章慶 ，高劍 ，秦啟強 ，尹可挺

1. 上海金融期貨信息技術(shù)有限公司創(chuàng)新實驗室，上海 200122

2. 浙江大學軟件學院，浙江 杭州 310027

引 言

近年來，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)上升至國家戰(zhàn)略，其集成應用在產(chǎn)業(yè)變革和科技革新中的地位舉足輕重。一方面，區(qū)塊鏈應用從數(shù)字資產(chǎn)[1]向金融[2]、電子商務[3]和軍事[4]等領(lǐng)域延伸。政府部門、金融機構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈企業(yè)順應技術(shù)潮流，加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，積極推進區(qū)塊鏈和經(jīng)濟社會融合發(fā)展，開展區(qū)塊鏈政務[5]、區(qū)塊鏈金融[6-7]等服務實踐。另一方面，區(qū)塊鏈被納入我國的新基建領(lǐng)域，技術(shù)迭代加速，商業(yè)和開源區(qū)塊鏈平臺涌現(xiàn)，包括：微眾銀行、萬向區(qū)塊鏈和矩陣元研發(fā)BCOS（Block Chain Open Source）[8]；國家信息中心、 中國移動、中國銀聯(lián)和北京紅棗科技合作BSN（Blockchain-based Service Network）[9]；趣鏈科技區(qū)塊鏈底層Hyperchain[10]以及螞蟻集團新晉級的螞蟻鏈等。全球權(quán)威IT 研究與咨詢公司Gartner 在2019年9月發(fā)布區(qū)塊鏈業(yè)務技術(shù)成熟度曲線，表明全球背景下區(qū)塊鏈落地節(jié)奏加快，更多行業(yè)邁入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新觸發(fā)階段（圖1）。

1 我國債券市場格局

1.1 債券市場現(xiàn)狀

圖1 2019年區(qū)塊鏈業(yè)務技術(shù)成熟度曲線（來源：Gartner，2019年9月）Fig.1 Hyper Cycle for Blockchain Business (Gartner, September 2019)

圖2 我國債券市場格局（來源：上證債券信息網(wǎng)，2020年2月）Fig.2 China’s bonds market (China Bonds, Feburary 2020)

債券市場是發(fā)行、登記、交易、托管、清算和結(jié)算債券的場所，是國家金融體系重要一環(huán)。我國高度重視發(fā)展債券市場并不斷創(chuàng)新，形成場外市場為主體、場內(nèi)市場為補充的債券市場格局（圖2）。場外市場即全國銀行間同業(yè)拆借中心和銀行柜臺，場內(nèi)市場即上海證券交易所（簡稱上交所）和深圳證券交易所（簡稱深交所）。場內(nèi)、場外市場相互獨立、分割封閉，既不能跨市場發(fā)行、登記和交易債券，也無法實現(xiàn)跨界托管、清算和結(jié)算。

現(xiàn)下債券發(fā)行主體和交易主體眾多，金融中介活躍。債券信息披露結(jié)構(gòu)復雜，涉及債券發(fā)行主體、債券抵押及擔保等信息。信息在機構(gòu)間周轉(zhuǎn)，難以保障信息傳遞的準確性、真實性和有效性；多方人工復核還會提升交易成本，降低交易效率。

隨著各交易場所競爭日趨激烈，場外、場內(nèi)市場的界限日益模糊。銀行間市場與交易所市場界限主要在于市場組織形式和監(jiān)管程度[11]。如何通過配套的基礎(chǔ)設施和制度設計統(tǒng)一場內(nèi)、場外市場，建設我國競爭充分、機制健全、良性互動的債券市場，一直是專家們討論的焦點[12]。

1.2 區(qū)塊鏈在債券市場的潛能

區(qū)塊鏈是信息和價值流治理的綜合性IT 基礎(chǔ)設施，具有防篡改、可追溯、智能合約自動執(zhí)行等特性。區(qū)塊鏈助力信用體系建設、賦能資本市場平臺化轉(zhuǎn)型將為傳統(tǒng)金融業(yè)務注入新動能。具體而言，區(qū)塊鏈將為債券市場帶來以下變化。

（1）降低交易成本，提升市場透明度

區(qū)塊鏈賬本面向全網(wǎng)節(jié)點公開、可驗證，交易者可查看市場公開詢價、廣播自身報價。傳統(tǒng)債券信息披露要求高、難度大且成本高，區(qū)塊鏈可減少中間環(huán)節(jié)，降低信息流轉(zhuǎn)成本。區(qū)塊鏈各節(jié)點獨立核驗信息，可降低機構(gòu)間信息不對稱性，提升債券市場透明度。

