朱興雄 樊濤 何清素

摘 要：在分析了資產(chǎn)數(shù)字化與區(qū)塊鏈積分理論的基礎(chǔ)上、研究了區(qū)塊鏈積分核心原理及技術(shù)，提出了區(qū)塊鏈積分產(chǎn)品設(shè)計、區(qū)塊鏈積分架構(gòu)設(shè)計、區(qū)塊鏈積分通兌系統(tǒng)核心模塊設(shè)計，構(gòu)建出區(qū)塊鏈技術(shù)在積分系統(tǒng)中的應(yīng)用框架?；趨^(qū)塊鏈的積分系統(tǒng)通過區(qū)塊鏈平臺向積分業(yè)務(wù)提供接口調(diào)用，對積分通兌業(yè)務(wù)場景提供核心的技術(shù)支撐與實現(xiàn)?；趨^(qū)塊鏈的統(tǒng)一積分系統(tǒng)，負(fù)責(zé)發(fā)行通用積分幣。任何企業(yè)、商戶都可以簡單、便捷的申請到API接口，并有權(quán)發(fā)行積分。積分兌換記錄在區(qū)塊鏈賬本中，并進(jìn)行商戶間的實時清結(jié)算。通過分布式共享賬本、私鑰簽名和共識算法，構(gòu)建出安全、高效的積分通兌核心系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈 積分 資產(chǎn)數(shù)字化 分布式帳本 共識機(jī)制 加密算法

中圖分類號：F204 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-0298（2017）12（b）-055-04

1 引言

積分是保持用戶活躍度和忠誠度的重要營銷方式，目前國內(nèi)絕大多數(shù)行業(yè)、大型企業(yè)都推出了積分體系，尤其在電商、銀行、航空、通訊運(yùn)營商以及電力行業(yè)系統(tǒng)等。消費(fèi)者對這些企業(yè)的積分認(rèn)同度也比較高，但是消費(fèi)者在使用和兌換積分的過程中滿意度較低，原因有以下幾點(diǎn)。

1.1 積分發(fā)行不透明

傳統(tǒng)積分發(fā)行基于數(shù)據(jù)庫，企業(yè)積分存在篡改偽造的風(fēng)險，公信力缺失。需引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，將積分的發(fā)行上鏈，確保積分發(fā)行、使用、轉(zhuǎn)讓、兌換記錄都不可篡改，公開透明。

1.2 積分分散不通用

不同行業(yè)、不同企業(yè)各自發(fā)行不同的積分，需要一種通兌通用的積分，打通各行各業(yè)的服務(wù)。

1.3 積分無法轉(zhuǎn)讓

需要引入積分轉(zhuǎn)讓、兌換機(jī)制，提高用戶積分使用效率，給企業(yè)帶來更多潛在的消費(fèi)者。

區(qū)塊鏈技術(shù)保證了積分?jǐn)?shù)字資產(chǎn)的安全。區(qū)塊鏈通過分布式共享賬本結(jié)構(gòu)、私鑰簽名和共識算法構(gòu)建出比傳統(tǒng)分布式更安全的核心基礎(chǔ)系統(tǒng)[1，2，3]。

基于區(qū)塊鏈的統(tǒng)一積分系統(tǒng)，運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)跨行業(yè)積分通兌平臺，打造集積分兌換、交費(fèi)充值、購物消費(fèi)等功能為一體的開放式、綜合性的統(tǒng)一積分系統(tǒng)。

2 資產(chǎn)數(shù)字化與區(qū)塊鏈積分理論

在傳統(tǒng)資產(chǎn)數(shù)字化領(lǐng)域，如積分、融資租賃等資產(chǎn)由不同的中介機(jī)構(gòu)托管，資產(chǎn)交易成本居高，有過程存證缺失、難以溯源等安全問題。在金融服務(wù)領(lǐng)域，涉及很多人工處理環(huán)節(jié)，極大地增加了業(yè)務(wù)成本。目前資產(chǎn)數(shù)字化各環(huán)節(jié)存在效率瓶頸、交易時滯、操作風(fēng)險和安全隱患等痛點(diǎn)，可應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)以解決問題。

