區塊鏈技術原理與財政應用前景

曾雪云（教授）

一、引言

中本聰（Satoshi Nakamoto）在2008年發表其奠基性論文即《比特幣：一種點對點的電子現金系統》中提出區塊鏈的概念，引起了各國政府的高度重視，預期未來將對財政管理產生重大影響。國家財政作為維持國家主體存在和實現社會管理職能的制度工具，在本質上是各級政府組織憑借其政治權力參與國民收入分配的一項全局性管理活動。雖然我國已形成了規范有序的財政管理體系，但在預算管理、稅收征管、支出管理等方面還有較大改善的可能。

作為去中心化的交易和數據管理技術，區塊鏈技術可以在沒有任何第三方參與交易的情況下確保安全性、匿名性、數據的完整性和賬簿的不可篡改性，這為完善財政管理活動提供了理想的技術途徑。但是，現有區塊鏈相關文獻大多側重于物聯網以及金融應用研究[1]，缺乏研究區塊鏈財政應用的文獻。去中心化技術本質上是一種以共識機制為基礎的分布式賬本技術，理應可用于國家財政收支這個大賬本中，從而提高財政支出和稅收征管提供的便利性和有效性并節約成本。因此，本文擬從理論層面討論區塊鏈在國家財政管理方面的應用前景，以期為后續研究提供初步框架。

二、區塊鏈的技術原理

2016年10月我國工信部信息中心發布《中國區塊鏈技術與應用發展白皮書（2016）》[2]，將區塊鏈的基礎技術規則解釋為：利用分布式節點共識算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式來保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算范式。其應用基礎在國內外文獻中已有所討論，但主要是概念層面的性能分析，下面將對性能中的技術原理進行分析。

（一）分布式賬本

分布式賬本技術（Distributed Ledger Technology，簡稱DLT）作為去中心化自治交易的底層技術，使得對某一節點或機構的信任轉化為對計算機協議的信任，這加快了去信任化（Trust-free）對等網絡的發展[3]。歐洲央行于2016年7月發布的《Distributed Ledger Technologies in Securities Post-trading》[4]中給出了對分布式賬本技術的描述：允許客戶在共享數據庫或賬本中儲存和訪問與給定的一組財產及其持有者有關的信息，而不依賴信任化的中心驗證系統。由于分布式賬本技術不需要引入第三方機構來實現交易過程，因此從技術層面上消除了傳統中介機構存在的必要性。

區塊鏈是分布式賬本技術的一個子集，其工作機制符合分布式賬本技術的共性，而分布式賬本的數據結構會形成區塊鏈的構架基礎。因此，區塊鏈是一種單鏈數據結構。在區塊鏈上，除去創世區塊（Genesis block），其他每一區塊都包含塊頭和塊身。區塊頭含有對前一區塊的哈希值（Hash Function，又稱散列函數，是一種從任何一種數據中創建“指紋”的方法）作為身份證明（Identification），從而實現對前一區塊的鏈接。區塊中的交易記錄以默克爾樹（Merkle Tree，儲存哈希值）的結構進行排列[5]，而前后區塊則按照時間順序進行排列，否則前一區塊的哈希值就是未知的，這一技術設置在很大程度上解決了重復支付的問題[6]，并能通過對連續區塊的ID 追蹤實現對區塊鏈上的交易按時間回溯的功能。

與傳統的交易類賬本記錄相比，分布式交易類賬本具有匿名性、透明性、不可篡改性等特性，使其在廣泛領域具有應用價值。而在交易者身份被匿名的同時，分布式賬本也實現了交易過程以及交易資金去向的透明性和可追溯性。這是因為區塊鏈的（公有鏈）總賬是公開的，每一筆交易的時間和金額信息都在所有節點中有記錄，區塊鏈中的任意節點都可以平等而任意地訪問總賬。這一特征表現出了區塊鏈技術在資金流向追溯方面的創新性，因此其在財政公開等眾多領域具有應用潛力。此外，區塊的構成決定了分布式賬本中交易記錄的不可篡改性。區塊的ID 均是由該區塊中的交易經過兩次哈希算法而形成的哈希值，也就是說任何一個交易的變化都將影響哈希值從而導致本區塊ID的變動，發生改變的區塊ID則無法得到區塊鏈的公認，從而在技術層面消除了篡改和刪除交易數據的可能[7]。

