盧光宏 周國浩 許駿洲 潘海楠 丁旋 段春暉

摘要：電子發(fā)票和財政電子票據(jù)（電子票）在人們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在，然而當前電子票對用戶而言仍然存在著管理困難、歸集過程復雜、易重復查驗、難以控制等問題。提出基于郵件解析的區(qū)塊鏈電子票夾系統(tǒng)，主要服務于報銷者與財務人員。目前電子票普遍支持郵箱接收，而一般郵箱不具備電子票信息解析功能，難以進行查閱管理。因此，自主研發(fā)一套郵箱服務系統(tǒng)，專門接收含電子票文件或鏈接的郵件，并能將電子票關鍵信息準確解析出來，發(fā)送至電子票夾應用平臺。電子票夾應用平臺支持Web網(wǎng)頁與小程序的可視化顯示，方便用戶查看與管理電子票，同時支持一站式報銷和入賬。電子票每一次狀態(tài)變更都會同步記錄到區(qū)塊鏈上，以保證電子票信息的完整性、唯一性與可追溯性。

關鍵詞：區(qū)塊鏈;電子票;電子票解析;郵箱服務

DOI： 10. 11907/rjdk.192536

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP399

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7800（2020）001-0211-05

0 引言

發(fā)票和財政票據(jù)在人們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在。發(fā)票是指一切單位和個人在購銷商品、提供或接受服務以及從事其它經(jīng)營活動過程中，所開具與收取的業(yè)務憑證，是會計核算的原始依據(jù)，也是審計機關、稅務機關執(zhí)法檢查的重要依據(jù)，人們?nèi)ド坛琴徫铩⒊俗鲎廛?、或去酒店住宿等?jīng)常會收到發(fā)票;財政票據(jù)是指由財政部門監(jiān)（?。┲?、發(fā)放與管理，國家機關、事業(yè)單位、具有公共管理或服務職能的社會團體以及其它組織依法收取政府非稅收入，或者在從事非營利性活動收取財物時，向公民、法人和其它組織開具的憑證，人們繳納學費、醫(yī)療支出、公益捐贈等都會收到財政票據(jù)。電子票則將傳統(tǒng)紙質(zhì)發(fā)票和財政票據(jù)電子化，可實現(xiàn)相同功能。電子票的出現(xiàn)解決了紙質(zhì)票保管不便、容易丟失、成本較高等缺點，將成為未來發(fā)展趨勢。

從政策方面看，對于電子發(fā)票，2015年11月，國家稅務總局發(fā)布《關于推行通過增值稅電子發(fā)票系統(tǒng)開具的增值稅電子普通發(fā)票有關問題的公告》，要求推行增值稅電子發(fā)票系統(tǒng)開具的增值稅電子普通發(fā)票[1];2017年3月，國家稅務總局發(fā)布《關于進一步做好增值稅電子普通發(fā)票推行工作的指導意見》，高度重視電子發(fā)票推行工作，并規(guī)范電子發(fā)票服務平臺建設[2]。對于財政電子票據(jù)，2018年11月，國家財政部發(fā)布《關于全面推開財政電子票據(jù)管理改革的通知》，需要貫徹“互聯(lián)網(wǎng)+政務服務”要求，提升財政票據(jù)監(jiān)管效能，全面推開財政電子票據(jù)管理改革[3];2019年7月，國家財政部發(fā)布《關于全面推行醫(yī)療收費電子票據(jù)管理改革的通知》，要求全面推行醫(yī)療收費電子票據(jù)管理改革，規(guī)范全國統(tǒng)一醫(yī)療收費票據(jù)填列，進一步強化保障措施[4]。