2.1 資產(chǎn)數(shù)字化與區(qū)塊鏈積分原理

基于區(qū)塊鏈技術(shù)，將資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化，形成數(shù)字資產(chǎn)，并通過點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行登記存管、轉(zhuǎn)讓交易和清算交收，構(gòu)建去中心化分布式賬本[4]。

基于區(qū)塊鏈的資產(chǎn)數(shù)字化，消除交易中介，降低交易成本，提升交易效率，提高資產(chǎn)利用率。區(qū)塊鏈上資產(chǎn)數(shù)據(jù)的不可篡改性和去中心化的數(shù)據(jù)存儲方式，使其成為數(shù)據(jù)和信息記錄的可信載體?？删幊痰暮霞s使得交易流程智能化，通過在區(qū)塊鏈平臺中預(yù)設(shè)交易規(guī)則，達(dá)到預(yù)定條件則自動執(zhí)行，提升交易的自動化程度[5]。

各類資產(chǎn)，如積分、股權(quán)、債券、票據(jù)、收益憑證和倉單等基于區(qū)塊鏈存儲、交易和流轉(zhuǎn)，成為區(qū)塊鏈上的數(shù)字化資產(chǎn)[6，7]。利用區(qū)塊來記錄數(shù)字化資產(chǎn)及交易數(shù)據(jù)[8]，區(qū)塊鏈以實時方式實現(xiàn)價值轉(zhuǎn)移。區(qū)塊作為一種底層數(shù)據(jù)，記錄積分、證券、基金、保險、期貨、信托、資管和融資租賃等各種權(quán)利、資產(chǎn)及其交易。資產(chǎn)交易數(shù)據(jù)的分布式帳本存儲，包括交易雙方帳戶信息、交易時間點(diǎn)、交易量等數(shù)據(jù)，出讓方和受讓方以私鑰進(jìn)行電子簽名，確保安全。

區(qū)塊鏈利用程序代碼表達(dá)業(yè)務(wù)邏輯，包括資產(chǎn)證券化產(chǎn)品交易、積分互兌和固定收益證券交易等智能合約，金融資產(chǎn)交易相關(guān)方基于交易規(guī)則達(dá)成合約，實現(xiàn)合約的自動執(zhí)行，并通過區(qū)塊鏈技術(shù)相應(yīng)機(jī)制確保其運(yùn)行符合特定的法律和監(jiān)管要求。利用數(shù)字資產(chǎn)智能合約，將交易規(guī)則程序化、智能化，交易時匹配相關(guān)的合約，智能交易。

通過實用拜占庭容錯（PBFT）算法、權(quán)益證明（PoS）算法和股份授權(quán)證明（DPoS）算法等共識機(jī)制，對交易達(dá)成分布式共識。區(qū)塊鏈支持?jǐn)?shù)字資產(chǎn)信息流、資金流、資產(chǎn)流的流轉(zhuǎn)，讓資產(chǎn)流動起來，并提供數(shù)據(jù)信息的安全、不可篡改記錄，所有的資產(chǎn)流轉(zhuǎn)可以追蹤溯源[9]。

區(qū)塊鏈技術(shù)在資產(chǎn)數(shù)字化領(lǐng)域的應(yīng)用，優(yōu)化交易流程和記錄保存方式，大幅降低交易成本。區(qū)塊鏈技術(shù)其安全、透明和數(shù)據(jù)不可篡改的特性，使得金融體系間的信任模式不再依賴中介者，資產(chǎn)數(shù)字化業(yè)務(wù)“去中心化”，實現(xiàn)實時數(shù)字化交易和數(shù)字資產(chǎn)安全轉(zhuǎn)移[10-12]。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于資產(chǎn)數(shù)字化，相比于傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)，優(yōu)勢在于利用分布式帳本，解決各數(shù)字資產(chǎn)發(fā)行方、交易方的信用問題、安全問題，建立安全可信的數(shù)字交易平臺。區(qū)塊鏈在資產(chǎn)數(shù)字化的應(yīng)用能降低運(yùn)營成本，實現(xiàn)安全智能交易，提升運(yùn)營效率。資產(chǎn)數(shù)字化分布式賬本，實現(xiàn)資產(chǎn)數(shù)據(jù)不可篡改和可追溯性，提升資產(chǎn)的安全性[13-15]。通過資產(chǎn)數(shù)字化，積分兌換過程中利用區(qū)塊鏈技術(shù)，實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的價值轉(zhuǎn)移。

