離、優(yōu)缺點、可能的法律、監(jiān)管問題及展望，為企業(yè)、政府開發(fā)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能合約提供參考。
關(guān)鍵詞：智能合約;區(qū)塊鏈;稅收;法律;聯(lián)盟鏈
0引 言
區(qū)塊鏈技術(shù)[1]是國內(nèi)外企業(yè)、金融和政府關(guān)注的重點。智能合約作為區(qū)塊鏈的重要組成，是區(qū)塊鏈被稱為顛覆性技術(shù)的主要原因。智能合約(SmartContract)在區(qū)塊鏈中可以概括為一段代碼，運行在去中心化的、復(fù)制的賬本上，能保持自己數(shù)據(jù)的狀態(tài)，控制數(shù)字資產(chǎn)，對收到的外界信息和資產(chǎn)回應(yīng)。
從用戶看，智能合約是一個自動執(zhí)行賬戶，滿足預(yù)設(shè)條件就會釋放轉(zhuǎn)移資金。從開發(fā)人員看智能合約則是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，這些服務(wù)器不是被架在互聯(lián)網(wǎng)上使用IP地址，而是架在區(qū)塊鏈上。因此，區(qū)塊鏈及其智能合約被認為是實現(xiàn)價值互聯(lián)網(wǎng)的重要手段，最終實現(xiàn)人們在網(wǎng)絡(luò)上像傳遞信息一樣方便、快捷、低成本的傳遞價值。
1智能合約的發(fā)展
早在20世紀90年代，密碼學家NickSzabo[2]就提出了智能合約的概念，用程序代碼實現(xiàn)人們約定的合同條款。程序從外界獲取信息識別并判斷，滿足條件則觸發(fā)程序完成相應(yīng)的操作，如資產(chǎn)轉(zhuǎn)移、交易等。但是，由于缺乏支持可編程合約的數(shù)字系統(tǒng)和技術(shù)，Szabo的理論遲遲沒有實現(xiàn)，只有一些原始粗糙的應(yīng)用，如刷卡機(PoS)、自動售貨機等。
在生產(chǎn)產(chǎn)品和提供服務(wù)的過程中，要把人和物、人和人整合，才能創(chuàng)造更大的價值。比如，汽車發(fā)動機的幾千個零件涉及多方面專業(yè)，需要不同工廠協(xié)作完成。所以，建立合約將某個部件生產(chǎn)外包給別人，別人也許會繼續(xù)外包，形成一個合約網(wǎng)絡(luò)。在雙方約定的過程中，大家希望交易利于自己，所以要創(chuàng)建共贏的交易。如果用程序代碼實現(xiàn)合約網(wǎng)絡(luò)，則能更好地保障參與方的權(quán)益。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)解決了平臺問題，如去中心化、不可篡改、過程透明和可追蹤等特點，天然適應(yīng)于智能合約，也使智能合約被企業(yè)、金融機構(gòu)所關(guān)注。
區(qū)塊鏈1.0以比特幣為代表，在去中心化的網(wǎng)絡(luò)中支付加密貨幣。區(qū)塊鏈2.0則要實現(xiàn)更宏觀的目標，對市場去中心化，使網(wǎng)絡(luò)中不僅交易貨幣，還包括其他數(shù)字資產(chǎn)，如房產(chǎn)、汽車等。區(qū)塊鏈3.0則轉(zhuǎn)向社會治理，如身份管理、公證、仲裁審計何投票等領(lǐng)域[3]。
當前，區(qū)塊鏈和智能合約技術(shù)的結(jié)合成為解決方案的研究熱點，如Hyperledger[4]、以太坊[5-6]和Codius[7]等，都通過建立在可執(zhí)行基礎(chǔ)設(shè)施上的可編程合約語言實現(xiàn)智能合約。智能合約作為區(qū)塊鏈上的腳本，在節(jié)點間以分布式形式執(zhí)行，類比法律法規(guī)在交易、合同中的應(yīng)用。智能合約按照雙方事先約定的條件，保證合約安全、可信、按需以及可監(jiān)管的執(zhí)行。表1展示了典型的智能合約項目平臺。
不同的區(qū)塊鏈平臺針對不同類型的應(yīng)用場景。公有鏈平臺以比特幣為代表，任何人都可參與記賬;私有鏈平臺通常用于金融機構(gòu)或公司、政府的內(nèi)部審計;設(shè)計的稅收智能合約場景跨聯(lián)盟和組織，通常多個機構(gòu)組織具有記賬權(quán)，屬于典型的聯(lián)盟鏈應(yīng)用。因此，本文選擇最具代表性的HyperledgerFabric區(qū)塊鏈平臺進行設(shè)計。
2智能合約的工作原理
智能合約[8-9]一般包括以下內(nèi)容：交易(Transaction)處理，保存機制，一個完備的狀態(tài)機用于接收和處理各種智能合約，事務(wù)保存和狀態(tài)處理則在區(qū)塊鏈上完成。