（二）共識機制

共識機制（Consensus Mechanism）是指一種特設的全網節點協商一致的契約運行機制，可以使得區塊鏈中的節點對于應該追加哪些塊以及允許哪些節點追加他們所建議追加的塊協商一致。目前，區塊鏈可支持多種共識機制，包括PoW（Proof of Work）共識機制、PoS（Proof of Stake）共識機制、DPoS（Delegated Proof of Stake）共識機制等。

共識機制的創建解決了追加區塊的記賬權限問題。例如，PoW通過計算SHA256數學問題來確定追加區塊的權限，PoS 中以持幣時間代替了PoW 中的工作量，DPoS則是在PoS的基礎上選出代表節點進行授權問題的決策。同時，共識機制還保證了整個區塊鏈的安全性與真實性。例如：PoW 通過節點強大的計算能力提高了攻擊成本；PoS和DPoS則通過持幣時間長度降低了攻擊的可能性，保證了區塊鏈內部的正常運作。因此，共識機制的存在使得每一個新區塊都變得真實可靠[8]。

（三）非對稱性加密算法

相對于只有單一密鑰的對稱加密技術，區塊鏈的非對稱性加密技術中含有一組密鑰，即公鑰與私鑰。公鑰是可公開獲取的，而私鑰為交易者私有，一組密鑰可以對彼此解密，在對明文的加密和解密過程中共同發揮作用，從而保證非對稱性加密算法在密碼學上的安全性。非對稱加密算法最基本的應用為信息加密，其工作原理可大體解釋為用特定信息接收者的公鑰將信息加密為密文，將其發送至信息接收者后，對方使用私鑰對密文進行解密。非對稱性加密算法在區塊鏈場景中的應用還包括數字簽名和登錄認證[9]。數字簽名是指用戶用自己的私鑰對信息加密，信息接收者在收到密文后用發送者的公鑰進行解密，從而確定信息發送者的身份，完成簽名的目的。登錄認證與數字簽名類似，由服務器用戶的公鑰對登錄信息解密并進行認證。這些技術在財政應用中都必不可少。

與對稱加密算法相比，非對稱加密算法表現出了兩個優勢：其一，每個用戶都有一組成對的密鑰，且公鑰是可普遍獲得的，因此發送者和接收者不必在進行信息傳遞之前對密鑰進行事先約定和統一標識，這簡化了信息傳遞步驟。其二，公鑰和私鑰雖然是成對存在的，但并不能通過公鑰推出私鑰，信息內容僅能由密鑰的私鑰持有者獲得，相對于對稱加密算法一方密鑰泄露就會導致信息被破解的特點，非對稱加密技術的信息安全性能夠得到更好的保證。此外，非對稱加密算法還能夠實現數字簽名。這些特性共同擴充了加密技術的功能和應用范圍。

（四）智能合約

智能合約（Smart Contract）是指一種以信息化方式傳播、驗證或執行合約的計算機協議[10]。智能合約由區塊鏈內的多個節點共同參與制定，同時明確了雙方的權利和義務，合約代碼中包含會觸發合約自動執行的條件。當合約上傳到區塊鏈網絡上時，首先需要由驗證節點加以驗證，驗證完成并安裝到區塊鏈系統之后，合約就會被發現和啟動。在區塊鏈系統運行的過程中，智能合約與自動運行的計算機程序相似，滿足條件后即可自動執行。

智能合約最早由Nick Szabo 于1995年提出，但傳統的智能合約概念被提出后在很長一段時間內都無法實現。與區塊鏈分布式賬本技術的結合，使得區塊鏈原有的功能變得更為豐富，也使得智能合約在交易與管理領域變得具有可行性。一方面，智能合約使得針對區塊鏈的攻擊變得更加困難，進一步增加了攻擊成本；另一方面，智能合約拓寬了區塊鏈的應用領域，可以將管理制度、計算方法等人類為管理而創設的各種規則體系設定為計算機信息系統的執行條件，讓計算機程序去自動運行、計算、傳輸、預警、監控、分析、交易等，以智能合約為契約基礎，使得區塊鏈擁有了更好的財政應用前景。

三、區塊鏈在財政管理方面的應用前景

2017年10月，十九大報告強調要建立全面規范透明、標準科學、約束有力的財政預算制度，全面實施績效管理。基于此，通過制度創新、管理創新和技術創新來切實提高財政管理水平，建立健全財政預算制度、優化財政支出結構以及全面審計監督財政收支情況都將助力于財政管理體制的改革。而區塊鏈技術的去中心化交易和數據管理的系統解決方案，可以在沒有第三方中介的情況下確保安全性、匿名性和數據的完整性以及交易的可追溯性、不可篡改性、數據透明性和智能合約機制，為實現管理職能優化提供了契機。