2.2 區(qū)塊鏈積分核心組件

區(qū)塊鏈積分核心技術(shù)組件包括共識機(jī)制、智能合約、加密算法、安全機(jī)制、存儲和通信等組件，實現(xiàn)一個圖靈完備的積分資產(chǎn)數(shù)字化區(qū)塊鏈技術(shù)平臺。

P2P、多播技術(shù)、分布式組網(wǎng)機(jī)制和數(shù)據(jù)傳播機(jī)制是各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)間通信的基礎(chǔ)，構(gòu)成通信組件。存儲是分布式賬本的載體，包括數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)、區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和區(qū)塊間Hash關(guān)聯(lián)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)等技術(shù)。非關(guān)鍵性數(shù)據(jù)和超出區(qū)塊大小限制的大文件可存儲于文件系統(tǒng)中。在去中心化分布式系統(tǒng)中針對區(qū)塊數(shù)據(jù)的有效性達(dá)成共識，是共識機(jī)制組件的功能。

通過數(shù)字簽名，驗證交易指令的有效性，實現(xiàn)數(shù)字資產(chǎn)交易有效性保障[16，17]。利用非對稱加密算法，公鑰和私鑰用于信息加密、數(shù)字簽名和用戶認(rèn)證[18]。哈希算法將原始數(shù)據(jù)摘要，校驗數(shù)據(jù)的完整性、一致性，防數(shù)據(jù)篡改。利用同態(tài)加密、零知識證明等隱私保護(hù)機(jī)制，防止隱私數(shù)據(jù)的泄露[19]，加密算法、哈希算法優(yōu)先采用國密算法。

核心應(yīng)用組件提供了針對區(qū)塊鏈應(yīng)用場景的功能組件，供應(yīng)用調(diào)用。允許使用編程的方式發(fā)行數(shù)字資產(chǎn)，支持通過配置腳本語言編寫智能合約。允許互聯(lián)網(wǎng)金融智能交易，支持能源互聯(lián)網(wǎng)交易安全自動執(zhí)行[20]。通過激勵機(jī)制促進(jìn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 區(qū)塊鏈積分核心技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯泄?jié)點(diǎn)參與的分布式賬本系統(tǒng)，特點(diǎn)是不可更改，不可偽造，記錄了其用戶的每一筆交易。通過這些信息，可以找到每一個地址，在歷史上任何一時間點(diǎn)所擁有的價值[21]。

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢淮褂妹艽a學(xué)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊組成的，每一個區(qū)塊都包含了上一個區(qū)塊的哈希值（Hash），從創(chuàng)始區(qū)塊開始連接到當(dāng)前區(qū)塊，形成塊鏈。

3.1 統(tǒng)一平臺

由共識網(wǎng)絡(luò)參與方組建一個統(tǒng)一的積分兌換交易平臺，負(fù)責(zé)發(fā)行通用積分資產(chǎn)。任何企業(yè)、商戶都可以申請API接口，接入統(tǒng)一積分平臺，平臺也因此獲得數(shù)量眾多的商家和消費(fèi)者。

3.2 跨商戶兌換積分與購買商品

以通用積分為媒介及支付方式，交易各行業(yè)、各商戶間積分與商品。

3.3 統(tǒng)一積分APP

消費(fèi)者無需登錄多個網(wǎng)站，只需要一個統(tǒng)一積分手機(jī)APP，就可以查詢到本人在各個行業(yè)、企業(yè)、商家的積分余額、兌換明細(xì)。通過APP通兌通用積分，在各商家間消費(fèi)。

