区块链技术对支付清算系统影响的研究

中国人民银行银川中心支行课题组

一、引言

2008年11月1日，中本聪（Satoshi Nakamoto）在网络讨论组中发表了一篇文章《Bitcoin:A Peer-to-Peer Electronic Cash System》，总结了他对密码学及去中心化等方向上的思考，阐述了他关于数字货币的构想。然而比特币作为一种尝试，仍饱受争议，但其底层技术区块链，却日益受到各行业的重视。区块链是一种综合技术，是在去中心化的网络上构建的分布式数据库系统。每一个数据单元称为区块，采用密码学算法进行加密。每一区块均包含上一区块的摘要及索引，依次相连形成区块链，链上数据不可轻易修改或伪造。

2016年1月20日，中国人民银行数字货币研讨会在北京召开。会议指出，随着信息科技的发展以及移动互联网、可信可控云计算、终端安全存储、区块链等技术的演进，全球范围内支付方式发生了巨大的变化。而区块链技术对支付系统影响的研究，则具有重要的时代背景和现实意义。

二、区块链技术发展现状及分析

（一）区块链技术概况

借助网络媒介进行价值交换，有三个困难：一是保证交换价值是唯一的；二是建立交易各方的信任关系；三是交易中的约定怎样自动实现，整个过程无需信赖第三方干预。比特币的广泛应用，说明区块链技术给解决这三个困难提供了一个有效的方案。

1．区块链技术概述。以比特币为例，其区块链是将两个基于哈希值的数据结构结合起来：第一个数据结构是区块的哈希链，第二个数据结构是树状数据结构（梅克尔树）。比特币网络的运行模式为：比特币交易的参与者在全网广播自己的交易信息，由每个矿工节点收集整理，矿工们互相同步历史交易记录，维护区块链网络，同时将收集到的交易信息组装成一个备选区块，通过大量计算，找到一个令自己区块有效的随机数，同时广播组装区块，希望该区块被加入到网络中的共识链中，成为全球唯一的区块链账本的下一个节点。

2．区块链技术下的支付业务体系。以比特币交易所和支付公司为主要支撑，构建了其主要的支付业务体系。交易所负责货币与比特币的转换，通过撮合潜在买家完成兑换交易，或者提供服务收取比特币或者货币，并承诺日后会按照要求兑付约定数量的比特币或货币。而支付服务商则提供了相应的支付服务。因为比特币并不是法定货币，不能直接流通，而商户更希望收到可流通的货币。支付服务商就充当了中间媒介，为商户提供比特币支付服务。

3．区块链带来的支付业务新变化。一是全局一本账。用密码学算法保证记录准确，用工作量证明来保证记账一致，去中心化同时解决信任机制，任何人都可以追踪交易，但交易双方是匿名的。二是账款同步，记账即支付。它降低了成本、风险、复杂度，提高记录可信度，增加监管透明度，通过分布式协作执行可信流程。三是新技术促使支付功能完善。区块链中的每笔交易都可以指向一个脚本，脚本的执行可以带来不同的交易功能，从而实现不同的支付业务。

4．存在的问题。一是算力浪费。二是强匿名性带来的监管困难。三是存在局限性，实时性不足，处理能力不足等。

（二）典型区块链技术对比分析

1．区块链-RScoin模式。

区块链-RScoin模式在支付清算领域的应用，具有以下特征：一是基础特性。防范双重支付，不可抵赖，可验证审计。二是交易处理能力增强。32个节点的处理能力达到2000多笔每秒。同时用户收到节点回复即可确认交易已经生效，实时性更好。三是交易成本大大降低。

但这种方式也存在局限性，一是交易资产单一。二是缺乏对区块链技术中的智能合约的支持。三是理论模型不够完善。由于没有使用梅克尔树、键值对存储等方式保存历史交易数据，使得对历史交易的查询存在较大困难。同时多个节点互相验证，数据膨胀速度会远快于比特币。

2． 区块链-Ripple模式①。

Ripple是一个开放源码的点到点支付网络，支持多交易品种，不仅可以处理美元、日元、人民币等现有的各国法定货币，而且可以处理瑞波币、莱特币等虚拟货币，甚至可以处理用户积分等数字资产。

