基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的債券登記托管和交易報(bào)告探索

章慶 ，高劍 ，秦啟強(qiáng) ，尹可挺

1. 上海金融期貨信息技術(shù)有限公司創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，上海 200122

2. 浙江大學(xué)軟件學(xué)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(yīng)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(yīng)用從數(shù)字資產(chǎn)[1]向金融[2]、電子商務(wù)[3]和軍事[4]等領(lǐng)域延伸。政府部門、金融機(jī)構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈企業(yè)順應(yīng)技術(shù)潮流，加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，積極推進(jìn)區(qū)塊鏈和經(jīng)濟(jì)社會(huì)融合發(fā)展，開展區(qū)塊鏈政務(wù)[5]、區(qū)塊鏈金融[6-7]等服務(wù)實(shí)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(tái)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(dòng)、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(tuán)新晉級(jí)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(wù)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(wù)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(bǔ)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(tái)，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(dú)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(shí)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(fù)雜，涉及債券發(fā)行主體、債券抵押及擔(dān)保等信息。信息在機(jī)構(gòu)間周轉(zhuǎn)，難以保障信息傳遞的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和有效性；多方人工復(fù)核還會(huì)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(shè)施和制度設(shè)計(jì)統(tǒng)一場內(nèi)、場外市場，建設(shè)我國競爭充分、機(jī)制健全、良性互動(dòng)的債券市場，一直是專家們討論的焦點(diǎn)[12]。

1.2 區(qū)塊鏈在債券市場的潛能

區(qū)塊鏈?zhǔn)切畔⒑蛢r(jià)值流治理的綜合性IT 基礎(chǔ)設(shè)施，具有防篡改、可追溯、智能合約自動(dòng)執(zhí)行等特性。區(qū)塊鏈助力信用體系建設(shè)、賦能資本市場平臺(tái)化轉(zhuǎn)型將為傳統(tǒng)金融業(yè)務(wù)注入新動(dòng)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(diǎn)公開、可驗(yàn)證，交易者可查看市場公開詢價(jià)、廣播自身報(bào)價(jià)。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(diǎn)獨(dú)立核驗(yàn)信息，可降低機(jī)構(gòu)間信息不對(duì)稱性，提升債券市場透明度。

（2）實(shí)現(xiàn)信息、資金流融合，降低結(jié)算風(fēng)險(xiǎn)

在傳統(tǒng)金融交易系統(tǒng)中，清算網(wǎng)絡(luò)需要在交易網(wǎng)絡(luò)日結(jié)后，傳送銀行之間當(dāng)日網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)存有最新賬本副本，每筆交易即時(shí)計(jì)算并對(duì)賬，可減少清算時(shí)間，降低結(jié)算失敗風(fēng)險(xiǎn)[13]。在實(shí)時(shí)清算基礎(chǔ)上，對(duì)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(wù)自動(dòng)化水平

智能合約是一段計(jì)算機(jī)協(xié)議或代碼，旨在以信息化方式傳播、驗(yàn)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(yù)下進(jìn)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(shí)嵌入智能合約，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算、訂單支付和贖回等操作，提升債券產(chǎn)品和業(yè)務(wù)的自動(dòng)化水平[14]。

2 國內(nèi)外債券交易平臺(tái)介紹

2.1 國外債券交易平臺(tái)

國外債券交易平臺(tái)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(shè)計(jì)和交易服務(wù)，形成交易商對(duì)客戶的市場（Dealer to Customer，D2C），以美國彭博（Bloomberg）為代表。彭博采用報(bào)價(jià)驅(qū)動(dòng)交易機(jī)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(jì)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(duì)沖風(fēng)險(xiǎn)的需求，以美國BrokerTec 為代表。BrokerTec 采用訂單驅(qū)動(dòng)交易機(jī)制，為客戶提供訂單管理、交易分析、風(fēng)險(xiǎn)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(tái)。MTS 建立起多層次債券市場，同時(shí)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(tái)組織框架Fig.3 Architecture of overseas bonds trading platform

