基于區塊鏈技術的智能合約網絡證券交易模型研究

王曉峰

[摘要]隨著網絡信息技術的高速發展，如何利用新技術促進證券業服務轉型升級創新成為各大金融機構日益關注的焦點。結合數字貨幣交易相關技術，闡述了基于區塊鏈數據庫的證券交易模型。在簡要介紹相關理論和技術后，提出了一種基于FICO-B信用等級的算法模型，并根據算法討論了一些證券交易網絡模型。實驗驗證了此算法模型的準確性，并證明其確保網絡安全性并可有效避免交易對象可能出現的信用風險。這種網絡證券交易模式已被證明能夠有效保證整個網絡交易的唯一性和真實性，減輕交易成本負擔，提高交易效率，更好地實現資源優化分配。

[關鍵詞]區塊鏈；互聯網金融；證券交易；交易模型

[中圖分類號]F83059[文獻標識碼]A[文章編號]2095-3283（2017）04-0101-05

一、引言

伴隨著互聯網技術的發展，近十年來證券交易服務模式發生了巨大變化，而網絡券商、線上金融超市等新興金融服務平臺的出現又對傳統證券服務業產生了極大沖擊。高度網絡化的證券交易模式集成新型底層技術為券商壓縮成本、減少中介環節、降低交易程序錯誤率提供了新的機遇。Musiega MG（2013）指出：目前在線證券交易只是一種代理交易，因為在線經紀人只提供了匯集市場信息的接口，而客戶的交易請求實際上是在經紀服務中被打包并發送到證券公司的服務器完成交易的真實交易。事實上，由富國銀行、美國銀行、紐約梅隆銀行、花旗銀行等42家世界級金融機構組成的R3CEV聯盟倡導的P2P交易的分布式記賬技術Corda正在迅速推進其在金融企業中的應用，致力于降低中介成本。而其交易基礎：基于區塊鏈網絡發行的數字貨幣的各項優勢，也激發起人們研究的興趣。Abdipoor S（2013）認為：數字貨幣的應用已逐漸成為人們在電子信息時代消費的主要研究方向。同時傳統貨幣發行集中在中央銀行，其發行數量和流通環節難以被掌控，而新的數字貨幣可以估計流通貨幣的數量，從而達到有效抑制電子貨幣通貨膨脹的目的。Sami M（2013）認為：數字貨幣應用范圍廣泛，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：隨著互聯網技術的快速發展，網上交易的出現和興起有明顯的必然性和廣闊的發展前景。對于未來包括證券交易在內的金融服務業務，基于區塊鏈網絡和數字貨幣的交易模式將成為使用在線交易獲取資源和服務的最有效方式。盡管數字貨幣作為新興事物，在一些國家的合法性尚未得到認同，但我國央行已于年初發行了以央行為發行主體（合約設計者）的數字貨幣，因此本文對基于區塊鏈網絡的智能合約網絡證券交易體系進行研究，對于我國券商行業進行金融創新具有指導和借鑒作用。

在數字貨幣相關交易技術的基礎上，本文研究基于區塊鏈分布式賬本數據庫技術的證券交易模型，闡述了區塊鏈環境下證券交易的基本理論和概念，提出了基于FICO-B信用評分法的交易模式算法，并且基于該算法研究了多個網絡證券交易模型，通過實驗分析對算法模型進行了驗證，最后總結了基于區塊鏈技術的智能合約網絡證券交易體系的研究過程和結果。

二、相關概念和技術基礎

（一）區塊鏈技術

如圖1所示，區塊鏈是一個重要的比特幣底層技術概念，本質上是一個去中心化的數據庫，它像賬簿一樣記錄在發生在他上面的所有交易（Ebrahimi，2012）。

區塊鏈是運用密碼學算法產生的一系列相關聯的數據塊，每一個數據塊包含用于認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的信息（Mutugi，2013）。用戶可以在每個離線終端中查詢區塊鏈，并且區塊鏈在網絡上是公共所有和公開透明的。 終端功能的實現需要區塊鏈進行驗證，每次驗證測試稱為一次性確認。每次交易行為需要通過多次確認完成（Chelley-Steeley，2015）。 因此，由于其安全性和方便性，區塊鏈技術被大多數互聯網金融企業關注和使用。 它可以廣泛應用于智能合約、證券交易、電子商務、物聯網、社交通信、文件存儲、存在證明、身份驗證和股權眾籌等。以比特幣區塊鏈為例，其工作流程如圖2所示：

