傑海科技:詳解央行數字貨幣和數字票據交易平台架構

據財新網消息，央行推動的基於區塊鏈的數字票據交易平台已測試成功，由央行發行的法定數字貨幣已在該平台試運行，近期將成立研發中心持續完善;春節後央行旗下的數字貨幣研究所也將正式掛牌。

這意味著在全球範圍內，中國央行將成為首個研究數字貨幣及真實應用的中央銀行，並率先探索了區塊鏈在貨幣發行中的實際應用。

2016年12月15日，數字票據基於區塊鏈的全生命周期的登記流轉和基於數字貨幣的票款對付（DVP）結算功能已經全部實現，這意味著數字票據交易平台原型系統已開發成功並達到預期目標，顯示數字貨幣在數字票據場景的應用驗證落地。目前已按計劃完成了數字票據平台、數字貨幣系統模擬運行環境的上線部署，並與包括工商銀行在內的數家試點銀行進行了網路試聯通。

該項目是由央行牽頭並自主創新研發的重大金融科技成果。此舉顯示中國央行緊跟金融科技的國際前沿趨勢，力求把握對金融科技應用的前瞻性和控制力、探索實踐前沿金融服務的決心和努力。

據一位參與相關研究的專業人士透露，引入數字貨幣進行結算，可實現數字票據交易的資金流和信息流同步轉移，從而實現DVP票款對付結算；同時通過區塊鏈數字身份方案解決了不同金融機構間對用戶重複KYC（know your customer）認證的問題等。

「央行希望利用數字票據平台這個項目測試區塊鏈以及其他成熟科技成果，並利用此項目集聚相關人才。」

一位接近央行人士向財新記者表示。去年11月中旬，央行官網公布招聘公告，其中招聘崗位包括從事數字貨幣研究與開發的人才，引發了業內關注。

近年隨著區塊鏈等新興科技的興起，法定數字貨幣成為各國央行的重點研究領域，英國、加拿大等多國央行都表示將涉足該領域，但目前尚無一家中央銀行拿出落地的實際應用。今年初，歐洲央行（ECB）執行委員會成員伊夫?梅爾施（Yves Mersch）亦在公開場合表示，隨著電子支付方式的興起，公眾對央行數字貨幣的需求也將增加。目前是研發央行數字貨幣架構的最佳時機。

需要注意的是，目前央行的數字票據交易平台與上海票交所（下稱票交所）是兩個獨立的交易平台。2016年12月，作為全國統一票據交易平台的票交所正式成立。兩者的區別是，票交所是基於紙票電子化、ECDS電票票據交易的平台；而數字票據交易平台則是有限的參與方參與建設、測試的交易平台。建設數字票據交易平台的目的，是為了達到聚集區塊鏈和數字貨幣開發相關人才，並對相關技術用於票據交易進行測試的目標。

前述人士透露，未來技術條件成熟時，數字票據交易平台將與票交所系統對接，最終數字票據交易平台應該是全國統一的「互聯網+數字票據交易」的綜合性金融服務平台，業務將涵蓋票據業務從發行到兌付的全流程，並與紙票電子化、ECDS電票的票據交易共同構成全國統一的票據市場，成為貨幣市場的重要組成部分。

諸多科技創新點

此次實踐是法定數字貨幣在數字票據交易平台應用，運行範圍是參與試點的商業銀行，除了前述工行，還包括中國銀行、浦發銀行、微眾銀行、杭州銀行等。

據財新記者了解，該項目集合了諸多前沿科技亮點，包括數字貨幣、區塊鏈、數字票據、智能合約等，自主創新研發了符合數字票據和數字貨幣等金融業務場景特點的底層聯盟鏈，並在傳統區塊鏈技術基礎上，對隱私保護、安全加密等設計了創新機制。在吸收區塊鏈和智能合約等分散式技術優點的基礎上，也針對其缺點和不適用性進行了特殊改造，解決了傳統區塊鏈智能合約不易升級，以及升級後繁重的歷史數據遷移等問題。