調(diào)用智能合約[10]需要滿足觸發(fā)條件，一旦符合條件，就從合約代碼傳出預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)資源。它最重要的特點是，輸入智能合約的是一組事務(wù)，處理后的輸出也是一組事務(wù)。類似于生活中的合同，使一組復(fù)雜、有觸發(fā)條件的數(shù)字承諾按照參與方的意志自動執(zhí)行。通用的智能合約模型如圖1所示。
智能合約系統(tǒng)HyperledgerFabric是一個開源區(qū)塊鏈底層系統(tǒng)，像安卓一樣提供了豐富的API接口，可以使人在上面開發(fā)各種區(qū)塊鏈應(yīng)用場景。主要較成熟的平臺中，HyperledgerFabric是面向企業(yè)聯(lián)盟的區(qū)塊鏈應(yīng)用，也是此次應(yīng)用設(shè)計選擇的主要原因。它的智能合約又被稱為Chaincode，選用docker容器作為沙盒環(huán)境，容器中有被簽名的磁盤映像和Go語言運行的SDK。上層應(yīng)用通過gRPC或REST，與運行在HyperledgerFabric節(jié)點上的智能合約進行通信。
3稅收交易區(qū)塊鏈的總體架構(gòu)
區(qū)塊鏈從比特幣發(fā)展到引入智能合約的以太坊，再到聯(lián)盟鏈HyperledgerFabric，盡管各應(yīng)用實現(xiàn)上有所差別，但體系架構(gòu)上有一定的相似度。圖2給出了稅收區(qū)塊鏈的體系架構(gòu)及相關(guān)軟件模塊。最底層的網(wǎng)絡(luò)層包括了P2P組網(wǎng)機制、數(shù)據(jù)傳播機制和數(shù)據(jù)驗證機制，使得區(qū)塊鏈具有自動組網(wǎng)功能，可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化而查詢到完整的結(jié)果集，也方便數(shù)字資產(chǎn)交易類應(yīng)用。HyperledgerFabric的P2P協(xié)議基于HTTP/2協(xié)議實現(xiàn)，節(jié)點時刻監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中廣播的數(shù)據(jù)。當收到鄰居節(jié)點發(fā)來的新區(qū)塊交易時，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的背書策略，驗證這些交易和區(qū)塊是否有效，驗證內(nèi)容包括數(shù)字簽名、工作量證明等。只有通過驗證的交易，才會被加入正在構(gòu)建的區(qū)塊。通過驗證的區(qū)塊，才會接入?yún)^(qū)塊鏈并轉(zhuǎn)發(fā)。其中，加入正在構(gòu)建的區(qū)塊，還涉及排序節(jié)點(Orderer)。
共識層使用先進的PBFT(PracticalByzantineFaultTolerance)算法解決分布式一致性問題，在n≥3f+1的條件下解決拜占庭將軍問題(n是網(wǎng)絡(luò)中總節(jié)點數(shù)，f是最多可容忍的惡意節(jié)點個數(shù))，并在異步通信中使拜占庭協(xié)議的復(fù)雜度從指數(shù)級別降低到多項式級別。在稅收智能合約設(shè)計中，共識流程如下：在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)定一個主節(jié)點orderer(排序節(jié)點，如圖3所示)，負責把網(wǎng)絡(luò)中收集的交易排序后生成列表，并向其他節(jié)點擴散;其他各節(jié)點收到交易列表后，根據(jù)列表中交易排序模擬交易;模擬完排序的交易后，生成交易結(jié)果的哈希摘要，并向其他節(jié)點廣播。每個節(jié)點如果收到2f個節(jié)點的摘要與自己相同，就向全網(wǎng)廣播commit消息;如果某節(jié)點收到2f+1條commit消息，就可以生成新區(qū)塊，并把交易提交到區(qū)塊鏈和狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。該共識流程設(shè)計的拓撲結(jié)構(gòu)，如圖3所示。值得一提的是，org1和org2的錨節(jié)點設(shè)置(本案例設(shè)置圖中0和2號節(jié)點分別代表org1和org2的錨節(jié)點)體現(xiàn)了聯(lián)盟鏈特征，可防止單點失敗。Org1的peer節(jié)點與Org2的peer節(jié)點加入通道，通過對方組織的錨節(jié)點來發(fā)現(xiàn)對方所有加入通道的節(jié)點。
數(shù)據(jù)層在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面如圖4所示，設(shè)計上基于文檔時間戳證明各類文檔的創(chuàng)建時間，并提供數(shù)字公證服務(wù)。時間戳服務(wù)器對文檔、時間和指向之前文檔的hash指針簽名，后續(xù)文檔重復(fù)該操作，形成基于時間的證書鏈，無法篡改。每個區(qū)塊都包含類似圖4中所示的區(qū)塊頭和區(qū)塊體。塊頭存放Merkle根、時間戳和前塊哈希等。塊體存放批量交易數(shù)據(jù)。一個塊內(nèi)所有交易不斷兩兩哈希生成最終的Merkle根，實現(xiàn)了交易的不可篡改性和支付的可驗證性。每個區(qū)塊通過前一區(qū)塊的哈希把所有塊連接在一起。塊頭包含難度值、nonce等數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)模型方面，HyperledgerFabric采用了基于賬戶的模型，可根據(jù)賬戶快速查詢當前狀態(tài)，支持功能豐富的通用應(yīng)用。在存儲方面，按照日志文件格式存儲，通過哈希鍵值檢索數(shù)據(jù)(通過交易哈希檢索交易數(shù)據(jù)，通過區(qū)塊哈希檢索區(qū)塊數(shù)據(jù))，索引和狀態(tài)數(shù)據(jù)一般存儲在Key-Value數(shù)據(jù)庫。HyperledgerFabric目前支持LevelDB和CouchDB數(shù)據(jù)庫存儲和索引。
智能合約層擴展了區(qū)塊鏈功能，用算法程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)場景，編制合同條款。Fabric平臺中的智能合約稱為Chaincode(鏈碼)，選用Docker作為沙盒，運行機制如圖5所示。按預(yù)設(shè)場景編寫完合約代碼后，將其安裝并實例化到區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上。部署后的合約被打包為Docker鏡像，各節(jié)點基于該鏡像啟動一個新Docker容器并執(zhí)行合約中的實例化方法，然后等待調(diào)用。應(yīng)用層通過調(diào)用智能合約實現(xiàn)各種交易場景。如果是轉(zhuǎn)賬等數(shù)據(jù)修改類調(diào)用，要在網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點達成共識，然后修改會被記在區(qū)塊鏈，結(jié)果會存儲在狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。在本用例中，轉(zhuǎn)賬的金額和稅收的金額被記入?yún)^(qū)塊鏈，而賬戶余額包括稅收賬戶存儲在狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中。如果是查詢，則不需節(jié)點共識。
4稅收智能合約的設(shè)計
市場交易中，常常出現(xiàn)偷稅漏稅的情況。比如，飯店老板常常以贈送小禮品的方式拒絕開發(fā)票，大型企業(yè)在交易時使用銀行轉(zhuǎn)賬存在虛假報賬偷稅漏稅的情況。小數(shù)額交易太過瑣碎，稅務(wù)局追查不便;大數(shù)額交易即使追查，也會耗費巨大人力物力。在支付寶、微信等電子支付手段越來越普遍的情況下，提出以智能合約的方式實現(xiàn)對偷稅漏稅的零容忍。
在稅收區(qū)塊鏈中，針對交易數(shù)額進行設(shè)計。圖6是交易中的稅收過程。當區(qū)塊鏈收到代碼的觸發(fā)交易時，從區(qū)塊鏈讀取代碼，基于交易數(shù)額、合約狀態(tài)與外界信息執(zhí)行代碼，并通過Fabric區(qū)塊鏈平臺提供的智能合約接口查詢區(qū)塊鏈信息，把結(jié)果返回鏈上。應(yīng)用中涉及的接口如表2所示。
在交易場景中，對每筆轉(zhuǎn)賬設(shè)置幾種交易金額的稅收比例，以合約方式自動完成交易場景中的稅收過程。HyperledgerFabric平臺的智能合約也稱chaincode(鏈碼)，是應(yīng)用層與區(qū)塊鏈交互的渠道和交易的來源。編寫合約的實質(zhì)是實現(xiàn)鏈碼接口的Init、Invoke和Query函數(shù)，分別對應(yīng)部署合約、執(zhí)行交易和查詢狀態(tài)。
Go程序在運行前會對所有對象加載，生成相應(yīng)的節(jié)點和組織的證書和每個節(jié)點的公私鑰。該智能合約主要實現(xiàn)以下場景：初始化3個角色A、B、C，A客戶向B商家付款，總金額的稅率比例自動轉(zhuǎn)入稅務(wù)局的C賬戶;可以查詢A、B、C三個賬戶的金額，確認交易成功，也可以刪除賬戶。可以根據(jù)法律、稅率，不同交易金額設(shè)定分段函數(shù)執(zhí)行每筆交易的稅收功能。
合約代碼的可信是通過把代碼部署在區(qū)塊鏈上實現(xiàn)的。交易觸發(fā)時，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點會讀取鏈上的代碼并執(zhí)行，觸發(fā)機制如圖7所示，通過Go實現(xiàn)說明。在Go語言運行前，會將代碼安裝在區(qū)塊鏈節(jié)點上并實例化。該過程也可理解為對象的加載，這樣在運行中可以知道所有屬性和方法。通過shell可執(zhí)行文件或手動輸入，可以使合約動態(tài)獲取對象信息和調(diào)用對象的方法。智能合約被實例化后會被編譯為字節(jié)碼，等待觸發(fā)執(zhí)行。當觸發(fā)時，通過Fabric區(qū)塊鏈平臺提供的接口與合約信息交互。
稅收智能合約的全生命周期如圖8所示，主要包括：創(chuàng)建點對點交易的沙盒環(huán)境、在節(jié)點對智能合約的信息進行注冊登記和節(jié)點傳遞參數(shù)進行場景初始化。此三者為合約部署流程。鏈碼部署成功后，會創(chuàng)建連接到部署它的VP節(jié)點的gRPC通道，以接受后續(xù)Invoke或Query指令。節(jié)點傳遞transaction(交易)或query信息給接口，以調(diào)用相關(guān)函數(shù)執(zhí)行稅收場景，其中圖8中的步驟4～步驟7都屬于代碼執(zhí)行階段。智能合約類比社會中的法律法規(guī)，維護網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中事先約定的秩序，可以根據(jù)不同場景和約定調(diào)整。
5優(yōu)勢及劣勢分析
5.1優(yōu)勢分析
設(shè)計基于區(qū)塊鏈的稅收應(yīng)用場景，借助了區(qū)塊鏈作為分布式數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢。
5.1.1可信信息共享
數(shù)據(jù)庫通過去中心化的架構(gòu)，由多方共同管理維護，任何一方不能完全操作數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈依靠每個區(qū)塊頭的哈希指針和塊體的Merkle樹實現(xiàn)不可篡改，而共識機制則加固了數(shù)據(jù)的安全性，促進了公平公正。5.1.2可追溯還原區(qū)塊鏈上存儲了運行以來的所有數(shù)據(jù)，對交易糾紛、稅收公正都有益處，方便追溯還原所有歷史，提高監(jiān)管、審計和執(zhí)法的效率。
5.1.3高可用可信
稅收合約自動執(zhí)行所有電子交易的稅收功能。為相關(guān)的報賬、審計工作提供方便，網(wǎng)絡(luò)中無需參與人相互信任，審計監(jiān)察也無需擔心偷稅漏稅事件。每個事務(wù)都要發(fā)送者簽名，且全網(wǎng)共識后才記錄在區(qū)塊中。多節(jié)點備份降低了原有數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和維護成本。
5.2劣勢分析及發(fā)展方向
本次借助HyperledgerFabric平臺設(shè)計稅收應(yīng)用場景，本身也存在很多不足需要克服。
5.2.1交易量低
當前，主流區(qū)塊鏈架構(gòu)吞吐量不大，主要原因是它們采用的共識算法系統(tǒng)開銷巨大。不管是比特幣區(qū)塊鏈采用的PoW，還是HyperledgerFabric采用的PBFT算法，都是以犧牲電力或帶寬性能確保安全的。例如，比特幣吞吐量為7TPS，以太坊為20～30TPS，HyperledgerFabric平臺雖有進步，但也不過2000TPS。基于智能合約的稅務(wù)場景雖然設(shè)計可行，但工程角度遠不能滿足當前巨大的電子交易量。
從以上數(shù)據(jù)可以看到，各區(qū)塊鏈平臺系統(tǒng)性能的關(guān)鍵瓶頸受制于共識算法。典型代表Fabric平臺采用的PBFT共識算法雖然理論證明完備，但大規(guī)模應(yīng)用面臨廣播帶來的網(wǎng)絡(luò)開銷過大問題。在以后的發(fā)展中，包括選取部分主節(jié)點共識的算法、基于特定場景減少網(wǎng)絡(luò)廣播的共識算法、融合PoW與PBFT共識算法的優(yōu)勢等都會受到關(guān)注。
期刊推薦：《通信技術(shù)》雜志由信息產(chǎn)業(yè)部主管、中國電子科技集團第三十研究所主辦。16開本，每月10日出版，國內(nèi)外公開發(fā)行的月刊。雜志1967年創(chuàng) 刊，是國內(nèi)創(chuàng)辦時間長、影響大的計算機專業(yè)媒體，2004版中文核心期刊。主要報道信源處理、傳輸、業(yè)務(wù)與系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、移動通信、信息安全等方面的先進技 術(shù)、理論研究成果和最新動態(tài)。