從市場方面看，對于電子發(fā)票，如今包括淘寶、京東、亞馬遜等知名購物平臺已經(jīng)全面支持電子發(fā)票。高燈科技副總裁兼CTO楊光說：“中國2018年狹義的發(fā)票體量大概接近1千億張，實際上開具的電子發(fā)票僅占5%，電子發(fā)票市場潛力十分巨大?！?018年我國電子發(fā)票開具數(shù)量達到32.7億張，預計2022年將達到545.5億張[5]。對于財政電子票據(jù)，2017年9月1日，華僑大學財政電子票據(jù)管理系統(tǒng)正式上線，并成功開具了該單位第一份財政電子票據(jù)，截至2018年4月底，各中央高校共開具財政電子票據(jù)43萬份，涉及資金45億元[6]。2019年5月24日，北京大學第一醫(yī)院成功開出第一張醫(yī)療門診收費電子票據(jù)，這是首張中央在京三甲醫(yī)院開出的醫(yī)療收費電子票據(jù)，中央單位醫(yī)療收費電子票據(jù)改革推進工作由此開始[7]。

雖然電子票的發(fā)展非常迅速，但仍存在著一些亟需解決的問題，這些問題主要面向報銷者和財務人員。對于報銷者而言，主要存在以下問題：①歸集困難。電子票通常存儲在個人郵箱、微信卡包、支付寶發(fā)票管家、百望，航信網(wǎng)等應用中，查看與管理比較困難;②報銷過程復雜。用戶報銷時需要將電子票打印出來，程序繁瑣，目前尚難以實現(xiàn)無紙化報銷;③難以控制。用戶難以知曉報銷狀態(tài)，有時還會出現(xiàn)重復報銷的情況，從而帶來許多不必要的麻煩。對于財務而言，主要存在以下問題：①操作繁瑣。需要處理各種不同的紙質(zhì)原票和打印票;②查驗冗余。為防止重復報銷，確認合法性，對于每一張票都要仔細查驗;③管理困難。一般需通過財務軟件或Excel手動錄入數(shù)據(jù)，管理過程比較復雜。

1 研究現(xiàn)狀

自國家大力推行電子票應用以來，國內(nèi)學者即開始對電子票展開研究。近年來面向發(fā)票管理平臺的研究層出不窮[8-9]，這些研究雖然保證了電子票系統(tǒng)的魯棒性與高效性，但仍然需要用戶手動錄入信息、手工查驗，用戶體驗不佳。同時研究者們在票據(jù)方面也進行了相關探索，一些研究為了省去手動錄入的繁瑣操作，使用Tesseract-OCR文字識別技術實現(xiàn)紙質(zhì)票據(jù)文檔的信息提取，但仍需要手動拍照上傳，并且準確率不是很高，難以達到財務工作要求[10]。

上述系統(tǒng)只是解決了電子票數(shù)字化的問題，電子票本身是否可信則需要進行查驗。對于發(fā)票而言，國內(nèi)有全國增值稅發(fā)票查驗平臺，但是查驗需要安裝根證書，并且每一張票都有查驗數(shù)量限制;對于財政票據(jù)而言，各地方都有各自的查驗平臺，因而難以解決多地報銷問題。所以目前一些研究創(chuàng)新地使用區(qū)塊鏈技術[11]實現(xiàn)全流程上鏈，各地方信息共享，同時區(qū)塊鏈技術優(yōu)化了數(shù)字票據(jù)交易與結(jié)算流程。

區(qū)塊鏈技術來源于2008年中本聰[12]發(fā)表的關于比特幣的論文，該論文創(chuàng)造性地提出了區(qū)塊鏈技術。區(qū)塊鏈技術能夠?qū)崿F(xiàn)多方數(shù)據(jù)共享且不可篡改，并實現(xiàn)比特幣交易記賬，但難以支持更加復雜的交易類型。因此，以太坊應運而生[13]，以太坊對腳本、競爭幣和鏈上元協(xié)議概念進行整合，使得開發(fā)者可以創(chuàng)建任意基于共識、具有高擴展性、標準、特性完備、便于開發(fā)與協(xié)同的應用（智能合約）。使用以太坊智能合約即可實現(xiàn)電子票流轉(zhuǎn)業(yè)務，但以太坊屬于公鏈，每個人都參與共識，其處理速度無法滿足電子票業(yè)務場景。若需要少數(shù)節(jié)點共識可以選擇聯(lián)盟鏈，目前流行的聯(lián)盟鏈有Hyperledger Fabric[14-15]、FISCO BCOS[16]、Cor-da[17]等，其處理速度普遍較快，且可以實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)互通。

上述方案可以解決電子票的大部分問題，但依然難以歸集所有電子票。目前用戶電子票可能存在于各個平臺中，如支付寶發(fā)票管家[18]、微信卡包[19]等，但各平臺中的數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一，導致用戶使用非常不便。因此，本文通過郵箱服務歸集全量的電子票。

2 研究內(nèi)容

針對上述問題，一種理想解決方案是打通所有業(yè)務系統(tǒng)、財務軟件、國稅/財政電子票管理系統(tǒng)，從而使電子票能夠全量歸集、自動報銷、統(tǒng)一管理，以便在最大程度上提升用戶體驗，但需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進行整體調(diào)整與改造，需要耗費大量時間、精力和財力。本文將通過一個電子票夾平臺，用更簡單、成本更低、更便捷的方式解決以上問題。本文目標為電子票全量歸集、自動錄入、一站式報銷、全過程可追溯與信息綜合管理。

（1）全量歸集。目前大多數(shù)電子票據(jù)平臺都支持通過郵件形式開具票據(jù)，為了能夠以成本最低的方式歸集所有電子票，本系統(tǒng)使用郵件服務的方式接收用戶電子票據(jù)，以實現(xiàn)對電子票據(jù)的全量歸集。

（2）自動錄入。手動錄入電子票據(jù)信息往往會出現(xiàn)錄入錯誤等問題，系統(tǒng)希望在接收到電子票據(jù)后能夠自動解析出其中的關鍵信息，并將電子票據(jù)信息與報銷信息自動錄入到區(qū)塊鏈上。

（3）一站式報銷。傳統(tǒng)報銷周期過長，本系統(tǒng)希望能夠?qū)崿F(xiàn)一站式報銷功能，不需要打印票據(jù)，也不需要與財務人員當面交流，從而節(jié)約報銷者和財務人員時間。

（4）全過程可追溯。采用電子票據(jù)代替紙質(zhì)票據(jù)后，容易出現(xiàn)重復報銷等問題，希望通過將電子票信息與報銷狀態(tài)存入?yún)^(qū)塊鏈中，從而解決重復報賬、真?zhèn)尾轵灥葐栴}，保證電子票的可追溯性。

（5）信息綜合管理。將所有電子票據(jù)信息歸集到平臺后，希望給用戶提供相應的可視化界面，令其能夠更方便地對電子票進行管理。

3 總體設計

3.1 設計思路

目前電子票普遍支持郵箱接收，而一般郵箱不具備電子票信息解析功能，難以進行查閱與管理。因此，本文研發(fā)一套郵箱服務系統(tǒng)，專門用于接收電子票郵件，并將關鍵信息解析出來，發(fā)送至電子票夾應用平臺。電子票夾應用平臺支持Web網(wǎng)頁與小程序展示，方便用戶查看與管理電子票，同時支持一站式報銷和人賬。電子票每一次狀態(tài)變更都會同步記錄到區(qū)塊鏈上，以保證電子票信息的完整性、唯一性與可追溯性。整體設計思路如圖1所示。

3.2 業(yè)務流程

為實現(xiàn)上述目標，根據(jù)實際業(yè)務流程對系統(tǒng)進行解讀，如圖2所示。

詳細業(yè)務流程如下：

（1）申請郵箱。用戶首先需要注冊一個賬號，注冊成功后，系統(tǒng)會根據(jù)輸入用戶名自動生成一個郵箱地址，通過該郵箱地址或手機號登錄平臺。

（2）取票。商家將電子票通過郵件方式發(fā)送給報銷人注冊的郵箱，郵箱收到郵件后會對電子票進行自動解析。解析的電子票詳細信息會被記錄在應用平臺上，同時在電子票夾區(qū)塊鏈中進行存證。

