基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能合約網(wǎng)絡(luò)證券交易模型研究

王曉峰

[摘要]隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的高速發(fā)展，如何利用新技術(shù)促進(jìn)證券業(yè)服務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)創(chuàng)新成為各大金融機(jī)構(gòu)日益關(guān)注的焦點(diǎn)。結(jié)合數(shù)字貨幣交易相關(guān)技術(shù)，闡述了基于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的證券交易模型。在簡(jiǎn)要介紹相關(guān)理論和技術(shù)后，提出了一種基于FICO-B信用等級(jí)的算法模型，并根據(jù)算法討論了一些證券交易網(wǎng)絡(luò)模型。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此算法模型的準(zhǔn)確性，并證明其確保網(wǎng)絡(luò)安全性并可有效避免交易對(duì)象可能出現(xiàn)的信用風(fēng)險(xiǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)證券交易模式已被證明能夠有效保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)交易的唯一性和真實(shí)性，減輕交易成本負(fù)擔(dān)，提高交易效率，更好地實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化分配。

[關(guān)鍵詞]區(qū)塊鏈；互聯(lián)網(wǎng)金融；證券交易；交易模型

[中圖分類號(hào)]F83059[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3283（2017）04-0101-05

一、引言

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，近十年來證券交易服務(wù)模式發(fā)生了巨大變化，而網(wǎng)絡(luò)券商、線上金融超市等新興金融服務(wù)平臺(tái)的出現(xiàn)又對(duì)傳統(tǒng)證券服務(wù)業(yè)產(chǎn)生了極大沖擊。高度網(wǎng)絡(luò)化的證券交易模式集成新型底層技術(shù)為券商壓縮成本、減少中介環(huán)節(jié)、降低交易程序錯(cuò)誤率提供了新的機(jī)遇。Musiega MG（2013）指出：目前在線證券交易只是一種代理交易，因?yàn)樵诰€經(jīng)紀(jì)人只提供了匯集市場(chǎng)信息的接口，而客戶的交易請(qǐng)求實(shí)際上是在經(jīng)紀(jì)服務(wù)中被打包并發(fā)送到證券公司的服務(wù)器完成交易的真實(shí)交易。事實(shí)上，由富國銀行、美國銀行、紐約梅隆銀行、花旗銀行等42家世界級(jí)金融機(jī)構(gòu)組成的R3CEV聯(lián)盟倡導(dǎo)的P2P交易的分布式記賬技術(shù)Corda正在迅速推進(jìn)其在金融企業(yè)中的應(yīng)用，致力于降低中介成本。而其交易基礎(chǔ)：基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)發(fā)行的數(shù)字貨幣的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，也激發(fā)起人們研究的興趣。Abdipoor S（2013）認(rèn)為：數(shù)字貨幣的應(yīng)用已逐漸成為人們?cè)陔娮有畔r(shí)代消費(fèi)的主要研究方向。同時(shí)傳統(tǒng)貨幣發(fā)行集中在中央銀行，其發(fā)行數(shù)量和流通環(huán)節(jié)難以被掌控，而新的數(shù)字貨幣可以估計(jì)流通貨幣的數(shù)量，從而達(dá)到有效抑制電子貨幣通貨膨脹的目的。Sami M（2013）認(rèn)為：數(shù)字貨幣應(yīng)用范圍廣泛，純粹以電子信息的形式存在，易于使用。其適用于遠(yuǎn)程交易，可以加快貨幣流通速度，降低貨幣流通成本。 Eghdami E（2015）提出：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)上交易的出現(xiàn)和興起有明顯的必然性和廣闊的發(fā)展前景。對(duì)于未來包括證券交易在內(nèi)的金融服務(wù)業(yè)務(wù)，基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字貨幣的交易模式將成為使用在線交易獲取資源和服務(wù)的最有效方式。盡管數(shù)字貨幣作為新興事物，在一些國家的合法性尚未得到認(rèn)同，但我國央行已于年初發(fā)行了以央行為發(fā)行主體（合約設(shè)計(jì)者）的數(shù)字貨幣，因此本文對(duì)基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的智能合約網(wǎng)絡(luò)證券交易體系進(jìn)行研究，對(duì)于我國券商行業(yè)進(jìn)行金融創(chuàng)新具有指導(dǎo)和借鑒作用。