（2）實現(xiàn)信息、資金流融合，降低結(jié)算風險

在傳統(tǒng)金融交易系統(tǒng)中，清算網(wǎng)絡需要在交易網(wǎng)絡日結(jié)后，傳送銀行之間當日網(wǎng)絡交易清算凈額的資金劃撥信息。區(qū)塊鏈具有交易即清算特性，各節(jié)點存有最新賬本副本，每筆交易即時計算并對賬，可減少清算時間，降低結(jié)算失敗風險[13]。在實時清算基礎(chǔ)上，對接債券賬戶和銀行賬戶完成券款劃轉(zhuǎn)，可提高資金和債券流轉(zhuǎn)效率。

（3）利用智能合約提高業(yè)務自動化水平

智能合約是一段計算機協(xié)議或代碼，旨在以信息化方式傳播、驗證或執(zhí)行合同約定。智能合約在無權(quán)威中心和人工干預下進行可信交易，交易結(jié)果可追溯、不可逆轉(zhuǎn)。在債券發(fā)行或交易時嵌入智能合約，可實現(xiàn)自動計算、訂單支付和贖回等操作，提升債券產(chǎn)品和業(yè)務的自動化水平[14]。

2 國內(nèi)外債券交易平臺介紹

2.1 國外債券交易平臺

國外債券交易平臺圍繞客戶需求形成兩種商業(yè)模式（圖3）。一種是交易商向客戶提供各種債券買賣、產(chǎn)品設計和交易服務，形成交易商對客戶的市場（Dealer to Customer，D2C），以美國彭博（Bloomberg）為代表。彭博采用報價驅(qū)動交易機制，為客戶提供專業(yè)的交易及成本分析。另一種是交易商直接聯(lián)系或通過交易商間經(jīng)紀商（Interdealer broker，IDB）間接聯(lián)系，形成交易商間市場（Dealer to Dealer，D2D），以滿足交易商處理債券庫存和對沖風險的需求，以美國BrokerTec 為代表。BrokerTec 采用訂單驅(qū)動交易機制，為客戶提供訂單管理、交易分析、風險管理、清算交割等功能。此外，還 有 以 歐 洲MTS（Eurobonds Mobile TeleSystems）為代表的綜合性平臺。MTS 建立起多層次債券市場，同時涵蓋D2D 和D2C 市場，被稱為“歐洲債券交易所”。

圖3 境外債券交易平臺組織框架Fig.3 Architecture of overseas bonds trading platform

2.2 我國債券交易平臺

我國銀行間市場依托中國外匯交易中心電子平臺；交易所債券市場依托上交所固定收益證券綜合電子平臺和深交所綜合協(xié)議交易平臺。此外，中國外匯交易中心和香港交易所共建債券通平臺。

宏觀上，中國外匯交易中心平臺參與主體是商業(yè)銀行，交易規(guī)模更大、品種更豐富；滬深交易所平臺品種少、體量小。微觀上，滬深交易所平臺交易機制更豐富、結(jié)算機制更有效、信息披露更嚴格、市場透明度更高。債券通平臺是內(nèi)地與香港的創(chuàng)新合作，主要服務國際投資者投資內(nèi)地債券市場。

美國債券市場呈現(xiàn)“多頭交易、集中清算、兩頭托管”的特征，集中架構(gòu)更適合美國債券登記、托管和交易現(xiàn)狀。由于歷史原因，我國銀行間和交易所市場割裂，上位法、主管機構(gòu)和發(fā)行準入標準存在差異，機構(gòu)間各自建設集中式系統(tǒng)不利于形成統(tǒng)一市場和統(tǒng)一價格，債券登記托管、交易和清算等基礎(chǔ)設施亟待整合。

3 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的債券平臺架構(gòu)設計

3.1 聯(lián)盟區(qū)塊鏈簡介

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.4 Architecture of blockchain system

聯(lián)盟區(qū)塊鏈漸成我國區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)融合的主流選型。金融科技企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈公司不斷發(fā)起產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、建立行業(yè)標準，例如：微眾銀行等發(fā)起金融區(qū)塊鏈合作聯(lián)盟（簡稱金鏈盟），以BCOS 為基礎(chǔ)打造公眾聯(lián)盟區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設施，賦能分布式商業(yè)；中證機構(gòu)間報價公司等發(fā)起中國分布式總賬基礎(chǔ)協(xié)議聯(lián)盟（簡稱ChinaLedger 聯(lián)盟），借鑒以太坊自主研發(fā)分布式總賬技術(shù)體系[15]；2020年4月，IBM、華為和騰訊等在重慶發(fā)起區(qū)塊鏈應用創(chuàng)新聯(lián)盟?？偨Y(jié)金融區(qū)塊鏈應用，只有聯(lián)盟區(qū)塊鏈同時滿足《金融分布式賬本技術(shù)安全規(guī)范》[16]和《區(qū)塊鏈技術(shù)金融應用評估規(guī)則》[17]的落地要求。本文基于區(qū)塊鏈底層平臺Hyperchain 進行設計，以滿足系統(tǒng)對交易性能、隱私保護等方面的需求。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)設計