目前區塊鏈網絡主要分為三類：公共區塊鏈，行業區塊鏈和私有區塊鏈（Li，2015）。公共區塊鏈是最早和最廣泛使用的區塊鏈，任何人都可以發送被區塊鏈有效確工作流程認的交易，任何人都可以參與其共識過程。行業區塊鏈中的預選節點在組內被指定，并且預選節點共同參與每個塊產生的過程。其他接入節點只能參與交易的運算過程，但不能干預記賬過程，但其他接入節點可以通過區塊鏈中的開放API查詢有限的信息。私人區塊鏈僅使用區塊鏈的總賬技術進行記賬，并擁有區塊鏈的獨占寫入權限。由于區塊鏈使用分布式記賬和存儲，任何節點的權利和義務是相等的，因此沒有中心硬件或管理機構或分散特征。區塊鏈數據對所有節點開放。除了每個對手的私人信息被加密，任何節點允許通過開放接口進行數據查詢和應用程序開發，所以有高度的透明度和開放性。區塊鏈協議規范基于通過協商達成一致的原則，所以所有節點可以在可信環境中自由和安全地交換數據，消除人為干預并具有極強的自主性。一旦信息被驗證并添加到區塊鏈，它將在整個區塊鏈的所有節點上被永久存儲，而只有通過控制超過一半的系統節點才能有效地修改數據庫，因此區塊鏈具有極高的穩定性和可靠性。此外，交易對手不需要透露他們的身份以贏得對方的信任，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

證券交易是指根據交易規則的證券轉讓證券持有人。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準進行審查，只有在SEC確認其已遵守審查制度后，才能在柜臺上市或交易。如果上市后的證券不符合規定，其上市資格可能會被取消（McCallum，2014）。證券交易的基本性質是特殊類型的證券轉讓。狹義地說，它的基本形式是證券交易，而廣義地說，它還包括轉讓或認捐全部或部分證券權利給他人，這反映了證券作為融資工具的基本屬性。如圖3所示，根據有關規定，證券交易必須在證券交易場所進行，并遵守相關法律法規規定，以確保安全和迅速，并保持資本市場的穩定和發展（Villar ，2014）。

早期證券交易主要采取現貨交易的形式，但隨著資本市場呈現從簡單到復雜，從單一到多重的發展趨勢，證券交易的分類已經多樣化，形成了各種交易方式的共存現貨，信用、期貨和期權。網絡證券交易是一種新的交易模式，隨著網絡技術蓬勃發展， 它幫助我們在遇到巨大挑戰的同時擁有新的利潤增長機會。 如圖4所示，在廣義上，通過固定電話、移動終端（SMS）和互聯網客戶端進行的所有證券交易活動都可以被稱為網絡證券交易。由圖4可知，最廣泛使用的網絡證券交易模式是互聯網客戶端交易，因此人們也常稱互聯網客戶端交易為狹義的網絡證券交易。它通常是指證券交易者利用互聯網技術為投資者提供證券交易和相關服務，并實時完成交易的整個過程。

三、模型的建立

（一）一種新型互聯網證券交易模式（IICM）

伴隨著我國證券市場的高速發展，券商間的兼并重組案例逐漸增加，反映了國內集約化管理模式的進步，同時證券交易業務模式也發生了新的變化。為促進證券交易業務管理模式轉型，降低金融風險，建立新型證券交易網絡信息服務體系是有效的方法。如圖5所示，網絡證券交易一般通過互聯網服務提供商（ISP）以下兩種模式進行。

（IICM）一是將證券業務部門與互聯網直接連接。在這種在線交易模式下，客戶可以從網絡接收各種實時報價信息，通過網站直接下訂單、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絡服務提供商提供相關的互聯網服務，在線客戶需求將通過ISP網站傳送給經紀業務部門進行委托交易，客戶還可以從ISP網站獲得實時市場價格和交易結果。我們將這兩種模式進行組合設計一種新型網絡證券交易模式（IICM），這種模式下用戶享有控制權，可以通過專業的技術支持充分享受網絡服務資源。網絡信息管理中心和通信系統是證券交易系統的核心：網絡信息管理中心由大型數據庫，每個交易網絡通過高速數據鏈接網絡組成，對客戶交易數據進行集中管理，券商可以及時監控交易狀態。這種交易模式可以節省大量的資金，降低風險，最大限度降低潛在錯誤發生的幾率。