在數(shù)字貨幣相關(guān)交易技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文研究基于區(qū)塊鏈分布式賬本數(shù)據(jù)庫技術(shù)的證券交易模型，闡述了區(qū)塊鏈環(huán)境下證券交易的基本理論和概念，提出了基于FICO-B信用評(píng)分法的交易模式算法，并且基于該算法研究了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)證券交易模型，通過實(shí)驗(yàn)分析對(duì)算法模型進(jìn)行了驗(yàn)證，最后總結(jié)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智能合約網(wǎng)絡(luò)證券交易體系的研究過程和結(jié)果。

二、相關(guān)概念和技術(shù)基礎(chǔ)

（一）區(qū)塊鏈技術(shù)

如圖1所示，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)重要的比特幣底層技術(shù)概念，本質(zhì)上是一個(gè)去中心化的數(shù)據(jù)庫，它像賬簿一樣記錄在發(fā)生在他上面的所有交易（Ebrahimi，2012）。

區(qū)塊鏈?zhǔn)沁\(yùn)用密碼學(xué)算法產(chǎn)生的一系列相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)塊，每一個(gè)數(shù)據(jù)塊包含用于認(rèn)證信息有效性的信息和用于在下一塊中生成在線交易憑據(jù)的信息（Mutugi，2013）。用戶可以在每個(gè)離線終端中查詢區(qū)塊鏈，并且區(qū)塊鏈在網(wǎng)絡(luò)上是公共所有和公開透明的。 終端功能的實(shí)現(xiàn)需要區(qū)塊鏈進(jìn)行驗(yàn)證，每次驗(yàn)證測(cè)試稱為一次性確認(rèn)。每次交易行為需要通過多次確認(rèn)完成（Chelley-Steeley，2015）。 因此，由于其安全性和方便性，區(qū)塊鏈技術(shù)被大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)金融企業(yè)關(guān)注和使用。 它可以廣泛應(yīng)用于智能合約、證券交易、電子商務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、社交通信、文件存儲(chǔ)、存在證明、身份驗(yàn)證和股權(quán)眾籌等。以比特幣區(qū)塊鏈為例，其工作流程如圖2所示：

目前區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)主要分為三類：公共區(qū)塊鏈，行業(yè)區(qū)塊鏈和私有區(qū)塊鏈（Li，2015）。公共區(qū)塊鏈?zhǔn)亲钤绾妥顝V泛使用的區(qū)塊鏈，任何人都可以發(fā)送被區(qū)塊鏈有效確工作流程認(rèn)的交易，任何人都可以參與其共識(shí)過程。行業(yè)區(qū)塊鏈中的預(yù)選節(jié)點(diǎn)在組內(nèi)被指定，并且預(yù)選節(jié)點(diǎn)共同參與每個(gè)塊產(chǎn)生的過程。其他接入節(jié)點(diǎn)只能參與交易的運(yùn)算過程，但不能干預(yù)記賬過程，但其他接入節(jié)點(diǎn)可以通過區(qū)塊鏈中的開放API查詢有限的信息。私人區(qū)塊鏈僅使用區(qū)塊鏈的總賬技術(shù)進(jìn)行記賬，并擁有區(qū)塊鏈的獨(dú)占寫入權(quán)限。由于區(qū)塊鏈?zhǔn)褂梅植际接涃~和存儲(chǔ)，任何節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)是相等的，因此沒有中心硬件或管理機(jī)構(gòu)或分散特征。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)開放。除了每個(gè)對(duì)手的私人信息被加密，任何節(jié)點(diǎn)允許通過開放接口進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和應(yīng)用程序開發(fā)，所以有高度的透明度和開放性。區(qū)塊鏈協(xié)議規(guī)范基于通過協(xié)商達(dá)成一致的原則，所以所有節(jié)點(diǎn)可以在可信環(huán)境中自由和安全地交換數(shù)據(jù)，消除人為干預(yù)并具有極強(qiáng)的自主性。一旦信息被驗(yàn)證并添加到區(qū)塊鏈，它將在整個(gè)區(qū)塊鏈的所有節(jié)點(diǎn)上被永久存儲(chǔ)，而只有通過控制超過一半的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)才能有效地修改數(shù)據(jù)庫，因此區(qū)塊鏈具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。此外，交易對(duì)手不需要透露他們的身份以贏得對(duì)方的信任，因此它是去信任條件下非常好的交易解決方案。