3.4 分布式監(jiān)管

區(qū)塊鏈多中心共識網(wǎng)絡(luò)，積分發(fā)行方、積分接受方、積分兌換交易平臺，可以互相監(jiān)督，共同維護(hù)區(qū)塊鏈。

3.5 身份認(rèn)證

所有參與的角色，都擁有私鑰和公鑰，其中私鑰用于簽名和確認(rèn)操作，公鑰用于證明用戶身份。所有用戶都需要完成實名認(rèn)證，然后將用戶信息與公鑰一起交可信的第三方認(rèn)證CA機(jī)構(gòu)進(jìn)行綁定，確認(rèn)身份。

3.6 私鑰簽名

在區(qū)塊鏈積分系統(tǒng)內(nèi)，包括兌換積分、發(fā)送積分、結(jié)算等操作，都需要帳戶本人私鑰簽名確認(rèn)。

3.7 智能合約

智能合約自動執(zhí)行，自動兌換，自動結(jié)算，自動統(tǒng)計，大幅降低平臺人工運(yùn)營成本。

3.8 數(shù)據(jù)存證

用戶的公鑰地址與CA認(rèn)證記錄在區(qū)塊鏈上，作為身份證明，發(fā)行兌換等操作記錄都寫入?yún)^(qū)塊鏈，作為雙方交易的證明，數(shù)據(jù)存證。

4 區(qū)塊鏈積分產(chǎn)品

4.1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的積分交易流程

區(qū)塊鏈積分交易流程，如圖1所示。

區(qū)塊鏈積分平臺根據(jù)用戶的私密數(shù)據(jù)，生成私鑰、公鑰。

用戶簽約時，用私鑰對交易合同內(nèi)容簽名，然后發(fā)送給區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)到達(dá)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)檢查權(quán)限、驗證手續(xù)費(fèi)后，轉(zhuǎn)發(fā)交易數(shù)據(jù)給共識節(jié)點(diǎn)。

共識節(jié)點(diǎn)驗證交易合規(guī)后，將區(qū)塊信息寫入?yún)^(qū)塊鏈，并同步給區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)。

用戶通過區(qū)塊鏈瀏覽器，查詢節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊信息和交易信息。

4.2 區(qū)塊鏈積分架構(gòu)設(shè)計

區(qū)塊鏈平臺及應(yīng)用系統(tǒng)分為：區(qū)塊鏈服務(wù)層、區(qū)塊鏈應(yīng)用編程接口層、區(qū)塊鏈應(yīng)用層，如圖2所示。

區(qū)塊鏈服務(wù)層：接收交易數(shù)據(jù)，并完成加密、簽名、校驗、共識、查詢等操作，屬于區(qū)塊鏈基礎(chǔ)服務(wù)。服務(wù)層包括區(qū)塊鏈的共識節(jié)點(diǎn)以及提供給用戶查詢數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈只讀節(jié)點(diǎn)。達(dá)成共識的數(shù)據(jù)會被存儲在區(qū)塊鏈中，包括區(qū)塊數(shù)據(jù)、數(shù)字簽名、哈希值、Merkle樹等；區(qū)塊數(shù)據(jù)包括用戶信息、認(rèn)證信息、合同信息、資產(chǎn)信息、積分交易信息等。

區(qū)塊鏈應(yīng)用編程接口層：主要負(fù)責(zé)邏輯處理，提供各類API接口，如資產(chǎn)的發(fā)行、資產(chǎn)的掛牌、買賣雙方的資產(chǎn)撮合等。

區(qū)塊鏈應(yīng)用層：基于接口層的面向用戶的應(yīng)用，是區(qū)塊鏈的UI層。用戶在這里可以查看積分掛牌資產(chǎn)，積分交易交割資產(chǎn)等操作，以及在區(qū)塊鏈瀏覽器，用戶可查詢到區(qū)塊信息、合同信息等。