2.2 我國債券交易平臺(tái)

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

宏觀上，中國外匯交易中心平臺(tái)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(tái)品種少、體量小。微觀上，滬深交易所平臺(tái)交易機(jī)制更豐富、結(jié)算機(jī)制更有效、信息披露更嚴(yán)格、市場透明度更高。債券通平臺(tái)是內(nèi)地與香港的創(chuàng)新合作，主要服務(wù)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(jī)構(gòu)和發(fā)行準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)存在差異，機(jī)構(gòu)間各自建設(shè)集中式系統(tǒng)不利于形成統(tǒng)一市場和統(tǒng)一價(jià)格，債券登記托管、交易和清算等基礎(chǔ)設(shè)施亟待整合。

3 基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的債券平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

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(biāo)準(zhǔn)，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(shè)施，賦能分布式商業(yè)；中證機(jī)構(gòu)間報(bào)價(jià)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(yīng)用創(chuàng)新聯(lián)盟。總結(jié)金融區(qū)塊鏈應(yīng)用，只有聯(lián)盟區(qū)塊鏈同時(shí)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(yīng)用評(píng)估規(guī)則》[17]的落地要求。本文基于區(qū)塊鏈底層平臺(tái)Hyperchain 進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)對(duì)交易性能、隱私保護(hù)等方面的需求。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過長期實(shí)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(bào)告平臺(tái)劃分為三層：分布式賬本服務(wù)層、債券服務(wù)層和接口層（圖4）。分布式賬本服務(wù)層以云平臺(tái)為物理依托，提供包括共識(shí)算法、P2P 網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)存儲(chǔ)以及智能合約引擎，負(fù)責(zé)交易執(zhí)行、共識(shí)和可信存儲(chǔ)。債券服務(wù)層在分布式賬本服務(wù)層之上，負(fù)責(zé)提供聯(lián)盟治理、身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)管理、電子合同、智能合約和交易報(bào)告等服務(wù)。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(shí)機(jī)制

共識(shí)機(jī)制是分布式賬本正常運(yùn)行的核心規(guī)則，也是本文重點(diǎn)研究對(duì)象。Hyperchain 支持無惡意節(jié)點(diǎn)的分布式一致性算法RAFT，也支持不超過1/3 惡意節(jié)點(diǎn)的RBFT（Robust Byzantine Tolerance）。本文最終選用NoxBFT 共識(shí)機(jī)制（圖5）。

假定區(qū)塊鏈?zhǔn)前踩?、可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)消息傳遞的延遲存在上限，NoxBFT 共識(shí)機(jī)制的共識(shí)過程如下：

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

圖5 系統(tǒng)共識(shí)機(jī)制：NoxBFTFig.5 Procedure of NoxBFT consensus

第二步，第一次提案。當(dāng)前輪值主節(jié)點(diǎn)（副本節(jié)點(diǎn)1）負(fù)責(zé)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(gè)提案并廣播。

第三步，第一次投票。其他副本節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽到第一次提案的廣播后，獨(dú)立驗(yàn)證該提案的合法性。驗(yàn)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(shí)，副本節(jié)點(diǎn)將帶有簽名的投票信息發(fā)送至第二輪的主節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)的選擇根據(jù)網(wǎng)絡(luò)延遲情況順序輪值，以確保在網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)時(shí)不會(huì)頻繁切換到網(wǎng)絡(luò)延遲高的副本節(jié)點(diǎn)。如果超過1/3 副本節(jié)點(diǎn)驗(yàn)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(diǎn)（副本節(jié)點(diǎn)3）收到其他副本節(jié)點(diǎn)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(fù)第三步、第四步，直到超時(shí)。系統(tǒng)共識(shí)過程結(jié)束。