（二）證券交易體系

證券交易是指根據(jù)交易規(guī)則的證券轉(zhuǎn)讓證券持有人。它通常分為兩種形式：上市交易和OTC交易（Abadi，2012）。雖然許多公司發(fā)行證券，但并非所有證券都是上市或OTC交易：證券必須按照條件和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行審查，只有在SEC確認(rèn)其已遵守審查制度后，才能在柜臺(tái)上市或交易。如果上市后的證券不符合規(guī)定，其上市資格可能會(huì)被取消（McCallum，2014）。證券交易的基本性質(zhì)是特殊類型的證券轉(zhuǎn)讓。狹義地說，它的基本形式是證券交易，而廣義地說，它還包括轉(zhuǎn)讓或認(rèn)捐全部或部分證券權(quán)利給他人，這反映了證券作為融資工具的基本屬性。如圖3所示，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，證券交易必須在證券交易場(chǎng)所進(jìn)行，并遵守相關(guān)法律法規(guī)規(guī)定，以確保安全和迅速，并保持資本市場(chǎng)的穩(wěn)定和發(fā)展（Villar ，2014）。

早期證券交易主要采取現(xiàn)貨交易的形式，但隨著資本市場(chǎng)呈現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一到多重的發(fā)展趨勢(shì)，證券交易的分類已經(jīng)多樣化，形成了各種交易方式的共存現(xiàn)貨，信用、期貨和期權(quán)。網(wǎng)絡(luò)證券交易是一種新的交易模式，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)蓬勃發(fā)展， 它幫助我們?cè)谟龅骄薮筇魬?zhàn)的同時(shí)擁有新的利潤(rùn)增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。 如圖4所示，在廣義上，通過固定電話、移動(dòng)終端（SMS）和互聯(lián)網(wǎng)客戶端進(jìn)行的所有證券交易活動(dòng)都可以被稱為網(wǎng)絡(luò)證券交易。由圖4可知，最廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)證券交易模式是互聯(lián)網(wǎng)客戶端交易，因此人們也常稱互聯(lián)網(wǎng)客戶端交易為狹義的網(wǎng)絡(luò)證券交易。它通常是指證券交易者利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為投資者提供證券交易和相關(guān)服務(wù)，并實(shí)時(shí)完成交易的整個(gè)過程。

三、模型的建立

（一）一種新型互聯(lián)網(wǎng)證券交易模式（IICM）

伴隨著我國證券市場(chǎng)的高速發(fā)展，券商間的兼并重組案例逐漸增加，反映了國內(nèi)集約化管理模式的進(jìn)步，同時(shí)證券交易業(yè)務(wù)模式也發(fā)生了新的變化。為促進(jìn)證券交易業(yè)務(wù)管理模式轉(zhuǎn)型，降低金融風(fēng)險(xiǎn)，建立新型證券交易網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)體系是有效的方法。如圖5所示，網(wǎng)絡(luò)證券交易一般通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）以下兩種模式進(jìn)行。

（IICM）一是將證券業(yè)務(wù)部門與互聯(lián)網(wǎng)直接連接。在這種在線交易模式下，客戶可以從網(wǎng)絡(luò)接收各種實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)信息，通過網(wǎng)站直接下訂單、查詢和賬戶訪問，證券交易者可以提供的所有其他服務(wù)以滿足客戶需求。另一種在線交易模式是證券交易者通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商提供相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，在線客戶需求將通過ISP網(wǎng)站傳送給經(jīng)紀(jì)業(yè)務(wù)部門進(jìn)行委托交易，客戶還可以從ISP網(wǎng)站獲得實(shí)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格和交易結(jié)果。我們將這兩種模式進(jìn)行組合設(shè)計(jì)一種新型網(wǎng)絡(luò)證券交易模式（IICM），這種模式下用戶享有控制權(quán)，可以通過專業(yè)的技術(shù)支持充分享受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源。網(wǎng)絡(luò)信息管理中心和通信系統(tǒng)是證券交易系統(tǒng)的核心：網(wǎng)絡(luò)信息管理中心由大型數(shù)據(jù)庫，每個(gè)交易網(wǎng)絡(luò)通過高速數(shù)據(jù)鏈接網(wǎng)絡(luò)組成，對(duì)客戶交易數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，券商可以及時(shí)監(jiān)控交易狀態(tài)。這種交易模式可以節(jié)省大量的資金，降低風(fēng)險(xiǎn)，最大限度降低潛在錯(cuò)誤發(fā)生的幾率。

（二）基于區(qū)塊鏈和FICO-B信用評(píng)分機(jī)制的智能合約算法模型

通過利用比特幣借貸模型，證券交易將被固化為區(qū)塊鏈，并且智能合約將在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上廣播有關(guān)交易信息，這一過程不經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)，并且將獲得對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別。我們將FICO-B信用評(píng)分機(jī)制與分布式時(shí)間戳，腳本驗(yàn)證和其他技術(shù)結(jié)合使用，以確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中事務(wù)的唯一性和真實(shí)性?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的模型，其優(yōu)點(diǎn)在于：在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送廣播消息而不經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)并獲得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別，可以保持系統(tǒng)的原始分散、透明度和其他特征。向算法引入信用評(píng)分是互聯(lián)網(wǎng)上金融服務(wù)中常用的信用解決方案，通過綜合國際信用評(píng)級(jí)法，我們提出FICO-B信用評(píng)分方法：它能從信用歷史，交易關(guān)系，資產(chǎn)存量，交易流量等方面評(píng)估信用狀況。此外，因?yàn)檫@種交易模式一旦被固化為區(qū)塊鏈就不能改變，所以它是不可逆的，并且沒有干擾，這確定了交易者的信用狀態(tài)。有關(guān)具體操作過程，參見圖6。

FICO-B信用評(píng)分方法依賴于大型分布式數(shù)據(jù)庫，其基本思想是將客戶信用歷史信息與客戶信用習(xí)慣在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比較，以確定行為發(fā)展趨勢(shì)是否類似于不良行為發(fā)展趨勢(shì)， 主要參考因素包括報(bào)銷歷史和信用賬戶數(shù)量等。由于評(píng)分值需要考慮遍歷整個(gè)區(qū)塊鏈，為了避免太長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間和太多的資源消耗，我們使用增量方法進(jìn)行評(píng)分，同時(shí)只計(jì)算從這比交易開始到這筆交易結(jié)束的區(qū)塊鏈，以避免消耗過多的時(shí)間，通過這一過程獲取交易信息，并在計(jì)算后獲得新的信用評(píng)分和其他所有統(tǒng)計(jì)值。 計(jì)算公式如下：

算法運(yùn)行參數(shù)的相關(guān)設(shè)置如圖7所示：

首先，我們根據(jù)不良記錄的數(shù)量按升序排列所有條目，然后根據(jù)信用評(píng)分，回報(bào)率和交易量按降序排列所有條目，并使用信用評(píng)分來實(shí)現(xiàn)一些排名和處罰機(jī)制，以此幫助客戶選擇正確的證券交易者進(jìn)行交易，并可以增加那些有許多不良記錄的客戶的響應(yīng)時(shí)間。

我們使用派翠網(wǎng)絡(luò)（Petri net）作為分析工具來驗(yàn)證算法的正確性，得到庫所（Place）與變遷（Transition）的關(guān)聯(lián)矩陣：

（三）結(jié)果分析及討論

為了保證模型的正確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，必須對(duì)模型中使用的算法進(jìn)行驗(yàn)證。攻擊檢測(cè)（Attack detection）和形式分析（Formal analysis）是驗(yàn)證算法的兩種常用方法。攻擊檢測(cè)是針對(duì)算法中可能的漏洞進(jìn)行有效的對(duì)策攻擊，并通過不斷嘗試攻擊來驗(yàn)證算法的安全性，而形式分析是使用形式模型或語言來分析過程設(shè)計(jì)并驗(yàn)證算法的正確性。

根據(jù)上述方程，我們可以推斷線性方程系統(tǒng)的解決方案證明該算法可以同時(shí)發(fā)生多個(gè)異步操作的獨(dú)立事務(wù)處理，符合定義的變量驗(yàn)證并驗(yàn)證所使用的方法的正確性。我們假設(shè)信任進(jìn)程在互聯(lián)網(wǎng)上找到下一個(gè)塊的概率是p，則攻擊者趕上來自Z塊的信任進(jìn)程和篡改信息的概率是q。當(dāng)P> q時(shí)，如果攻擊者沒有成功地篡改第一塊中的信息，攻擊者趕上信任進(jìn)程的概率將隨著塊數(shù)Z的增加而指數(shù)級(jí)減小，并且欺詐的成功率將是在下降。因此，交易在被固定到區(qū)塊鏈之后將是真實(shí)的和可信的，這可以非常有效地避免欺詐的發(fā)生。沒有默認(rèn)記錄和信用評(píng)分的人的響應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系如圖8所示：