該項目自主創新研發了一套符合數字票據和數字貨幣等金融業務場景特點的底層聯盟鏈，主要創新點包括：

一是底層技術方面，吸收借鑒部分國外區塊鏈技術的成果並結合自身業務特點進行了優化和改進。如在參考以太坊智能合約虛擬機技術的基礎上，擴充了OPCODE指令操作碼，實現隱私保護機制所需要的同態加法操作。又如，參考Fabric的共識機制，對PBFT（拜占庭容錯）演算法進行了優化，使得底層聯盟鏈支持節點的動態管理。

二是安全加密方面，根據金融業務的需求，對底層聯盟鏈進行了大量安全方面的加固和創新。比如實現了節點通訊加密、數據落盤加密，並改造金融密碼機和晶元智能卡，以實現聯盟鏈上用戶私鑰的安全存儲和運算。同時，還進行了將區塊鏈底層加密演算法改造成國密演算法SM2、SM3的驗證與測試。

三是隱私保護方面，跟蹤和研究國外區塊鏈信息隱私保護技術的發展，根據數字票據特定場景下的隱私保護需求，結合同態加密和零知識證明演算法，既解決了數字票據交易金額對交易無關方的信息保密，同時又保證了票交所等監管方在必要時擁有看穿機制。

四是在吸收區塊鏈和智能合約等分散式技術優點的基礎上，也針對其缺點和不適用性進行了特殊改造。如，改造聯盟鏈底層實現智能合約的干預機制，以滿足司法干預等現實中存在的特殊需求等。

五是創新性地提出並設計了區塊鏈中間件，實現了底層聯盟鏈與上層類中心式業務應用系統之間的消息傳遞機制，給出了中心式業務應用系統並發訪問區塊鏈節點、時間戳共識、交易確認事件通知等問題的解決方案，使得底層在基於區塊鏈節點開發的同時，上層業務應用系統仍可保留類傳統中心式系統的開發架構，有效降低了開發門檻。

六是採用業務邏輯智能合約與數據智能合約相分離的新型設計模式，解決了傳統區塊鏈智能合約不易升級，以及升級後繁重的歷史數據遷移等問題。在這種設計模式下，可以支持票交所對包括數字票據交易在內的業務邏輯的在線升級，而無需進行數字票據數據遷移。類似TheDAO事件帶來的區塊鏈分叉來解決業務邏輯升級，可以在這種設計模式下避免。

七是通過區塊鏈技術也帶來了業務方面的創新。如引入數字貨幣進行結算，可實現數字票據交易的資金流和信息流同步轉移，從而實現DVP票款對付結算。又如，區塊鏈數字身份方案解決了不同金融機構間對用戶重複KYC認證的問題等。

相關知情人士表示。

「在新的設計模式下可以避免類似TheDAO事件帶來的風險，來解決業務邏輯升級。」

2016年6月17日發生了區塊鏈歷史上留下沉重一筆的攻擊事件。區塊鏈業界最大的眾籌項目TheDAO遭到黑客攻擊(被攻擊前擁有1.5億美元左右資產)，由於其編寫的智能合約存在著重大缺陷,導致300多萬以太幣資產被分離出資產池轉移給攻擊者。

站在研究前沿

2016年初，央行行長周小川在接受《財新周刊》專訪時曾透露，人民銀行深入研究了數字貨幣涉及的其他相關技術，比如區塊鏈技術、移動支付、可信可控雲計算、密碼演算法、安全晶元等；他還表示，未來實體貨幣和數字貨幣有可能會長期共存。

早在2014年，央行就啟動了對數字貨幣的研究，成立了發行法定數字貨幣的專門研究小組，論證央行發行法定數字貨幣的可行性。

2015年，央行對數字貨幣發行和業務運行框架、數字貨幣的關鍵技術、數字貨幣發行流通環境、數字貨幣面臨的法律問題、數字貨幣對經濟金融體系的影響、法定數字貨幣與私人發行數字貨幣的關係、國際上數字貨幣的發行經驗等進一步深入研究，形成了人民銀行發行數字貨幣的系列研究報告。這些研究成果，有的已經向國家知識產權局遞交了專利申請書，有的則以專題形式已擇要發表。

2016年1月20日，中國人民銀行數字貨幣研討會在北京召開，會議明確了央行探索發行數字貨幣的戰略意義和戰略目標。這也是全球中央銀行就法定數字貨幣的首次公開發聲，引起業內諸多關注。