經(jīng)過長期實踐，聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)趨于穩(wěn)定。采用Hyperchain 底層，本文將債券登記托管和交易報告平臺劃分為三層：分布式賬本服務層、債券服務層和接口層（圖4）。分布式賬本服務層以云平臺為物理依托，提供包括共識算法、P2P 網(wǎng)絡、異構(gòu)存儲以及智能合約引擎，負責交易執(zhí)行、共識和可信存儲。債券服務層在分布式賬本服務層之上，負責提供聯(lián)盟治理、身份認證、數(shù)據(jù)管理、電子合同、智能合約和交易報告等服務。接口層為外部系統(tǒng)提供訪問和開發(fā)入口。

3.3 系統(tǒng)共識機制

共識機制是分布式賬本正常運行的核心規(guī)則，也是本文重點研究對象。Hyperchain 支持無惡意節(jié)點的分布式一致性算法RAFT，也支持不超過1/3 惡意節(jié)點的RBFT（Robust Byzantine Tolerance）。本文最終選用NoxBFT 共識機制（圖5）。

假定區(qū)塊鏈是安全、可靠的點對點網(wǎng)絡，其節(jié)點消息傳遞的延遲存在上限，NoxBFT 共識機制的共識過程如下：

第一步，交易發(fā)起和廣播。副本節(jié)點在收到客戶端交易后，存入節(jié)點交易緩存池，并廣播交易。其他副本節(jié)點在收到新交易后，首先進行去重判斷，剔除重復交易之后同樣將其放入本地交易緩存池。系統(tǒng)共識過程開始。

圖5 系統(tǒng)共識機制：NoxBFTFig.5 Procedure of NoxBFT consensus

第二步，第一次提案。當前輪值主節(jié)點（副本節(jié)點1）負責打包交易，從其交易緩存池取出若干交易并打包成批處理，封裝成一個提案并廣播。

第三步，第一次投票。其他副本節(jié)點監(jiān)聽到第一次提案的廣播后，獨立驗證該提案的合法性。驗證通過后，如果滿足安全性提交規(guī)則，則提交區(qū)塊，并在區(qū)塊執(zhí)行完之后將涉及的交易從交易緩存池中移除。同時，副本節(jié)點將帶有簽名的投票信息發(fā)送至第二輪的主節(jié)點。主節(jié)點的選擇根據(jù)網(wǎng)絡延遲情況順序輪值，以確保在網(wǎng)絡抖動時不會頻繁切換到網(wǎng)絡延遲高的副本節(jié)點。如果超過1/3 副本節(jié)點驗證不通過，則等待下一輪提案。

第四步，第二次提案。本輪主節(jié)點（副本節(jié)點3）收到其他副本節(jié)點投票之后，開始下一輪打包，并將打包后的批處理廣播。

第五步，重復第三步、第四步，直到超時。系統(tǒng)共識過程結(jié)束。

NoxBFT 共識機制是一個基于主節(jié)點的拜占庭容錯共識機制。在區(qū)塊鏈節(jié)點數(shù)量為n 時，NoxBFT共識機制可以容納數(shù)量為n/3 的惡意節(jié)點；通過流水線并發(fā)的方式共識執(zhí)行，其通訊復雜度為O(n)。

3.4 系統(tǒng)節(jié)點角色與權(quán)限管理

根據(jù)債券市場結(jié)構(gòu)，本文將系統(tǒng)節(jié)點劃分為共識節(jié)點、記賬節(jié)點。共識節(jié)點參與共識并出塊，記賬節(jié)點維護賬戶數(shù)據(jù)完整性并穩(wěn)定地同步區(qū)塊。

為實現(xiàn)業(yè)務邏輯和系統(tǒng)操作分離，系統(tǒng)劃分多種角色，包括：系統(tǒng)管理員、審計管理員、節(jié)點管理員、合約管理員、普通用戶和輕量級用戶（圖6）。其中，系統(tǒng)管理員負責聯(lián)盟鏈的協(xié)議、成員管理和配置管理；審計管理員負責債券業(yè)務的合規(guī)性監(jiān)管；節(jié)點管理員負責本節(jié)點數(shù)據(jù)與配置管理；合約管理員負責智能合約的部署、更新和維護；普通用戶負責各項債券業(yè)務操作；輕量級用戶代表中小投資者，只有債券交易權(quán)限。所有用戶均可查看公開賬本，管理員在身份認證通過后可使用區(qū)塊鏈賬戶及SDK 完成聯(lián)盟公共賬本的敏感操作。

圖6 系統(tǒng)賬戶角色Fig.6 System accounts

4 系統(tǒng)詳細設計

4.1 業(yè)務設計

（1）債券登記托管

銀行間和交易所市場集中化管理機構(gòu)包括中國證券登記結(jié)算有限公司（簡稱中證登）、中央國債登記結(jié)算有限責任公司（簡稱中債登）、商業(yè)銀行和上海清算所（簡稱上清所）。中證登托管交易所市場參與者債券資產(chǎn)，中債登托管銀行間市場參與者債券資產(chǎn)，商業(yè)銀行托管銀行柜臺市場參與者債券資產(chǎn)，上海清算所提供本外幣清算服務。

本文提出一種分層登記托管模式，中證登、中債登和上清所作為一級托管人，集中登記、托管并完成清算和結(jié)算，對接證券公司和商業(yè)銀行等機構(gòu)；證券公司、商業(yè)銀行等作為二級托管人，對交易所市場和商業(yè)銀行柜臺系統(tǒng)的投資人進行登記、托管，并受托完成清算和結(jié)算（圖7）。

圖7 債券分級登記托管Fig.7 Two layer bonds registration

圖8 債券詢價交易Fig.8 Bonds bid and ask

（2）債券交易

銀行間市場交易方式為詢價交易，即自主談判、逐筆成交；交易所市場采取集中競價撮合和詢價交易相結(jié)合的做法。2019年，上海證券交易所已開展聯(lián)盟區(qū)塊鏈技術(shù)應用于證券撮合系統(tǒng)的研究，并提出高性能撮合系統(tǒng)解決方案[18]。本文重點關(guān)注詢價交易模型的區(qū)塊鏈解決方案（圖8）。

第一步，交易員詢價。交易員通過聯(lián)盟區(qū)塊鏈網(wǎng)絡尋找交易對手方。交易過程開始。

第二步，確認交易要素。意向性對手方確定以后，雙方就債券價格進行討價還價，并就數(shù)量、期限、結(jié)算方式等要素協(xié)商達成一致。

第三步，通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡發(fā)送報價。交易要約達成以后，交易員向?qū)κ址桨l(fā)送報價，包括交易方向、品種、數(shù)量、期限、結(jié)算方式等。

第四步，確認交易，生成成交意向單。對手方確認要素無誤后，點擊成交。交易過程由債券登記托管機構(gòu)等共同見證。交易過程結(jié)束。

4.2 聯(lián)盟治理

（1）行業(yè)聯(lián)盟發(fā)起

行業(yè)聯(lián)盟是聯(lián)盟自治和行業(yè)自律的基礎(chǔ)。行業(yè)聯(lián)盟由監(jiān)管機構(gòu)、交易場所、自律協(xié)會、增值服務機構(gòu)、登記結(jié)算機構(gòu)和見證機構(gòu)等共同發(fā)起（圖9）。其中，監(jiān)管機構(gòu)是中國證監(jiān)會和中國人民銀行，聯(lián)合對區(qū)塊鏈市場進行監(jiān)督管理。交易場所為滬深交易所、中國外匯交易中心和商業(yè)銀行，負責提供發(fā)債審核及交易服務。自律協(xié)會包括銀行交易商協(xié)會和證券業(yè)協(xié)會，負責行業(yè)自律管理和文件備案。登記結(jié)算機構(gòu)包括中債登、中證登和上清所，提供債券登記和清算結(jié)算服務。增值服務機構(gòu)包括金融經(jīng)紀機構(gòu)、評級機構(gòu)、估值機構(gòu)，提供增值服務。司法見證機構(gòu)提供證據(jù)固定服務。發(fā)債主體和投資者作為輕量級用戶，不參與聯(lián)盟治理。