（一）利用可追溯特性追蹤財政資金的使用情況

區塊鏈是由一系列按時間順序線性連接的數據區塊形成的不可逆數據結構，其使用時間戳技術為數據區塊添加了時間維度，是一項重要的數據防偽技術和管理創新。同時，每個區塊都使用哈希算法加密，并在生成后永久記錄，而不能被系統中的少數節點篡改和刪除。Wang、Kogan[11]提出利用GPS（全球定位系統）和RFID（射頻識別）等跟蹤技術，可以將真實世界的資產映射到區塊鏈網絡上，并且由彩幣（Colored Coin）或代幣（Token）進行標識，因而采用區塊鏈技術使得交易數據以及實體資產的真實去向具有可追溯性，這就真正保證了交易的真實可靠性。目前，已經有學者開始研究區塊鏈技術可追溯交易信息的特性在不同領域的應用。例如：Li、Wang[12]將區塊鏈引入農產品的可追溯系統中；Lu、Xu[13]基于區塊鏈技術設計了Originchain，以建立一個涵蓋與公司有長期關系的政府認證實驗室、大型供應商和零售商等值得信賴的可追溯交易平臺；Islam等[14]提出了使用區塊鏈技術和物理不可克隆函數（PUF）建立集成電路（IC）可追溯系統的新方法。

在財政資金支出領域采用區塊鏈技術，交易數據及實體資產的雙重可追溯特性使得其能夠對財政資金的來源及使用情況進行追根溯源。每當一筆財政收支發生時，不同資金賬戶的存量就會產生變化并反映在區塊鏈內所有的節點中，形成一筆交易記錄。每筆交易記錄嚴格按照時間序列排布并且加蓋時間戳，因此對交易進行適時記錄、追根溯源、跟蹤到戶都是可能的。并且這不僅僅是在數據層面和權益層面的動態跟蹤，而且同時結合IoT（物聯網）技術、GPS定位技術和RFID識別技術，還可以實現對實體資產、自然資產、生命資產、生態環境的動態管理和實時分析，這將有助于建立一個功能強大的全國性或者區域性財政支出與資產管理網。因此在財政支出分配中，區塊鏈技術對資金去向的可追蹤性將具有多方面的重大現實意義。

以財政扶貧為例，中央政府在轉移支付的過程中，資金所經過的任何環節都有可能出現截留挪用等違規行為。同時，扶貧目標地區由于地處偏遠山區或者經濟欠發達的落后地區，缺乏監管工具和法律意識淡薄等，導致終端環節的貪腐、侵占、挪用現象日漸深重，從而難以對其進行有效遏制、審查，進而難以對責任人進行懲處。這其中既有管理體制缺陷的原因，更有管理工具匱乏的原因。將來借助區塊鏈技術的可溯源特性時，在扶貧財政資金從中央下撥之初就進行數字標識，被標記的財政資金在區塊鏈系統中很容易追蹤去向，究竟是用于農戶支出，還是用于地方政府的公共支出，或是用于私人消費、非法活動，政府監管部門和財政審計部門均能夠清楚地觀測到每一筆財政資金的流向及其使用效果，這樣才能進行有效的管理。

（二）利用智能合約優化財政征管機制

智能合約是一組具有自主驗證、自主執行以及防止篡改功能的計算機程序。在程序設計時，將合約執行的規則編碼寫入區塊鏈中，當寫入的規則被觸發時，利用自動化腳本代碼，能夠直接由計算機讀取并執行合約。因此就管理而言，智能合約是基于特定條款和條件的價值流，可以編碼反映網絡中的現實合同協議，這取代了受信任的第三方管理，在自動代碼的執行下進行交易，并且通常無需中介費用[15]。所以，在財政征管中引入智能合約，將來可以顯著降低政府的管理成本，從而減輕政府的冗員和機構龐雜問題。

在有效性和可靠性方面，智能合約是可追蹤和不可逆轉的，因此還可以極大地提高財政征管的效率、準確性，減少執行風險，并且可以實時更新監管數據。以上優勢已經使智能合約在眾多領域顯現出其可用性，包括但不限于供應鏈管理、醫療保健、數字版權、金融與保險等領域[16]。例如，在保險行業，現行的保險索賠制度需要很長的處理時間和復雜的審批流程，在處理過程中不同的利益相關者之間會產生利益糾紛。而利用智能合約設計點對點的保險、按次付費的保險[17]，可以在保險事故發生時直接觸發索賠程序和上傳事件過程，從而避免糾紛、預防欺詐，并且可以精準化風險評估。