其优点如下：一是资费便宜。二是自动快捷。三是连通了不同的金融机构，使得跨国跨币种的支付交易行为更加方便。但它也存在很多问题。一是ripple支付网络由公司运作管理，存在一定的风险性。二是rip-ple网络中，由网关进行资金的兑换。因此网关身份能否信任，存在不确定等问题。

3． 区块链-以太坊模式②。

以太坊专注于发展区块链技术带来的智能合约功能，实现了对图灵完备（即在原则上能够用来解决任何计算性的问题）的智能合约语言的支持，理论上可以实现任何想要的合约功能。

由于以太坊智能合约的强大功能，使得其不仅能实现各类金融应用，还能实现各类半金融应用及非金融领域的应用。但作为新兴应用，以太坊模式还具有很多争议。一是处理能力不足。二是安全性不足。图灵完备的智能合约语言，不是没有漏洞的编程语言。三是使用门槛高。以太坊由于智能合约代码编写的自由和开放，使得其使用门槛较高，不能覆盖广大普通人群。四是由于数据内容丰富，其交易数据的膨胀速度已远超比特币等传统币种，这给分析处理等工作，带来一定难度。

三、区块链技术应用场景及分析

（一）应用场景-数字货币

图1 数字货币应用场景

场景说明：（1-3）由业务发起方构造交易提案。该提案是对智能合约功能的调用，用以确认交易影响数据的范围，如何更新资产数据存储的键值对。限定发起提案的计算机语言及生成方式，保障智能合约解释及执行唯一性。（4-6）确认节点执行提案并提交结果。确认节点验证签名并检查提交者权限，然后输入交易提案的各项数据，基于当前状态模拟执行交易及智能合约，生成交易结果，将结果发送给中央节点，同时更新确认节点的区块链账本，维护自身状态数据库。（7）中央节点根据确认节点提交的相关交易信息，更新自身高级区块链账本，维护全局状态数据库。

数字货币应用场景理论模型的特点：一是采用RScoin双层区块链架构，引入Fabric1.0的理念，使得RScoin模式可以引入智能合约来丰富业务种类，扩充业务形式。二是业务控制主要由确认节点进行角色管理和访问控制两方面组成。三是系统将来可按需求升级为Fabric的多通道模式。四是在数字货币场景下，业务处理能力仍不足。

（二）应用场景-数字票据

根据汇票和本票的流程以及票据行为，对应的区块链记录分为两类。出票记录以及其他记录。流转过程中，出票人、承兑人、收款人等相关权利人用自身的证书私钥对票据进行签名。如果承兑人为银行时，银行会进行二次签名，避免出现公司承兑汇票承兑人过失或恶意将承兑人填写为银行。

图2 票据场景下区块链结构图

票据交易流程为：（1）客户A出票。客户A发起出票请求，商业银行业务处理客户端验证出票请求，根据客户A填报的信息，生成提案，将提案发送至商业银行行内系统处理节点。（2）处理节点验证提案。处理节点根据提案进行验证背书生成记录Tx。（3）处理节点提交记录Tx给中央节点，中央节点打包区块。中央节点从整个区块链网络接收票据信息，创建包含票据记录的区块，按规则进行排序，生成区块链。（4）交易被验证并提交写入账本。中央节点将区块广播至所有商业银行处理节点，区块上的记录需要被验证，确保满足背书策略。（5）账本更新。处理节点把新区块并入区块链，返回票据是否纳入区块链、交易是否成功等通知。票据流转的交易流程类似，区别只是由商业银行客户端向票据各涉及方收集信息，而后生成流转提案。

（三）应用场景-多边撮合清算

在实时全额支付系统以及外汇交易等场合中，存在双边、多边清算需求，即执行指令同时对两个及以上参与机构进行业务撮合。可以在集中撮合流程不变的情况下，应用区块链来记录各机构发出的所有交易请求。由于处理节点采用CA认证身份有保障，可采取模式为令牌环模式，每个处理节点获得令牌时，即获得区块链下一区块的生成权限，将自己的交易信息打包为区块，加入到共识链中，同时广播给所有处理节点，为下一节点生成区块链做准备。