（2）聯(lián)盟治理體系

圖9 債券行業(yè)聯(lián)盟Fig.9 Bonds market alliance

聯(lián)盟治理包含聯(lián)盟成員變更、智能合約維護、節(jié)點動態(tài)變化等內(nèi)容。聯(lián)盟節(jié)點具有高度冗余性，分布在不同的實體控制之下，這對聯(lián)盟治理帶來巨大挑戰(zhàn)。本文提出由全體成員組成行業(yè)聯(lián)盟大會，由聯(lián)盟大會選舉聯(lián)盟治理委員會，委員會下設日常運管小組和應急處理小組（圖10）。委員會負責成員變更、智能合約升級和區(qū)塊鏈系統(tǒng)等重大事項變更評審。日常運管小組負責系統(tǒng)安全性和連續(xù)性運行；應急處理小組負責聯(lián)盟治理委員會批準的緊急或重大變更決定。采用民主集中式的管理安排共享治理和決策權(quán)，有利于聯(lián)盟運行平穩(wěn)、有序和高效。

圖10 行業(yè)聯(lián)盟治理結(jié)構(gòu)Fig.10 Organization of alliance governance

4.3 電子合同

根據(jù)業(yè)務規(guī)則，進行債券交易，應當訂立書面形式合同。合同應對交易日期、交易方向、債券品種、債券數(shù)量、交易價格或利率賬戶與結(jié)算方式等要素作出明確約定。電子合同是書面形式的一種。據(jù)此，本文提出一種債券電子合同簽署流程（圖11）。

首先，締約方完成數(shù)字身份認證。對個人投資者，通過電話號碼、銀行賬戶等可完成個人實名認證。對機構(gòu)投資者，需要通過企業(yè)信息、法人信息和執(zhí)行人信息等完成企業(yè)實名認證。信息執(zhí)行人在代表企業(yè)進行業(yè)務操作前需取得法人授權(quán)。其次，合同締約方依次對合同要素進行確認。確認無誤即進入簽約階段，加印其數(shù)字簽名或者電子簽章。任一簽署方對合同內(nèi)容有異議，即進入作廢階段。只有經(jīng)雙方確認并用印，合同才正式生效。合同摘要將上傳區(qū)塊鏈，各方共同見證該過程。最后，締約方和監(jiān)管服務機構(gòu)有權(quán)查詢合同詳細信息。

4.4 智能合約

智能合約具有分布式部署、自動化運行、多方共同驗證等特點，可承載部分復雜業(yè)務邏輯，用于債券現(xiàn)券產(chǎn)品、債券回購產(chǎn)品及債券衍生品交易。智能合約按照事先定義的規(guī)則，在預設條件下觸發(fā)自動交易邏輯，無需人工干預，能夠降低人工操作失誤及人力成本。本文提出按照債券產(chǎn)品類型劃分智能合約引擎，具體包括值、狀態(tài)、事件觸發(fā)器及容錯機制（圖12）。運行時，智能合約檢測交易要素閾值（例如債券合約價格、數(shù)量等）或特定事件（例如債券合約履約或違約、質(zhì)押條件、估值約定等），將觸發(fā)買入、賣出債券或者資金贖回等操作。

圖11 債券電子合同簽署Fig. 11 Procedure of E-contracts signing

圖12 智能合約引擎Fig.12 Smart contracts engine

按照債券交易類型，本文設計了多種智能合約，包括現(xiàn)券交易合約、回購交易合約和互換合約等。以現(xiàn)券交易合約為例，交易雙方以約定價值在當日或次日轉(zhuǎn)讓債權(quán)所有權(quán)?，F(xiàn)券交易合約接收外部輸入的時鐘信號，比對合同履約日期。當日期相同，事件觸發(fā)器生效，將債權(quán)狀態(tài)從交易的賣方更改為交易的買方，發(fā)出資金清算信號。債券和資金信息將通過接口同步至區(qū)塊鏈節(jié)點及外部系統(tǒng)。容錯機制是當某節(jié)點智能合約計算結(jié)果與其他結(jié)果產(chǎn)生沖突時，出錯的狀態(tài)機能恢復到正常狀態(tài)。

4.5 交易報告庫

債券交易報告庫對數(shù)據(jù)報送質(zhì)量和共享手段要求嚴格。一方面，債券發(fā)行、托管、交易、清算和結(jié)算等環(huán)節(jié)參與機構(gòu)眾多，債券品種、合約多，由之衍生的估值、評級、指數(shù)等關(guān)聯(lián)產(chǎn)品眾多，數(shù)據(jù)報送主體多、數(shù)量大。另一方面，現(xiàn)行債券市場有兩套監(jiān)管體系、兩個托管機構(gòu)，跨體系、跨機構(gòu)數(shù)據(jù)共享困難，數(shù)據(jù)報送及時性、準確性和真實性難以保證。借助聯(lián)盟區(qū)塊鏈建設債券市場交易報告庫，既可實現(xiàn)隱私交易，保證數(shù)據(jù)在交易關(guān)聯(lián)方、監(jiān)管方之間可見；又可進行數(shù)據(jù)可信共享，減少機構(gòu)間對賬成本，增加跨機構(gòu)數(shù)據(jù)可信度（圖13）。