（二）基于區塊鏈和FICO-B信用評分機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塊鏈，并且智能合約將在整個網絡上廣播有關交易信息，這一過程不經過中間節點，并且將獲得對整個網絡的識別。我們將FICO-B信用評分機制與分布式時間戳，腳本驗證和其他技術結合使用，以確保整個網絡中事務的唯一性和真實性。基于區塊鏈技術的模型，其優點在于：在整個網絡上發送廣播消息而不經過中間節點并獲得整個網絡的識別，可以保持系統的原始分散、透明度和其他特征。向算法引入信用評分是互聯網上金融服務中常用的信用解決方案，通過綜合國際信用評級法，我們提出FICO-B信用評分方法：它能從信用歷史，交易關系，資產存量，交易流量等方面評估信用狀況。此外，因為這種交易模式一旦被固化為區塊鏈就不能改變，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。有關具體操作過程，參見圖6。

FICO-B信用評分方法依賴于大型分布式數據庫，其基本思想是將客戶信用歷史信息與客戶信用習慣在數據庫中進行比較，以確定行為發展趨勢是否類似于不良行為發展趨勢， 主要參考因素包括報銷歷史和信用賬戶數量等。由于評分值需要考慮遍歷整個區塊鏈，為了避免太長的計算時間和太多的資源消耗，我們使用增量方法進行評分，同時只計算從這比交易開始到這筆交易結束的區塊鏈，以避免消耗過多的時間，通過這一過程獲取交易信息，并在計算后獲得新的信用評分和其他所有統計值。 計算公式如下：

算法運行參數的相關設置如圖7所示：

首先，我們根據不良記錄的數量按升序排列所有條目，然后根據信用評分，回報率和交易量按降序排列所有條目，并使用信用評分來實現一些排名和處罰機制，以此幫助客戶選擇正確的證券交易者進行交易，并可以增加那些有許多不良記錄的客戶的響應時間。

我們使用派翠網絡（Petri net）作為分析工具來驗證算法的正確性，得到庫所（Place）與變遷（Transition）的關聯矩陣：

（三）結果分析及討論

為了保證模型的正確性和嚴謹性，必須對模型中使用的算法進行驗證。攻擊檢測（Attack detection）和形式分析（Formal analysis）是驗證算法的兩種常用方法。攻擊檢測是針對算法中可能的漏洞進行有效的對策攻擊，并通過不斷嘗試攻擊來驗證算法的安全性，而形式分析是使用形式模型或語言來分析過程設計并驗證算法的正確性。

根據上述方程，我們可以推斷線性方程系統的解決方案證明該算法可以同時發生多個異步操作的獨立事務處理，符合定義的變量驗證并驗證所使用的方法的正確性。我們假設信任進程在互聯網上找到下一個塊的概率是p，則攻擊者趕上來自Z塊的信任進程和篡改信息的概率是q。當P> q時，如果攻擊者沒有成功地篡改第一塊中的信息，攻擊者趕上信任進程的概率將隨著塊數Z的增加而指數級減小，并且欺詐的成功率將是在下降。因此，交易在被固定到區塊鏈之后將是真實的和可信的，這可以非常有效地避免欺詐的發生。沒有默認記錄和信用評分的人的響應時間之間的關系如圖8所示：

結果表明，提交的申請將在信用分數較高的情況下快速響應，而在信用分數較低的情況下緩慢響應；默認的數量是影響信用評分和排序機制中的響應率的關鍵，證明信用評分方法和排序算法已經實現了期望的效果。并通過實驗驗證了該算法的正確性和安全性。這種網絡證券交易模式已經證明能夠有效保證整個網絡中交易的唯一性和真實性，有效避免交易對象可能的信用風險，減少交易成本負擔，提高交易效率，更好實現合理配置資源。

四、結論

隨著網絡信息技術的不斷發展，投資者在選擇證券交易服務提供商時不再受地域限制，其升級服務要求促使經紀商進行全面的業務創新。在本文中，基于區塊鏈數據庫的證券交易模型通過參考與數字貨幣交易相關的技術來闡述。此外，提出了基于FICO-B信用評級的算法模式，實驗驗證了這種算法模式的準確性，證明了其確保較高的網絡安全性，并且可以有效避免交易對象可能的信用風險。這一模型還可以有效保證整個網絡交易的唯一性和真實性，減輕交易成本負擔，提高交易效率，更好地實現資源合理分配。在進一步的研究中，算法模型效應可以進一步優化。能夠提供高質量網絡服務的證券交易技術將具有廣泛的應用前景，以滿足證券行業對服務轉型升級和拓展利潤空間的迫切需求。

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（責任編輯：顧曉濱馬琳）