央行認為，發行數字貨幣可以降低傳統紙幣發行、流通的高昂成本，提升經濟交易活動的便利性和透明度，減少洗錢、逃漏稅等違法犯罪行為，提升央行對貨幣供給和貨幣流通的控制力，更好地支持經濟和社會發展，助力普惠金融的全面實現。未來，數字貨幣發行、流通體系的建立還有助於中國建設全新的金融基礎設施，進一步完善我國支付體系，提升支付清算效率，推動經濟提質增效升級。

2017年1月，由中國互聯網協會、中國網路空間安全協會、中國電子金融產業聯盟、中國互聯網協會互聯網金融工作委員會主辦的「首屆中國金融科技創新大會暨第十屆中國互聯網金融年會」上，中國工商銀行金融市場部資深經理、博士周永林參加了會議並發表了演講關於《央行數字貨幣RMBCoin實現模式探討》的演講，對央行數字貨幣進行了探討。他指出：

第一，一定要建立一套新的支付體系架構。

第二，要滿足普惠金融需要，要使人民幣真正成為「人民的貨幣」，都能夠用它。

第三，便於跨境支付和人民幣國際化。

第四，提供新的貨幣工具，貨幣流向跟蹤分析，貨幣精準投放回籠。而新的金融服務，可能會創新更多的新的金融服務。就是假設我們原有支付體系還在，在新設一套基於區塊鏈的數字貨幣體系。

數字票據交易平台

2016年7月，央行啟動了基於區塊鏈和數字貨幣的數字票據交易平台原型研發工作，藉助數字票據交易平台驗證區塊鏈技術。而數字貨幣研究所主要牽頭負責底層區塊鏈平台以及數字貨幣系統票交所分節點的研發任務。

2016年9月，票據交易平台籌備組會同數字貨幣研究所籌備組，牽頭成立了數字票據交易平台籌備組，啟動了數字票據交易平台的封閉開發工作。項目研發採用迭代式增量軟體開發模式，每兩周作為一個迭代周期滾動開發，整體目標是於2017年初實現數字票據交易平台原型上線模擬運行（包括與數字貨幣系統原型的對接）。

票據，特別是匯票 ，是供應鏈金融的一種重要金融工具，具有交易、支付、信用等多重屬性，為我國實體經濟特別是中小企業提供便捷的 融資 渠道和低成本資金髮揮了重要作用。 當前匯票業務以銀行承兌匯票為主，商業承兌匯票僅占極小的比例。

但是我們看到，第一，由於銀行天然缺乏對貿易背景的實際掌控，只做形式上的要件審核，因而風控的穿透存在天然的缺陷；第二，由於票據的審驗成本及監管對銀行時點資產規模的要求，市場上催生了眾多的票據掮客，不透明、不規範操作和高槓桿錯配等亂象叢生，甚至成為了行業的潛規則；第三，近年來票據大案頻發，暴露了銀行票據業務的諸多弊端，銀行遭受了重大損失，對中小企業的票據融資支持力度明顯減小。 在現有的銀行承兌匯票的業務邏輯下，銀行很難深入地去了解企業端的實際供應鏈的健康情況，很難為供應鏈上的中小企業提供一視同仁的便捷到位的金融服務。

隨著互聯網技術和區塊鏈技術的發展，業界將目光轉向了技術，希望用技術創新去解決業務難題，尤其是信用環境。 由於票據市場規模大、參與方眾多，而且業務鏈條很長，國內外金融機構被認為是區塊鏈技術極佳的應用場景。

區塊鏈與票據融合的優勢

區塊鏈技術是一種通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案，能夠讓區塊鏈中的參與者在無須相互認知和建立信任關係的前提下，通過一個統一的賬本系統確保資金和信息安全。 這項技術給票據業務從業者很大的啟發，利用區塊鏈技術可以搭建一個可信的交易環境，避免信息的互相割裂和風險事件。