基于G20 國際監(jiān)管共識及實踐，交易報告庫記錄債券及其衍生品合約的交易要素、生命周期變化以及風險敞口情況，并定期向監(jiān)管部門報告。本文提出由債券交易場所、登記結(jié)算機構(gòu)和行業(yè)協(xié)會共同建設債券交易報告庫。其中，交易場所包括滬深交易所、中國外匯交易中心，提供債券逐筆交易信息；登記結(jié)算機構(gòu)包括中證登、中債登和上清所，提供債券的合約存續(xù)狀態(tài)變化、風險敞口數(shù)據(jù)；行業(yè)協(xié)會包括證券業(yè)協(xié)會、銀行間交易商協(xié)會，負責維護會員信息。

5 系統(tǒng)驗證與實驗結(jié)果

5.1 系統(tǒng)驗證

原型系統(tǒng)基于6 臺天翼云主機運行，操作系統(tǒng)CentOS7.3，基礎(chǔ)配置8 核16G 內(nèi)存。其中，4 臺主機組建最小區(qū)塊鏈網(wǎng)絡并作為共識節(jié)點；1 臺主機模擬監(jiān)管機構(gòu)作為區(qū)塊鏈記賬節(jié)點；1 臺主機部署Tomcat 提供web 服務。本文采用mysql 和levelDB相結(jié)合的方式進行數(shù)據(jù)管理。

（1）債券登記托管

中債登、中證登作為法定債券等國際托管機構(gòu)，對債券信息、債券歸屬和變動進行確認和記載，同時對債券持有人的債券作集中統(tǒng)一保管。圖14 展示2019年附息國債的登記信息。

圖13 基于隱私交易建設交易報告庫Fig.13 Report library based on private transaction

圖14 債券登記信息Fig.14 Bonds registration information

（2）債券詢價交易

系統(tǒng)提供債券買賣、債券回購和債券互換等不同類型的交易。發(fā)起新交易意向時，投資者需完整填寫詢價要素，包括交易類型、債券類型等信息（圖15）。新交易意向?qū)⒚嫦蛉W(wǎng)推送。

圖15 債券交易新意向Fig.15 New bonds trading intent

（3）電子合同簽署

雙方確認交易要素后將進入到合同簽署環(huán)節(jié)（圖16）。交易要素自動填充至模板合同，交易雙方可二次核驗并完成電子用印。

圖16 電子合同簽署Fig.16 E-contracts signing

（4）聯(lián)盟區(qū)塊鏈管理

用印完成后，交易雙方可查看本次交易上鏈信息，也可查看全局信息包括區(qū)塊鏈高度、交易總數(shù)、實時TPS 和全部上鏈交易等內(nèi)容（圖17）。

圖17 區(qū)塊鏈可視化管理Fig.17 Blockchain management

5.2 實驗結(jié)果

為驗證章節(jié)3.3 中所選共識機制對機構(gòu)大規(guī)模擴展的支持程度，本文為基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的債券登記托管和交易報告原型系統(tǒng)配置兩種共識機制：RBFT 和NoxBFT，以測試各自吞吐量性能。實驗結(jié)果如下（圖18）：得益于網(wǎng)絡通訊復雜度降低，NoxBFT 在最小區(qū)塊鏈網(wǎng)絡（4 節(jié)點）中吞吐量每秒可達350 多筆；在節(jié)點數(shù)為100 的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中仍可達每秒150 多筆。隨著節(jié)點數(shù)量增加，NoxBFT 性能顯著優(yōu)于RBFT。

圖18 兩種共識機制性能對比Fig.18 Comparison of RBFT and NoxBFT

6 分析與展望

6.1 系統(tǒng)可用性分析

區(qū)塊鏈債券并非新鮮事務。2018年9月，世界銀行委托澳大利亞聯(lián)邦銀行（Commonwealth Bank of Australia，簡稱CBA），通過區(qū)塊鏈方式實現(xiàn)新型債券（Blockchain Offered New Debt Instrument， 簡 稱bond-i）前期發(fā)行和后期運營工作。