結(jié)果表明，提交的申請(qǐng)將在信用分?jǐn)?shù)較高的情況下快速響應(yīng)，而在信用分?jǐn)?shù)較低的情況下緩慢響應(yīng)；默認(rèn)的數(shù)量是影響信用評(píng)分和排序機(jī)制中的響應(yīng)率的關(guān)鍵，證明信用評(píng)分方法和排序算法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了期望的效果。并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的正確性和安全性。這種網(wǎng)絡(luò)證券交易模式已經(jīng)證明能夠有效保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中交易的唯一性和真實(shí)性，有效避免交易對(duì)象可能的信用風(fēng)險(xiǎn)，減少交易成本負(fù)擔(dān)，提高交易效率，更好實(shí)現(xiàn)合理配置資源。

四、結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，投資者在選擇證券交易服務(wù)提供商時(shí)不再受地域限制，其升級(jí)服務(wù)要求促使經(jīng)紀(jì)商進(jìn)行全面的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。在本文中，基于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的證券交易模型通過參考與數(shù)字貨幣交易相關(guān)的技術(shù)來闡述。此外，提出了基于FICO-B信用評(píng)級(jí)的算法模式，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種算法模式的準(zhǔn)確性，證明了其確保較高的網(wǎng)絡(luò)安全性，并且可以有效避免交易對(duì)象可能的信用風(fēng)險(xiǎn)。這一模型還可以有效保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)交易的唯一性和真實(shí)性，減輕交易成本負(fù)擔(dān)，提高交易效率，更好地實(shí)現(xiàn)資源合理分配。在進(jìn)一步的研究中，算法模型效應(yīng)可以進(jìn)一步優(yōu)化。能夠提供高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的證券交易技術(shù)將具有廣泛的應(yīng)用前景，以滿足證券行業(yè)對(duì)服務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)和拓展利潤(rùn)空間的迫切需求。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Musiega M G， Juma D M， Alala O B， et al Corporate Governance， Dividend Policy And Performance Special Reference To Banks Listed On Nairobi Security Exchange Kenya[J]. International Journal of Innovative Research and Development， 2013， 2（5）.

[2]Abdipoor S， Nasseri A， Akbarpour M， et al Integrating Neural Network and Colonial Competitive Algorithm： a New Approach for Predicting Bankruptcy in Tehran Security Exchange[J]. Asian Economic and Financial Review， 2013， 3（11）： 1528-1539.

[3]Sami M， Mehrmanesh H， Torki L Investigating the Effect of the Earning Forecast News on the Cost of the Capital of Listed Companies in Tehran Security Exchange[M].2013.

[4]Eghdami E， Kordrostami S， Maleki M， et al The Evaluation of Tehran's Security Exchange Bankruptcy With the Use of Network Dynamic Model： A Method Based on Data Envelopment Analysis[M].2015.

[5]Ebrahimi M A Model for Evaluating Stock of Companies Listed on Tehran Security Exchange （TSE）[J]. International Journal of Finance and Accounting， 2012， 1（4）： 59-62.

[6]Mutugi J M， Ngugi P K Effects of Privatization on Performance of Privatized Public Enterprises Listed in the Nairobi Security Exchange In Kenya： A Survey of Privatized Firms in the Nairobi Security Exchange[J]. International Journal of Innovative Research and Development， 2013， 2（8）.

[7]Chelley-Steeley P， Kluger B， Steeley J， et al Trading Patterns and Market Integration in Overlapping Experimental Asset Markets[J]. Journal of Financial and Quantitative Analysis， 2015， 50（6）： 1473-1499.

[8]Abadi D J Consistency Tradeoffs in Modern Distributed Database System Design： CAP is only Part of the Story[J]. Computer， 2012 （2）： 37-42.

[9]McCallum B T Bitcoin Issues[M]. 2014.

[10]Villar R， Knight S， Wolf B Bitcoin Exchange Mt Gox Goes Dark in Blow to VirtualCurrency[EB/OL].Reuters，wwwreuterscom/article/2014/02/25/us-mtgox-websiteidUSBREA1007920140225， 2014.

（責(zé)任編輯：顧曉濱馬琳）