4.3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的積分通兌系統(tǒng)核心模塊

4.3.1 身份認(rèn)證系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)用戶的身份認(rèn)證和用戶公鑰的綁定。用戶的身份認(rèn)證由系統(tǒng)后臺認(rèn)證確 定，然后將認(rèn)證后的用戶信息，加上系統(tǒng)分配的用戶公鑰，通過接口傳遞給CA認(rèn)證中心，CA認(rèn)證中心簽名確認(rèn)用戶身份和用戶公鑰的綁定。完成身份認(rèn)證的用戶，關(guān)鍵操作必須本人簽名，不可偽造，不可篡改。

4.3.2 隱私保護(hù)系統(tǒng)

區(qū)塊鏈上存儲的數(shù)據(jù)是公開透明的，但對于有隱私需求的用戶來說，需予以隱私保護(hù)。所以在區(qū)塊鏈里，每個合同可有一個共享鑰，實現(xiàn)對合同內(nèi)容的加密，僅擁有共享鑰的用戶，才可以讀取到原始的合同信息。

用戶使用共享鑰對合同內(nèi)容加密，然后再對此加密數(shù)據(jù)簽名，證明本人操作。

只有用戶本人，以及其他擁有共享鑰的賬戶，有權(quán)查看合同的原始數(shù)據(jù)。

沒有共享鑰的用戶，在節(jié)點(diǎn)上看到的都是加密數(shù)據(jù)，無法讀取原始的合同數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)隱私保護(hù)。

4.3.3 存證、鑒證系統(tǒng)

對加上時間戳的區(qū)塊鏈的頭哈希值進(jìn)行簽名，分別存放到平臺區(qū)塊鏈上、司法鑒定聯(lián)盟的區(qū)塊鏈上、公網(wǎng)比特幣的區(qū)塊鏈上。司法鑒定中心作為信息安全鑒證的第三方機(jī)構(gòu)通過使用區(qū)塊鏈技術(shù)，將對用戶的區(qū)塊鏈頭哈希值做證據(jù)存證，提升了數(shù)據(jù)存證的安全水準(zhǔn)。

一旦客戶在區(qū)塊鏈上有業(yè)務(wù)糾紛，司法鑒定機(jī)構(gòu)只需驗證用戶原始數(shù)據(jù)的哈希值是否在區(qū)塊鏈的梅克爾樹中，即可迅速做出鑒定結(jié)果。

存證、鑒證系統(tǒng)保障區(qū)塊鏈積分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。

4.3.4 區(qū)塊鏈積分監(jiān)控

區(qū)塊鏈積分監(jiān)控系統(tǒng)，對積分交易列表、交易詳情、區(qū)塊數(shù)據(jù)等進(jìn)行監(jiān)控，如圖3所示。

5 結(jié)語

在分析了資產(chǎn)數(shù)字化與區(qū)塊鏈積分理論基礎(chǔ)上，研究了區(qū)塊鏈積分核心原理及技術(shù)，提出了區(qū)塊鏈積分產(chǎn)品設(shè)計、區(qū)塊鏈積分架構(gòu)設(shè)計及基于區(qū)塊鏈技術(shù)的積分通兌系統(tǒng)核心模塊設(shè)計，構(gòu)建出區(qū)塊鏈技術(shù)在積分系統(tǒng)中的應(yīng)用框架。

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①基金項目：國網(wǎng)電子商務(wù)科學(xué)技術(shù)資助項目“區(qū)塊鏈在國網(wǎng)電商互聯(lián)網(wǎng)金融服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”（B36802170047）。

作者簡介：朱興雄（1975-），男，漢族，湖南醴陵人，研究員，畢業(yè)于北京大學(xué)，獲軟件工程碩士學(xué)位，中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25656-2010《信息技術(shù) 中文Linux應(yīng)用編程界面（API）規(guī)范》主要起草人之一，主要從事互聯(lián)網(wǎng)金融、區(qū)塊鏈、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)等方面的研究；樊濤（1971-），男，高級工程師，工學(xué)碩士，碩士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)自動化、信息處理及平臺技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)安全、區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的研究；何清素（1977-），男，湖南道縣人，高級工程師，EMBA，主要從事物聯(lián)網(wǎng)、信息通信、電力系統(tǒng)自動化、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的研究。