在優化財政征管方面，智能合約也具有廣闊的應用前景。

首先，在財政收入的征管方面，智能合約可用于建立稅費自動扣繳管理機制，從而從源頭上遏制偷逃稅等違法行為。例如，歐文斯等[18]提出利用智能合約和分拆支付實現工薪稅的自動扣繳；張之樂[19]提出通過智能合約機制自動判定納稅義務、自動產生增值稅電子發票和全過程自動監管。社會各界對于不同行業、不同企業的差異化征稅需求不斷提高，這在現存制度下不易實現，但將智能合約用于應繳納稅款的征收管理，可以將不同行業與企業的適用納稅規則直接寫入區塊鏈數據鏈條，當交易滿足納稅規則時就自動扣繳應繳稅款。這個過程能夠實現電子發票生成、納稅收入確認、稅額計算、稅費抵扣、稅收征繳的全過程自動化。

其次，在財政支出的管理方面，智能合約可支持政府主管部門使用區塊鏈技術設定每筆財政資金的具體使用情境，通過計算機程序設定，要求僅在交易符合預先設定的條件時才自動執行財政支付交易。

最后，在政府撥款方面，智能合約的嵌入可以使現行的事前撥款制度轉向事中實時支取制度和實時報銷機制。以政府補助為例，只有在智能合約驗證了業務的真實性和合法性后，財政資金才會通過數字貨幣交易撥付到受捐單位賬戶并實時達成交易。這一方面可以使得政府的財政資金精準投放和財政資金支出管理更為有效，進而優化財政支出結構；另一方面，可以將大量行政事務交付給智能合約，進而提高政府工作效率和公眾信服力。

（三）利用共識機制完善財政預算編制以及績效評價

區塊鏈技術的共識機制是指在沒有中心組織的情況下，全網節點如何對某個交易的有效性協商一致。該特性使得交易數據被所有節點確認之后，分布式賬本就不能夠被修改或者刪除，從而確保了區塊鏈中數據的真實性、完整性以及不可篡改性。共識機制的特性使得其能夠應用于身份認證系統、改進業務流程、能源交易等眾多領域。例如，物聯網平臺下的數據安全性問題會降低其使用績效，因此楊惠杰等[20]提出將傳感器、路由器以及可信中心建成一個身份認證系統框架，先由傳感器對數據進行簡單加密和傳輸，然后把數據作為交易塊發送給路由器，路由器使用驗證機制對數據進行驗證并將該數據發送給可信中心，最后由可信中心根據共識機制記入區塊鏈賬本。該過程保證了數據的實時傳輸和有效性，可以實現多重的操作和靈活的查詢。這實際上就是在有業務關系的相關企業或者企業與個體之間構建一個聯盟鏈（Consortium Blockchain）。聯盟鏈是利用共識機制形成超級賬本（Hyperledger）的區塊鏈技術，是僅有交易記錄而無交易的區塊鏈賬本技術，可用于優化預算管理和績效評價等財政管理職能。

當前的財政預算是由財政部門參考上年預算的執行情況再結合當年的實際需求進行測算和編制的。但是，目前在預算資金使用上存在信息碎片化問題，影響了財政資金的績效，為此需要加快財政管理信息系統的建設，避免信息“碎片化”和“信息孤島”，并為年度預算編制、中期財政規劃管理、財政運行管理提供良好的硬件和軟件支撐，夯實財政管理基礎。針對這一情況，可以將聯盟鏈技術引入財政預算與績效評級中，利用共識機制使得上年確認的財政資金的具體流向及使用效率等信息都適時生成，從而得到真實、完整、具體、可分層的各級各類財政支出信息的超級賬本，實現靈活的數據查詢、表單生成、分析利用，以有助于在次年編制財政預算時能夠以上年度的可靠信息為基礎，再結合次年的經濟預期和宏觀政策等其他指標，以更為科學合理的方式編制出相比此前更為可靠和細致的財政預算，并最終建立更有效的預算管理體系。