综上所述，区块链适合场景主要有：一是票据等的业务特性契合区块链这种链式、不可篡改的特性的场景。二是跨国跨机构等很难建立统一的中央集中处理的场景架构。三是机构内部各节点之间交易行为较多，与中央节点沟通困难的场景。四是业务场景中与区块链特性契合度较高的部分业务。

四、政策建议

（一）探索框架建设，深化理论基础

1．解耦底层技术，注重基础建设。我们应该一方面重视区块链技术在支付清算领域应用的研究，避免比特币式的算力浪费，建立高效、有序、强健的区块链技术应用，另一方面应加强密码学研究，对加密算法、签名算法等重点科目研究加大投入，建立自身良好的安全体系。

2．探索框架研究，丰富应用细节。作为中央银行，我们应该加大区块链技术对支付系统应用场景的研究，以提升业务处理能力，丰富支付业务类型，在框架中心化与去中心化中取得平衡，通过借鉴现有各类区块链应用优点，逐步探索出自己的健康发展模式。

3．主导标准建设，深化交流合作。作为中央银行，我们可以加深与企业联盟的沟通与交流，合作开展各类区块链项目，吸取先进经验，同时以此为契机，推广自身技术规范在国际上的应用。建立由中国主导的区块链标准化建设，不仅体现了中国的技术实力，对于国产密码算法等相关领域发展也有相当大的促进作用。

（二）演进监管理念，加强安全管理

1．适应新形势新要求，树立长期演进的新理念。金融科技领域日益复杂的发展态势深刻改变中央银行的履职环境，对中央银行的宏观管理和审慎监管能力提出新的要求。同时，央行作为管理者和可能的区块链应用建设者，一定不要拘泥于任何既定技术，要有长期演进的技术理念，用发展的眼光看待问题。

2．方向权衡要审慎，强调安全是重点。采用“管控中心化，技术架构分布式”的发展模式，这样既拥有分布式技术带来的各项优势，同时也避免了难以管理、缺乏监管的弊端。在权衡便捷性与安全性时，我们需要注意商业机构可能更偏向便捷性，但作为监管方的央行却需要优先强调安全性以防范系统性风险。

3．重视智能合约，加强权限管理。智能合约可以有效弥补区块链技术在发展业务种类上的不足，但智能合约本身仍存在许多争议。所以在逐步放开各类限制的基础上，应逐步探索其合适的发展模式。要着重加强智能合约的强执行力的特性，使得智能合约在资产证券化的领域能够逐步应用，对打破隐性“刚性兑付”等提供了技术手段。而针对传统支付清算体系参与者、业务种类的多样性特点，可以出台配套监管政策，特别是权限管理策略，对参与者的准入、权限设置等设定可行标准，对智能合约的执行加以限制。

（三）关注行业动态，促进健康发展

1．重视新技术，稳步推进支付系统建设。中国人民银行作为支付体系的组织者、促进者、建设者和监管者，要认清形势、抓住机遇、迎接挑战，继续稳步推进我国支付体系建设。

2．密切关注新领域动态，积极探索行业发展可能。央行作为监管部门，可以欢迎新技术、新业务的涌现，但也要加强监管，督促各方有序推进，不能忽视其中的技术、资金、社会等多方面的风险，牢记健康发展这一目标。

（四）瞄准目标用户，形成示范效应

1．深入用户支付场景，逐步探索技术推广应用。现有支付发展已经成熟稳定，区块链技术不应以取代现有支付系统为发展方向，而是应该在吸取现有支付系统发展经验的基础上，另辟蹊径，走差异化、独特化的发展模式。可以结合应用场景的特点，从简单场景开始，逐步探索合适的应用场景，这其中，应以网络用户与手机用户为重点发展对象。

2．推进典型案例建设，促进行业稳步发展。一个良好的示范对全面推广、标准化建设等都有巨大的推动作用，因此要加强试点工作，树立模范典型。

3．加强市场教育，促使技术应用环境成熟。市场保护需要监管有所作为，但从长远来看，根本上还需要参与各方自身成长成熟与协作，包括专业的知识、稳定的情绪和理性的认知等。

（组长：刘艳 成员：王效龙、杜小红、许烨、史光宇、任高芳、张丽华）

①Ripple解决方案（2017年1月3.0版）https://ripple.com/files/ripple_solutions_guide.pdf

②以太坊白皮书 https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper