科技前沿 | 看京东金融如何剧透企业级区块链数字票据
作 者：王 琳 京东金融副总裁
陈龙强 京东金融战略研究部总监
高 歌 京东金融供应链金融事业部高级经理
来 源：本文刊登于《当代金融家》杂志12月刊(杂志全球发行，每月8日出刊，定价：80元/本，全年960元)，原标题为《增强型票据新形态：区块链数字票据——以京东金融数字票据研究为例》
导读
当前，随着互联网技术和区块链技术的发展，业界纷纷将目光转向了技术，希望用技术创新去解决业务难题，尤其是信用环境。由于票据市场规模大、参与方众多，而且业务链条很长，基于区块链的数字票据是一个全新的增强型票据形态，被认为是区块链技术极佳的应用场景。
正文
票据，特别是汇票，是供应链金融的一种重要金融工具，具有交易、支付、信用等多重属性，为我国实体经济特别是中小企业提供便捷的融资渠道和低成本资金发挥了重要作用。当前汇票业务以银行承兑汇票为主，商业承兑汇票仅占极小的比例。但是我们看到，第一，由于银行天然缺乏对贸易背景的实际掌控，只做形式上的要件审核，因而风控的穿透存在天然的缺陷；第二，由于票据的审验成本及监管对银行时点资产规模的要求，市场上催生了众多的票据掮客，不透明、不规范操作和高杠杆错配等乱象丛生，甚至成为了行业的潜规则；第三，近年来票据大案频发，暴露了银行票据业务的诸多弊端，银行遭受了重大损失，对中小企业的票据融资支持力度明显减小。在现有的银行承兑汇票的业务逻辑下，银行很难深入地去了解企业端的实际供应链的健康情况，很难为供应链上的中小企业提供一视同仁的便捷到位的金融服务。
随着互联网技术和区块链技术的发展，业界将目光转向了技术，希望用技术创新去解决业务难题，尤其是信用环境。由于票据市场规模大、参与方众多，而且业务链条很长，国内外金融机构被认为是区块链技术极佳的应用场景。
数字票据的定位
区块链与票据融合的优势
区块链技术是一种通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案，能够让区块链中的参与者在无须相互认知和建立信任关系的前提下，通过一个统一的账本系统确保资金和信息安全。这项技术给票据业务从业者很大的启发，利用区块链技术可以搭建一个可信的交易环境，避免信息的互相割裂和风险事件。具体而言，如图1所示，我们先从当前票据业务存在的问题出发，提出预想的目标解决方案，并用区块链技术的特征去匹配，从中发现区块链技术确实是较为可靠的技术方案。为此，京东金融筹建了专门的数字票据项目组，集合研究、业务和研发多方力量对票据业务进行全面梳理，并选定商业承兑汇票作为试验场景，进行实践探索。
下面从四个角度进一步去判断业务的可行性。第一，数据层面。这应该是区块链技术在这个场景下最大的价值所在。通过分布式总账的建立，实现数据的分布式记录，而不是存储在某一个中心服务器上，并且数据按照时间先后顺序记录，不可篡改，可以有效地保证链上数据的真实性和透明性。而且，部分节点受到攻击或者损坏，也不会影响整个数据库的完整性和信息更新。第二，治理层面。与银行承兑汇票不同，商业承兑汇票具有自偿性，一般以核心企业自身的信用做担保。而且在区块链联盟链里，不需要中心化系统或强信用中介做信息交互和认证，而是通过共同的算法解决信任问题，保证每个参与角色都是扁平的、互信的，甚至创造信用。第三，操作流程层面。在数字票据环境下，区块链通过时间戳反映了票据的完整生命周期，从发行到兑付的每个环节都是可视化的，可以有效地保证票据的真实性。而加入智能合约的特性，可实现端对端的价值传递和可追溯性。第四，监管合规层面。得益于区块链技术的特性，在必要的条件下，监管机构可以作为独立的节点参与监控数字票据的发行和流通全过程，实现链上审计，提高监管效率，降低监管成本。未来，随着技术的更加成熟，甚至可以引入央行数字货币，实现自动实时的DVP对付、监控资金流向等功能。
数字票据的定位和功能
基于以上考虑，我们重新设计了数字票据的业务流程，并且将它与纸质票据和电子票据区分开，具体详见表1。
电子票据诞生于2009年11月份，由中国人民银行（俗称“央行”）设计和主管。电票较纸质票据具有明显的先进性，可以有效地保证票据的真实性，但发展还比较缓慢。央行数据显示，2013年电票的占比为8.3%，2014年达到16.2%，2015年上半年达到28.4%，市面流通的票据还是以纸质银票为主。而纸票与电票的主要区别在于信用环境，票据大案中以纸票为主。未来，数字票据的信用环境将主要构筑在企业与企业之间的贸易环节，通过构造托管于智能合约的票据池，实现实时支付、融资和清算等，可以为中小微企业提供更好的数字普惠金融服务。而由于业务上的强关联性，风险系数将大大降低。
数字票据的概念证明方案
基于区块链的数字票据是一个全新的增强型票据形态，目前市场上对此都很热衷，演化出来的票据形态也是千差万别。京东金融也在积极探索什么样的票据形态会更加适应市场的需要，而且并不想囿于区块链技术本身，刻意的削足适履可能会背离商业票据本身的价值。历经3个月的业务研究与代码实现，京东金融区块链数字票据V0.1版本顺利完成第一次PoC（概念证明），该版本完全基于Hyperledger fabric开源代码开发实现，项目组部署了4个验证节点，分别定义为核心企业、财务公司、银行和上游供应商，在一个小的商业闭环内形成联盟链，完成票据发行和兑付等基本动作，项目重点在于对区块链技术的应用检验。鉴于篇幅限制，本文仅攫取一二。
架构设计
fabric是区块链技术的一种架构实现，它的逻辑结构主要包括：会员，区块链、交易和链代码（chaincode，即智能合约）。这种模块化的架构支持组件“可插拔”，也具有强大的容器技术来支持任何主流的语言来开发智能合约。
在具体的实践上，我们将区块链数字票据进行分层设计，包括底层网络协议层、数据层、平台层和应用层。各个参与方可以通过API的方式很方便地接入到联盟链中。并且在这样的架构底下，还可以实现多种信用资产的发行与流通管理（见图2）。
账本结构
Fabric的账本结构很灵活，以数字票据应用为例，如图3所示。
◆C1、C2⋯Cn表示发布在区块链网络上的链代码（智能合约），对于区块链账本来说，每页账本只记录链代码的操作命令；
◆链代码可以由任何验证结点发布，可执行代码自动同步给网络的所有结点；
◆业务运行的逻辑处理依赖于每个链代码（C1、C2）对应的相互隔离的WorldState(物理上是存在RocksDB里的键值对)动态维护的数据；
◆账本同步共识时校验WorldState的Hash值并记录在账本上，保障所有结点的WorldState值一致。
智能合约
每个数字票据都有一个完整的生命周期，其中智能合约承担着区块链最核心的功能。包括票据开立、流转、贴现、转贴现、再贴现、回购等一系列业务类型，这些业务类型、交易规则以及监管合规，理论上都可以通过智能合约编程的方式来实现，并可根据业务需求变化灵活变更升级。但是，目前基于fabric架构的智能合约还不够成熟，比如产品版本更迭，需要手动实现数据迁移，不易保证稳定性与安全性。
票据发行示意
本次概念证明最终完成了会员管理、票据发行和流通等常见功能。原则上每个验证节点代表单位都是强信用企业，由自己保管公私钥，所有参与方在票据平台上的交易、查询等业务操作需要使用私钥进行认证与数据加密。同时，承担上下游企业参与方身份识别和管理等职能。此外，平台会员登记以及票据资产上链均需要经过严格审核，一旦上链，数据将不可篡改，就进入一个可信的交易流通环境，完成KYC环节，并且所有会员均可见，避免不同参与方之间重复KYC流程，极大地提高了效率，减少信用风险（见图4）。
技术挑战
通过此次概念证明的实践发现，区块链技术在数字票据的应用是机遇与挑战并存，价值与障碍共同作用。我们从概念证明中看到了商业价值潜力，也从fabric看到了区块链技术共性上的不足。但这只是探索的开始。具体而言，目前主要面临如下挑战。
◎ 扩展性和性能
区块链技术的性能是大家普遍关心的话题，也是大家诟病最多的地方，当然不同的架构和共识也会有不同的表现。fabric的共识机制为拜占庭容错算法（PBFT），多个验证节点之间达成共识需要经过多次通信。这个过程的快慢主要取决于两方面：验证节点的数量和验证节点的性能。对于第一方面，验证节点的数量越多，也即参与共识的节点数越多，达成共识所需的时间也就越长，系统整体性能也会越差，这是由共识算法本身决定的。对于第二方面，智能合约通过验证节点来管理，而智能合约的执行可能耗时较长，尤其对于性能相对较差的验证节点而言。这可能会进一步拉长达成共识所需要的时间，使得整个网络的性能实际上取决于性能相对较差的验证节点，因为即使其他验证节点完成了计算，仍然需要等待一部分速度慢的节点来完成共识。
当然，在实际应用中，通过对共识算法进行一定程度的简化，尤其在数字票据联盟链这种相对可信的场景下，是可以达到优化目的的。
◎ 异步通知机制带来额外负荷
区别于传统的业务系统，以区块链作为底层的系统在处理请求上是异步的。这是因为区块链中的验证节点需要对客户端的请求本身，以及请求的执行结果达成共识，期间需要各验证节点之间的多次通信进行信息同步来完成，区块链本身不会主动通知客户端请求的执行结果。所以在请求发送之后，客户端需要不断地查询链的状态来确定请求是否已经执行完毕，频繁的查询不仅对客户端而言会浪费计算资源，而且对区块链也会造成额外负荷，不适用于有大量请求的高频场景。
当然，fabric有事件框架，事件框架提供了生产和消费预定义或自定义事件的能力，但需要单独的监听者连接到某个节点对特定的事件进行监听。这等同于在实际的落地应用上，可能需要作出妥协。
◎ 智能合约版本更迭后的数据较难同步
Hyperledger fabric的chaincode是在交易被部署时分发到网络上，并被所有验证节点通过隔离的沙箱来管理的应用级代码。目前是通过Docker容器来运行chaincode的。
这样做的好处是所有的chaincode的各自隔离，互不干扰，并且安全性高。但缺点也是显而易见的，在企业级应用中，一个产品需要不断地进行迭代更新，具体来讲，实现某个功能的chaincode在发布之后不会是一成不变的，可能会有功能的调整、升级、bug修复等，某些chaincode可能需要频繁地更新以适应需求。由于chaincode运行在沙箱隔离环境，运行时的数据（也即状态）也都单独存储，这样每次对chaincode的改动再发布就相当于发布了一个全新的chaincode，对原始版本所积累的数据也无法直接访问。
在当前的fabric架构下，只能手动实现状态迁移，并且随着版本的不断更迭，迁移数据量会不断增加，不易保证稳定性与安全性，暂时没有完善的解决方案。
◎ 大数据量的存储问题
区块链不可篡改、可追踪溯源的特性，使得区块链保存了在链中进行的完整交易记录及状态记录，在某些应用场景中，企业可能只关心自身的或除自身外有限的数据内容，但作为验证节点之一，它必须保存全量数据来保持链的完整及可溯源，这对于某具体的验证节点来讲就会造成大量的存储空间浪费。能否只保留部分数据而非全量数据，但同时仍然保持区块链的完整性以及可验证性，还需要进一步研究。
综上，未来，京东金融集团将与传统金融机构一起，将实体经济和创新金融有机结合，凭借对供应链业务的理解和新兴科技的掌控，通过区块链数字票据等产品形态，争取将业务和产品更多地覆盖传统金融机构触达不到的弱势群体，为数字普惠金融做出积极贡献。
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