下面從四個角度進一步去判斷業務的可行性。 第一，數據層面。 這應該是區塊鏈技術在這個場景下最大的價值所在。通過分散式總賬的建立，實現數據的分散式記錄，而不是存儲在某一個中心伺服器上，並且數據按照時間先後順序記錄，不可篡改，可以有效地保證鏈上數據的真實性和透明性。而且，部分節點受到攻擊或者損壞，也不會影響整個資料庫的完整性和信息更新。 第二，治理層面。 與銀行承兌匯票不同，商業承兌匯票具有自償性，一般以核心企業自身的信用做擔保。而且在區塊鏈聯盟鏈里，不需要中心化系統或強信用中介做信息交互和認證，而是通過共同的演算法解決信任問題，保證每個參與角色都是扁平的、互信的，甚至創造信用。第三，操作流程層面。 在數字票據環境下，區塊鏈通過時間戳反映了票據的完整生命周期，從發行到兌付的每個環節都是可視化的，可以有效地保證票據的真實性。而加入智能合約的特性，可實現端對端的價值傳遞和可追溯性。 第四，監管合規層面。 得益於區塊鏈技術的特性，在必要的條件下，監管機構可以作為獨立的節點參與監控數字票據的發行和流通全過程，實現鏈上審計，提高監管效率，降低監管成本。未來，隨著技術的更加成熟，甚至可以引入央行數字貨幣，實現自動實時的DVP對付、監控資金流向等功能。以下介紹了某金融集團提出的基於區塊鏈技術的票據系統架構。

數字票據的定位和功能

電子票據 誕生於2009年11月份，由中國人民銀行（俗稱「央行」）設計和主管。 電票較紙質票據具有明顯的先進性，可以有效地保證票據的真實性，但發展還比較緩慢。 央行數據顯示，2013年電票的佔比為8.3%，2014年達到16.2%，2015年上半年達到28.4%，市面流通的票據還是以紙質銀票為主。而紙票與電票的主要區別在於信用環境，票據大案中以紙票為主。 未來，數字票據的信用環境將主要構築在企業與企業之間的貿易環節， 通過構造託管於智能合約的票據池，實現實時支付、融資和清算等，可以為 中小微企業提供更好的數字普惠金融服務。 而由於業務上的強關聯性，風險係數將大大降低。

架構設計

fabric是區塊鏈技術的一種架構實現，它的邏輯結構主要包括：會員，區塊鏈、交易和鏈代碼（chaincode，即智能合約）。這種模塊化的架構支持組件「可插拔」，也具有強大的容器技術來支持任何主流的語言來開發智能合約。

在具體的實踐上，我們將區塊鏈數字票據進行分層設計，包括底層網路協議層、數據層、平台層和應用層。各個參與方可以通過API的方式很方便地接入到聯盟鏈中。並且在這樣的架構底下，還可以實現多種信用資產的發行與流通管理（見圖2）。

賬本結構

Fabric的賬本結構很靈活，以數字票據應用為例，如圖所示。

◆C1、C2...Cn表示發布在區塊鏈網路上的鏈代碼（智能合約），對於區塊鏈賬本來說，每頁賬本只記錄鏈代碼的操作命令；

◆鏈代碼可以由任何驗證結點發布，可執行代碼自動同步給網路的所有結點；

◆業務運行的邏輯處理依賴於每個鏈代碼（C1、C2）對應的相互隔離的WorldState(物理上是存在RocksDB里的鍵值對)動態維護的數據；

◆賬本同步共識時校驗WorldState的Hash值並記錄在賬本上，保障所有結點的WorldState值一致。

智能合約

每個數字票據都有一個完整的生命周期，其中智能合約承擔著區塊鏈最核心的功能。包括票據開立、流轉、貼現、轉貼現、再貼現、回購等一系列業務類型，這些業務類型、交易規則以及監管合規，理論上都可以通過智能合約編程的方式來實現，並可根據業務需求變化靈活變更升級。但是，目前基於fabric架構的智能合約還不夠成熟，比如產品版本更迭，需要手動實現數據遷移，不易保證穩定性與安全性。

票據發行示意

原則上每個驗證節點代表單位都是強信用企業，由自己保管公私鑰，所有參與方在票據平台上的交易、查詢等業務操作需要使用私鑰進行認證與數據加密。同時，承擔上下游企業參與方身份識別和管理等職能。此外，平台會員登記以及票據資產上鏈均需要經過嚴格審核，一旦上鏈，數據將不可篡改，就進入一個可信的交易流通環境，完成KYC環節，並且所有會員均可見，避免不同參與方之間重複KYC流程，極大地提高了效率，減少信用風險。