區(qū)塊鏈受到債券市場各方青睞，在于區(qū)塊鏈技術(shù)特性高度契合債券市場需求。一是債券發(fā)行和登記過程中存在著信息不對稱。區(qū)塊鏈賬本信息全網(wǎng)維護、共同記賬，降低賬本失效、被篡改和偽造引發(fā)的風險，保障信息披露真實性和安全性。二是現(xiàn)行體系下債券交易成本和清算效率有待提升。借助區(qū)塊鏈智能合約，可匹配全網(wǎng)公開價格，自動執(zhí)行交易策略，以減少人工出錯風險、降低操作成本。通過區(qū)塊鏈完成合同簽署、交易清算，提高了業(yè)務效率。三是債券市場監(jiān)管格局和滿足審計的需求。債券發(fā)行、登記和交易信息以防篡改、防偽造、防抵賴和可追溯的方式記錄，數(shù)據(jù)由各方共同見證、可驗證，在數(shù)據(jù)真實、有效的前提下，為監(jiān)管機構(gòu)提供追溯查證、證據(jù)固定等便利。

根據(jù)中國債券信息網(wǎng)公開數(shù)據(jù)，2020年7月1日全國銀行間市場交易結(jié)算總筆數(shù)為14 963 筆。當日債券結(jié)算只數(shù)424，結(jié)算金額4415.09 億元。銀行間市場交易占比達99%以上，可據(jù)此計算交易筆數(shù)基線。銀行間市場每天交易時間段為上午9:00-12:00，下午13:30-16:30，合計6 個小時。根據(jù)二八法則，每天1.2 小時內(nèi)（當日交易時間20%）會執(zhí)行約12 000 筆交易（當日成交筆數(shù)80%），則系統(tǒng)每秒鐘事務處理量（Transaction per second，簡稱TPS）約2.7，由圖18 可知基本不存在性能瓶頸。從存儲量上估算，假定單筆交易占用20KB 存儲資源，單個節(jié)點日均數(shù)據(jù)存儲量為300MB 左右，年存儲量為60GB 左右。綜上，基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的債券登記托管和交易報告平臺具有可行性與可用性。

6.2 共識機制安全性分析

根據(jù)章節(jié)3.3 中的假設，該聯(lián)盟區(qū)塊鏈是可靠、安全的點對點網(wǎng)絡，其節(jié)點消息傳遞的延遲存在上限。記賬節(jié)點存在惡意可能，例如隨時加入或退出，或者丟棄、偽造和篡改消息。為對NoxBFT 進行安全性分析，本文事先定義以下基本規(guī)則。

K-chain 規(guī)則：若當前區(qū)塊鏈滿足B(0)←C(0)←…←B(k-1)←C(k-1)，稱之為K-chain。其中B 為區(qū)塊，C 為B 的prepareQC（對上一提案的投票）。

Lock-Block 規(guī)則：若副本節(jié)點a，在當前區(qū)塊n收到2 次prepareQC，定義區(qū)塊n 為Lock-Block(a)。

Unlock-Block 規(guī) 則：假 定Lock-Block(a) 為n，當前區(qū)塊n 的子區(qū)塊n+1 收到2 次prepareQC，則根 據(jù)Lock-Block 規(guī) 則，Lock-Block(a) 為n+1。 若Lock-Block(a)=B，則區(qū)塊鏈B 滿足2-chain 規(guī)則；若Unlock-Block(B’)=B，則區(qū)塊鏈B’滿足3-chain。

Previous-Block 規(guī)則：若Block(B)←prepareQC ←Block(B’)，那么Previous-Block(B’) = Block(B)。

提交規(guī)則：當前區(qū)塊n 收到3 次prepareQC，則區(qū)塊n 被提交。

（1）不存在兩個相同高度區(qū)塊收到足夠多的投票。假設節(jié)點總數(shù)為N=3f+1，f 為拜占庭節(jié)點最大數(shù)量，那么當區(qū)塊n 收到2f+1 投票為足夠多投票。若區(qū)塊n’也收到至少2f+1 投票，投票總量至少為2(2f+1)=N+f+1，即至少有f+1 對兩個區(qū)塊投了票，與f 個拜占庭節(jié)點假設矛盾。

（2）已提交的區(qū)塊不能被撤銷。若區(qū)塊鏈滿足3-chain，即B(0)←C(0)←B(1)←C(1)←B(2)← C(2) 且 區(qū) 塊B(2)>=B(0); 當 區(qū) 塊B(n)>B(2)， 則Previous-Block(B(n))>B(0)。如果系統(tǒng)內(nèi)誠實節(jié)點給區(qū)塊B(n)、B(2)和B(0)投過票，則可知Lock-Block最小值為Lock-Block(B(0))，區(qū)塊B(n)的第一個區(qū)塊不小于B(2)，則有Previous-Block(B(n))>B(0) 。