NoxBFT 共識(shí)機(jī)制是一個(gè)基于主節(jié)點(diǎn)的拜占庭容錯(cuò)共識(shí)機(jī)制。在區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n 時(shí)，NoxBFT共識(shí)機(jī)制可以容納數(shù)量為n/3 的惡意節(jié)點(diǎn)；通過流水線并發(fā)的方式共識(shí)執(zhí)行，其通訊復(fù)雜度為O(n)。

3.4 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)劃分為共識(shí)節(jié)點(diǎn)、記賬節(jié)點(diǎn)。共識(shí)節(jié)點(diǎn)參與共識(shí)并出塊，記賬節(jié)點(diǎn)維護(hù)賬戶數(shù)據(jù)完整性并穩(wěn)定地同步區(qū)塊。

為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)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(jì)管理員、節(jié)點(diǎn)管理員、合約管理員、普通用戶和輕量級(jí)用戶（圖6）。其中，系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)聯(lián)盟鏈的協(xié)議、成員管理和配置管理；審計(jì)管理員負(fù)責(zé)債券業(yè)務(wù)的合規(guī)性監(jiān)管；節(jié)點(diǎn)管理員負(fù)責(zé)本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)與配置管理；合約管理員負(fù)責(zé)智能合約的部署、更新和維護(hù)；普通用戶負(fù)責(zé)各項(xiàng)債券業(yè)務(wù)操作；輕量級(jí)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(rèn)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(xì)設(shè)計(jì)

4.1 業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)

（1）債券登記托管

銀行間和交易所市場集中化管理機(jī)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(zé)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(tái)市場參與者債券資產(chǎn)，上海清算所提供本外幣清算服務(wù)。

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(jí)托管人，集中登記、托管并完成清算和結(jié)算，對(duì)接證券公司和商業(yè)銀行等機(jī)構(gòu)；證券公司、商業(yè)銀行等作為二級(jí)托管人，對(duì)交易所市場和商業(yè)銀行柜臺(tái)系統(tǒng)的投資人進(jìn)行登記、托管，并受托完成清算和結(jié)算（圖7）。

圖7 債券分級(jí)登記托管Fig.7 Two layer bonds registration

圖8 債券詢價(jià)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(jià)交易，即自主談判、逐筆成交；交易所市場采取集中競價(jià)撮合和詢價(jià)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(yīng)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(diǎn)關(guān)注詢價(jià)交易模型的區(qū)塊鏈解決方案（圖8）。