（3）報銷。報銷者登錄賬號后即可看到待處理的電子票，然后將其發(fā)送給財務進行報銷，電子票轉(zhuǎn)交信息會記錄到區(qū)塊鏈上。

（4）入賬。財務登錄賬號后會看到待處理的電子票詳細信息，如果核對無誤，財務將給報銷人轉(zhuǎn)賬并將電子票狀態(tài)置為已報銷，該過程同樣也會存證上鏈。

整個業(yè)務過程可追溯，詳細流程如圖3所示。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 整體架構(gòu)

系統(tǒng)核心模塊主要有電子票夾前端UI、郵件處理模塊、電子票解析引擎、電子票夾后端服務、狀態(tài)數(shù)據(jù)庫、區(qū)塊鏈對接模塊與區(qū)塊鏈。其中，電子票夾前端UI向用戶展示信息，方便用戶操作;郵件處理模塊接收外部郵箱服務傳來的電子票郵件，并將其中的電子票提取出來發(fā)送給電子票解析引擎進行解析;電子票夾后端服務處理來自電子票夾前端UI與電子票解析引擎的請求，與系統(tǒng)其它部分進行數(shù)據(jù)交互;狀態(tài)數(shù)據(jù)庫負責存儲用戶與票夾數(shù)據(jù)，并支持復雜查詢;區(qū)塊鏈對接模塊將底層與區(qū)塊鏈交互邏輯進行業(yè)務封裝，對電子票進行信息存證，并與狀態(tài)數(shù)據(jù)庫保持數(shù)據(jù)同步。系統(tǒng)具體架構(gòu)如圖4所示。

4.2 模塊設計

（1）電子票夾前端UI。目前已支持采用網(wǎng)頁和小程序形式呈現(xiàn)，用戶收到帶有電子票的郵件后，即可在頁面上看到電子票信息詳情，可以很方便地進行電子票的篩選、查詢、轉(zhuǎn)發(fā)、報銷、入賬等操作。該模塊使用React框架[20]與Ant Design實現(xiàn)，通過HTTPS協(xié)議與電子票夾后端服務進行JSON格式的數(shù)據(jù)交互。

（2）郵件處理模塊。該模塊支持郵件接收，同時在收到含有電子票的郵件之后，模塊會立即搜索電子票所在位置，可能是在附件中，也可能在某個鏈接中，之后模塊會提取這些信息發(fā)送給電子票解析引擎。該模塊使用Postfix與Dovecot[2l實現(xiàn)。

（3）電子票解析引擎。該模塊會對電子票進行解析，提取電子票中的關鍵信息，便于數(shù)據(jù)存儲與統(tǒng)計。該模塊使用Python實現(xiàn)，通過HTTPS協(xié)議與電子票夾后端服務進行JSON格式的數(shù)據(jù)交互。本文使用基于字符位置的電子發(fā)票解析方案，目前較為流行的電子發(fā)票信息解析提取技術為OCR識別技術，該技術利用光學字符識別技術提取圖片上的文字內(nèi)容。阿里、百度、騰訊、華為等公司都基于OCR技術提供了一系列服務，但該技術需要先將PDF格式的電子發(fā)票轉(zhuǎn)化為圖片格式，可能會導致分辨率降低，從而降低識別準確率。本文通過直接提取PDF的方式則可以避免轉(zhuǎn)化過程，提高識別準確率。本方案通過提取發(fā)票信息中的字符位置，然后根據(jù)位置信息進行劃分，并將字符進行重組。

本文采用上述方法直接對所有電子票進行解析，即可非常清晰、完整地獲得所有信息。

（3）電子票夾后端服務。電子票夾后端服務接收電子票夾前端UI與電子票解析引擎發(fā)送的請求，并根據(jù)請求內(nèi)容進行電子票信息存證或信息查詢。電子票夾后端服務使用Java語言與Spring Boot框架實現(xiàn)。

（4）狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。狀態(tài)數(shù)據(jù)庫負責存儲用戶與電子票數(shù)據(jù)。狀態(tài)數(shù)據(jù)庫采用MvSQL，并利用Hibernate框架實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查。