（3）不存在同一交易被執(zhí)行兩次。即節(jié)點n 的 Lock-Block(n)=B，節(jié)點m 的Lock-Block(m)=B’，若 Number(B)=Number(B)，則Hash(B)=Hash(B’)。由 Lock-Block 規(guī)則可知，存在2 種Lock-Block 情況。 第一種是兩個prepareQC 出現(xiàn)在同一輪，則由（1） 可知不存在B’和B 同時收到足夠多投票。第二種是 出現(xiàn)B 與B’分屬不同輪次，且兩筆批處理都收到 對應prepareQC(B)、prepareQC(B’)。假設View Number(B’) > ViewNumber(B)，那么根據(jù)（2），Previous_Block(B’) > B，與假設矛盾。

（4）在提交階段，不存在兩個相同高度、不同塊Hash 被同時提交。假定B、B’高度相同，根據(jù) （3）可知，二者不可能同時被Lock-Block，兩者自然不可能被同時提交。

綜上，NoxBFT 滿足區(qū)塊生成的安全性要求。

6.3 缺陷與風險分析

借助聯(lián)盟區(qū)塊鏈建立統(tǒng)一、公開、透明的債券市場，有助于解決當下市場分割問題、多頭監(jiān)管問題，提升債券業(yè)務的數(shù)字化水平。但區(qū)塊鏈并非萬能鑰匙，也會引入新問題和風險。首先區(qū)塊鏈天然適合低頻、大額場外交易，面對中小投資者頻繁、小額交易場景性能有瓶頸。這是聯(lián)盟區(qū)塊鏈面臨的主要技術(shù)缺陷，即無法兼顧交易效率和規(guī)模化。其次智能合約存在缺陷。債券業(yè)務規(guī)則轉(zhuǎn)化為自動執(zhí)行的代碼后，智能合約一旦部署、運行，人工無法干預，出現(xiàn)漏洞或被攻擊會對市場造成災難性、不可逆轉(zhuǎn)的影響。智能合約設計、開發(fā)和維護需要更加審慎。最后區(qū)塊鏈可能對現(xiàn)有業(yè)務模式造成沖擊。區(qū)塊鏈介入債券登記托管、交易清算，將弱化對金融中介的依賴，債券發(fā)行人、交易者可以通過區(qū)塊鏈交易、歷史行為實現(xiàn)自我證明，無需公開資料即可取得對方信任并自由交易，對傳統(tǒng)金融中介盈利模式造成影響。如何平衡線上交易效率、監(jiān)管效能和線下生產(chǎn)關(guān)系、社會分配格局與法律，是區(qū)塊鏈商業(yè)化面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

6.4 未來展望

銀行間市場和滬深交易所市場并存的債券體系，具有鮮明的歷史印記。二十年來，該體系通過豐富的現(xiàn)貨市場、多種交易方式和衍生產(chǎn)品不斷滿足各層次的市場需求。債市統(tǒng)一問題已提出多年，市場和監(jiān)管早有共識。2020年7月19日，人民銀行、證監(jiān)會聯(lián)合發(fā)布公告，同意銀行間市場與交易所市場相關(guān)基礎(chǔ)設施機構(gòu)開展互聯(lián)互通合作。制度層面的障礙正在清除。基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈建設統(tǒng)一債券基礎(chǔ)設施，為滿足場內(nèi)外債券交易功能性需求和性能指標，提供了技術(shù)可選項。

隨著央行法定數(shù)字貨幣研發(fā)工作加速推進，數(shù)字貨幣或?qū)l(fā)行并影響現(xiàn)行債券市場體系。統(tǒng)一的債券市場離不開信息、資金等要素自由流動。目前，原型系統(tǒng)僅支持債券信息流在機構(gòu)間流轉(zhuǎn)，尚未建立起市場信息流和資金流的統(tǒng)一通道。借助央行法定數(shù)字貨幣來賦能區(qū)塊鏈債券，實現(xiàn)債券信息流和資金流的同步流轉(zhuǎn)指日可待。

最后，我國正在加緊規(guī)劃和建設債券類區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設施與應用研究。2019年12月，中國銀行宣布推出國內(nèi)首個基于區(qū)塊鏈技術(shù)的債券發(fā)行系統(tǒng)，將其成功應用在中國銀行200 億小微企業(yè)專項金融債的發(fā)行。中央國債登記結(jié)算有限責任公司在2020年招標“信貸資產(chǎn)登記流轉(zhuǎn)區(qū)塊鏈項目”，中標機構(gòu)為云象區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈在債券市場發(fā)行、交易領(lǐng)域的應用，表明其作為未來金融基礎(chǔ)設施的潛能。統(tǒng)一的區(qū)塊鏈債券市場，當下有為，未來可期。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。