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

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

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

第四步，確認(rèn)交易，生成成交意向單。對(duì)手方確認(rèn)要素?zé)o誤后，點(diǎn)擊成交。交易過程由債券登記托管機(jī)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(jī)構(gòu)、交易場所、自律協(xié)會(huì)、增值服務(wù)機(jī)構(gòu)、登記結(jié)算機(jī)構(gòu)和見證機(jī)構(gòu)等共同發(fā)起（圖9）。其中，監(jiān)管機(jī)構(gòu)是中國證監(jiān)會(huì)和中國人民銀行，聯(lián)合對(duì)區(qū)塊鏈?zhǔn)袌鲞M(jìn)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(fù)責(zé)提供發(fā)債審核及交易服務(wù)。自律協(xié)會(huì)包括銀行交易商協(xié)會(huì)和證券業(yè)協(xié)會(huì)，負(fù)責(zé)行業(yè)自律管理和文件備案。登記結(jié)算機(jī)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(wù)。增值服務(wù)機(jī)構(gòu)包括金融經(jīng)紀(jì)機(jī)構(gòu)、評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)、估值機(jī)構(gòu)，提供增值服務(wù)。司法見證機(jī)構(gòu)提供證據(jù)固定服務(wù)。發(fā)債主體和投資者作為輕量級(jí)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(hù)、節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化等內(nèi)容。聯(lián)盟節(jié)點(diǎn)具有高度冗余性，分布在不同的實(shí)體控制之下，這對(duì)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(huì)，由聯(lián)盟大會(huì)選舉聯(lián)盟治理委員會(huì)，委員會(huì)下設(shè)日常運(yùn)管小組和應(yīng)急處理小組（圖10）。委員會(huì)負(fù)責(zé)成員變更、智能合約升級(jí)和區(qū)塊鏈系統(tǒng)等重大事項(xiàng)變更評(píng)審。日常運(yùn)管小組負(fù)責(zé)系統(tǒng)安全性和連續(xù)性運(yùn)行；應(yīng)急處理小組負(fù)責(zé)聯(lián)盟治理委員會(huì)批準(zhǔn)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(yùn)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(wù)規(guī)則，進(jìn)行債券交易，應(yīng)當(dāng)訂立書面形式合同。合同應(yīng)對(duì)交易日期、交易方向、債券品種、債券數(shù)量、交易價(jià)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(rèn)證。對(duì)個(gè)人投資者，通過電話號(hào)碼、銀行賬戶等可完成個(gè)人實(shí)名認(rèn)證。對(duì)機(jī)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(shí)名認(rèn)證。信息執(zhí)行人在代表企業(yè)進(jìn)行業(yè)務(wù)操作前需取得法人授權(quán)。其次，合同締約方依次對(duì)合同要素進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)無誤即進(jìn)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(duì)合同內(nèi)容有異議，即進(jìn)入作廢階段。只有經(jīng)雙方確認(rèn)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(wù)機(jī)構(gòu)有權(quán)查詢合同詳細(xì)信息。

4.4 智能合約

智能合約具有分布式部署、自動(dòng)化運(yùn)行、多方共同驗(yàn)證等特點(diǎn)，可承載部分復(fù)雜業(yè)務(wù)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(yù)設(shè)條件下觸發(fā)自動(dòng)交易邏輯，無需人工干預(yù)，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(cuò)機(jī)制（圖12）。運(yùn)行時(shí)，智能合約檢測交易要素閾值（例如債券合約價(jià)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(shè)計(jì)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(jià)值在當(dāng)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(shí)鐘信號(hào)，比對(duì)合同履約日期。當(dāng)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(hào)。債券和資金信息將通過接口同步至區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)及外部系統(tǒng)。容錯(cuò)機(jī)制是當(dāng)某節(jié)點(diǎn)智能合約計(jì)算結(jié)果與其他結(jié)果產(chǎn)生沖突時(shí)，出錯(cuò)的狀態(tài)機(jī)能恢復(fù)到正常狀態(tài)。

4.5 交易報(bào)告庫

債券交易報(bào)告庫對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)送質(zhì)量和共享手段要求嚴(yán)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(jī)構(gòu)眾多，債券品種、合約多，由之衍生的估值、評(píng)級(jí)、指數(shù)等關(guān)聯(lián)產(chǎn)品眾多，數(shù)據(jù)報(bào)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(gè)托管機(jī)構(gòu)，跨體系、跨機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)共享困難，數(shù)據(jù)報(bào)送及時(shí)性、準(zhǔn)確性和真實(shí)性難以保證。借助聯(lián)盟區(qū)塊鏈建設(shè)債券市場交易報(bào)告庫，既可實(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)可信共享，減少機(jī)構(gòu)間對(duì)賬成本，增加跨機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)可信度（圖13）。

基于G20 國際監(jiān)管共識(shí)及實(shí)踐，交易報(bào)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(fēng)險(xiǎn)敞口情況，并定期向監(jiān)管部門報(bào)告。本文提出由債券交易場所、登記結(jié)算機(jī)構(gòu)和行業(yè)協(xié)會(huì)共同建設(shè)債券交易報(bào)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(jī)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(fēng)險(xiǎn)敞口數(shù)據(jù)；行業(yè)協(xié)會(huì)包括證券業(yè)協(xié)會(huì)、銀行間交易商協(xié)會(huì)，負(fù)責(zé)維護(hù)會(huì)員信息。

5 系統(tǒng)驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.1 系統(tǒng)驗(yàn)證

原型系統(tǒng)基于6 臺(tái)天翼云主機(jī)運(yùn)行，操作系統(tǒng)CentOS7.3，基礎(chǔ)配置8 核16G 內(nèi)存。其中，4 臺(tái)主機(jī)組建最小區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)并作為共識(shí)節(jié)點(diǎn)；1 臺(tái)主機(jī)模擬監(jiān)管機(jī)構(gòu)作為區(qū)塊鏈記賬節(jié)點(diǎn)；1 臺(tái)主機(jī)部署Tomcat 提供web 服務(wù)。本文采用mysql 和levelDB相結(jié)合的方式進(jìn)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(jī)構(gòu)，對(duì)債券信息、債券歸屬和變動(dòng)進(jìn)行確認(rèn)和記載，同時(shí)對(duì)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(shè)交易報(bào)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(jià)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(shí)，投資者需完整填寫詢價(jià)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(rèn)交易要素后將進(jìn)入到合同簽署環(huán)節(jié)（圖16）。交易要素自動(dòng)填充至模板合同，交易雙方可二次核驗(yàn)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(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證章節(jié)3.3 中所選共識(shí)機(jī)制對(duì)機(jī)構(gòu)大規(guī)模擴(kuò)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(bào)告原型系統(tǒng)配置兩種共識(shí)機(jī)制：RBFT 和NoxBFT，以測試各自吞吐量性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下（圖18）：得益于網(wǎng)絡(luò)通訊復(fù)雜度降低，NoxBFT 在最小區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)（4 節(jié)點(diǎn)）中吞吐量每秒可達(dá)350 多筆；在節(jié)點(diǎn)數(shù)為100 的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中仍可達(dá)每秒150 多筆。隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加，NoxBFT 性能顯著優(yōu)于RBFT。

圖18 兩種共識(shí)機(jī)制性能對(duì)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(wù)。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(shí)現(xiàn)新型債券（Blockchain Offered New Debt Instrument， 簡 稱bond-i）前期發(fā)行和后期運(yùn)營工作。

區(qū)塊鏈?zhǔn)艿絺袌龈鞣角嗖A，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(duì)稱。區(qū)塊鏈賬本信息全網(wǎng)維護(hù)、共同記賬，降低賬本失效、被篡改和偽造引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，保障信息披露真實(shí)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(jià)格，自動(dòng)執(zhí)行交易策略，以減少人工出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)、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(wù)效率。三是債券市場監(jiān)管格局和滿足審計(jì)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(yàn)證，在數(shù)據(jù)真實(shí)、有效的前提下，為監(jiān)管機(jī)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(dāng)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(dá)99%以上，可據(jù)此計(jì)算交易筆數(shù)基線。銀行間市場每天交易時(shí)間段為上午9:00-12:00，下午13:30-16:30，合計(jì)6 個(gè)小時(shí)。根據(jù)二八法則，每天1.2 小時(shí)內(nèi)（當(dāng)日交易時(shí)間20%）會(huì)執(zhí)行約12 000 筆交易（當(dāng)日成交筆數(shù)80%），則系統(tǒng)每秒鐘事務(wù)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(chǔ)量上估算，假定單筆交易占用20KB 存儲(chǔ)資源，單個(gè)節(jié)點(diǎn)日均數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量為300MB 左右，年存儲(chǔ)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(bào)告平臺(tái)具有可行性與可用性。

6.2 共識(shí)機(jī)制安全性分析

根據(jù)章節(jié)3.3 中的假設(shè)，該聯(lián)盟區(qū)塊鏈?zhǔn)强煽?、安全的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)消息傳遞的延遲存在上限。記賬節(jié)點(diǎn)存在惡意可能，例如隨時(shí)加入或退出，或者丟棄、偽造和篡改消息。為對(duì)NoxBFT 進(jìn)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(dāng)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(duì)上一提案的投票）。

Lock-Block 規(guī)則：若副本節(jié)點(diǎn)a，在當(dāng)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(dāng)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(dāng)前區(qū)塊n 收到3 次prepareQC，則區(qū)塊n 被提交。

（1）不存在兩個(gè)相同高度區(qū)塊收到足夠多的投票。假設(shè)節(jié)點(diǎn)總數(shù)為N=3f+1，f 為拜占庭節(jié)點(diǎn)最大數(shù)量，那么當(dāng)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(duì)兩個(gè)區(qū)塊投了票，與f 個(gè)拜占庭節(jié)點(diǎn)假設(shè)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(dāng) 區(qū) 塊B(n)>B(2)， 則Previous-Block(B(n))>B(0)。如果系統(tǒng)內(nèi)誠實(shí)節(jié)點(diǎn)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(gè)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(diǎn)n 的 Lock-Block(n)=B，節(jié)點(diǎn)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(gè)prepareQC 出現(xiàn)在同一輪，則由（1） 可知不存在B’和B 同時(shí)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(duì)應(yīng)prepareQC(B)、prepareQC(B’)。假設(shè)View Number(B’) > ViewNumber(B)，那么根據(jù)（2），Previous_Block(B’) > B，與假設(shè)矛盾。

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

綜上，NoxBFT 滿足區(qū)塊生成的安全性要求。

6.3 缺陷與風(fēng)險(xiǎn)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(dāng)下市場分割問題、多頭監(jiān)管問題，提升債券業(yè)務(wù)的數(shù)字化水平。但區(qū)塊鏈并非萬能鑰匙，也會(huì)引入新問題和風(fēng)險(xiǎn)。首先區(qū)塊鏈天然適合低頻、大額場外交易，面對(duì)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)?；Ｆ浯沃悄芎霞s存在缺陷。債券業(yè)務(wù)規(guī)則轉(zhuǎn)化為自動(dòng)執(zhí)行的代碼后，智能合約一旦部署、運(yùn)行，人工無法干預(yù)，出現(xiàn)漏洞或被攻擊會(huì)對(duì)市場造成災(zāi)難性、不可逆轉(zhuǎn)的影響。智能合約設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)需要更加審慎。最后區(qū)塊鏈可能對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)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(duì)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(shí)現(xiàn)自我證明，無需公開資料即可取得對(duì)方信任并自由交易，對(duì)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(huì)分配格局與法律，是區(qū)塊鏈商業(yè)化面臨的機(jī)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(shí)。2020年7月19日，人民銀行、證監(jiān)會(huì)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(shè)施機(jī)構(gòu)開展互聯(lián)互通合作。制度層面的障礙正在清除?；诼?lián)盟區(qū)塊鏈建設(shè)統(tǒng)一債券基礎(chǔ)設(shè)施，為滿足場內(nèi)外債券交易功能性需求和性能指標(biāo)，提供了技術(shù)可選項(xiàng)。

隨著央行法定數(shù)字貨幣研發(fā)工作加速推進(jìn)，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(dòng)。目前，原型系統(tǒng)僅支持債券信息流在機(jī)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(shí)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(shè)債券類區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施與應(yīng)用研究。2019年12月，中國銀行宣布推出國內(nèi)首個(gè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的債券發(fā)行系統(tǒng)，將其成功應(yīng)用在中國銀行200 億小微企業(yè)專項(xiàng)金融債的發(fā)行。中央國債登記結(jié)算有限責(zé)任公司在2020年招標(biāo)“信貸資產(chǎn)登記流轉(zhuǎn)區(qū)塊鏈項(xiàng)目”，中標(biāo)機(jī)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(yīng)用，表明其作為未來金融基礎(chǔ)設(shè)施的潛能。統(tǒng)一的區(qū)塊鏈債券市場，當(dāng)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。