（5）區(qū)塊鏈對接模塊。區(qū)塊鏈對接模塊封裝了底層與區(qū)塊鏈交互的部分，向上提供電子票存證、轉(zhuǎn)發(fā)、報銷、人賬、查詢等多種業(yè)務接口。該模塊通過}昆合加密方式保證電子票的授權訪問，即只有參與方才能對電子票進行解密讀取。同時與狀態(tài)數(shù)據(jù)庫保持信息同步，并緩存鏈上狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫擁有同步數(shù)據(jù)后，即可更方便地提供全面的檢索功能。該模塊使用Java語言編寫。

（6）區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈模塊采用4個節(jié)點的聯(lián)盟鏈實現(xiàn)，主要提供電子票存證與查詢接口。部署的智能合約使用Solidity編寫，合約中主要包含單位注冊、電子票開具、電子票沖紅、電子票打印、電子票入賬、交易鏈上信息查詢、電子票詳情查詢等接口，同時也會對各個交易請求進行校驗，確保電子票的規(guī)范化。

5 系統(tǒng)界面

由于系統(tǒng)主要分為郵箱服務系統(tǒng)、電子票夾平臺、電子票夾區(qū)塊鏈3個模塊，所以界面展示部分也按照這3個模塊進行介紹。

5.1 郵箱服務系統(tǒng)

郵箱服務系統(tǒng)在收到郵件后會進行自動解析，得到電子票上的全部信息，并以JSON格式輸出。

5.2 電子票夾平臺

平臺可分為3大模塊：首頁、用戶模塊、電子票模塊。首頁有平臺基本介紹，以及用戶當前狀態(tài)可進行的一些基本操作;用戶模塊包括注冊頁面、登錄頁面以及用戶個人信息頁面。在個人信息頁面中，用戶可查看自己的郵箱、手機號碼、注冊時間以及所有電子票。電子票模塊暫時以電子發(fā)票為例進行展示，包括“我的發(fā)票”和“曾有發(fā)票”頁面。對于用戶當前所有發(fā)票，用戶可在“我的發(fā)票”頁面查看;對于轉(zhuǎn)發(fā)給別人的發(fā)票，用戶可在“曾有發(fā)票”頁面查看，如圖5所示。

在“我的發(fā)票”頁面，用戶可選擇一張或多張發(fā)票，點擊轉(zhuǎn)發(fā)按鈕將這些發(fā)票轉(zhuǎn)發(fā)給別人，或者點擊人賬按鈕將這些發(fā)票入賬。

5.3 電子票夾區(qū)塊鏈

可以在區(qū)塊鏈瀏覽器上查找到交易hash對應詳情，如圖6所示。

6 結(jié)語

本文研發(fā)的系統(tǒng)將郵箱服務與電子票相結(jié)合，便于用戶管理與歸集電子票。同時，本系統(tǒng)將區(qū)塊鏈技術與電子票據(jù)相結(jié)合，通過將報銷過程的每個步驟記錄在區(qū)塊鏈中，避免了重復報銷與虛假報銷的風險，保證了電子票可信、可查、可控、可溯源。系統(tǒng)學習成本低、解析準確率高，且自動化上鏈、歸集管理方便，用戶報銷簡便、全過程可追溯，因此具有巨大的市場潛力。

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（責任編輯：黃?。?/p>

作者簡介：盧光宏（1996-），男，清華大學軟件學院碩士研究生，研究方向為安全計算;周國浩（1996-），男，清華大學軟件學院碩士研究生，研究方向為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡安全;許駿洲（1998-），男，清華大學軟件學院碩士研究生，研究方向為智能合約的形式化驗證;潘海楠（1989-），男，清華大學軟件學院碩士研究生，研究方向為增量學習;丁旋（1986-），男，博士，清華大學軟件學院助理研究員，研究方向為隱私保護、安全計算;段春暉（1992-），女，博士，清華大學軟件學院博士后，研究方向為RFID。