同理，績效評價作為對財政預算等支出情況的實際執行效果的考量和評估機制，也需要區塊鏈技術的支持。雖然目前已經建立了比較健全的績效評價體系，但依然不夠便利、有效，成本也不夠節約，仍然依靠主觀性評價以及由專家團隊組成的難以再次驗證和公開的線下數據量化評價。將來可以引入區塊鏈共識機制，在利用超級賬本的數據完備性執行更為細致、周詳的資金評價的同時，使區塊鏈技術與物聯網和其他類別的智能合約相結合，引入前瞻性數據和行業分析指標等，制定出更為完備的政策評價、項目評價和效果評價體系，建立全方位績效評價機制和事中評價引導機制，以實現財政資金的優化配置和全社會效率的提升。

（四）利用分布式賬本技術建立財政收支的信息可公開機制

區塊鏈可以形成不需要任何第三方組織參與的去中心化的分布式賬本。在區塊鏈分布式賬本上，每個連續的塊都包含前一區塊的身份標識代碼哈希值和當前區塊的哈希值。其中，前一區塊的哈希值用于確保對交易源的認證，因此不再需要中央中介作為代理，就能實現對每筆交易的信息共享并可供所有節點使用。這個技術原理使得區塊鏈賬本具有比第三方參與的中心化交易賬本更加公開和透明的特性。此前，賬本都由第三方中介或者集團總部等中心化節點控制，而不大可能披露給公民、職員和外部投資者，這導致了比較嚴重的信息不對稱和代理問題。

但在區塊鏈的分布式賬本中，這一傳統的管理困境幾乎是不存在的。例如，Hjálmarsson等[21]提出，在選舉制度中引入基于區塊鏈技術設計的電子投票系統，其去中心化的特性可以防止人工計票場景下第三方篡改投票的舞弊事件，同時還可以向每位選民提供選票計數的全過程信息，以確保選民的投票得到正確的計算。同理，公共服務的重點之一是，要將公共財政狀況及時公布于眾，通過公眾監管增強公共財政的使用效率。將區塊鏈技術應用于財政收支管理中，其分布式賬本的特性可以使公民獲悉財政收支中每筆資金的來源及去向，從而實現政府財政收支信息的透明化。利用區塊鏈技術的貢獻值（Proof of Contribution）共識機制，賦予公民訪問、瀏覽、分享財政收支信息的權利，可以比較便利地搭建政府信息共享平臺，公民也可以通過分布式賬本了解所繳納稅費的流向，進而監督政府的工作，如此可以提高政府的信譽。

財政收支信息的公開也是保障公眾知情權的需要。首先，保障公眾知情權有利于督促政府職員采取廉政自律行為，緩解政府與公民之間的矛盾；同時，也有益于增強公民對政府的信任，從而進一步促進公民自愿履行納稅義務。然后，建立信息公開機制可以規范政府公權力的行使。2007年4月國務院公布《政府信息公開條例》（國務院令492 號），顯然是要將公共財政的運行放在公共監督之下。這有利于防止滋生貪腐現象，促進政府機關依法行政，規范公權力的實施與執行，在區塊鏈技術的支持下應該有望實現以上目標。最后，提升財政透明度可以幫助政府轉變行政職能，促進我國政府職能從以行政管理為主導轉向以社會管理為主導。

四、總結與討論

區塊鏈技術在改善現有財政收支管理方面具有深遠意義，為管理優化和效率提升提供了解決方法。本文從理論角度解釋了區塊鏈信息技術創新的運行原理以及在財政管理方面的應用前景，并為財政管理變革提出了新的構想。該構想不論是從財政收支角度，還是從財政監管角度，或是從預算控制角度來說，區塊鏈都將發揮很大的作用，具體如下圖所示。

財政管理變革新構想

分布式賬本技術也存在局限性。這主要體現在低效率和51%攻擊上。根據交易規模，公有鏈每秒可完成3～7次交易，并大約需10分鐘完成一個最大容量為1MB的區塊的挖礦工作。這一效率在交易規模大、支付金額高的場景中很容易表現出“高延遲、低吞吐”的計算劣勢。在將來的財政應用中也會同樣存在容量和效率問題。51%攻擊問題威脅著賬本的安全性。區塊鏈中存在“軟分叉”（Soft Fork）機制，即當兩個新區塊同時指向前一個區塊時，形成更長的鏈的一方將被整個區塊鏈采納。如果廣播了不真實節點的一方占據50%以上算力（又稱哈希率），這一虛假節點將被真實的一方采納。而區塊鏈的匿名交易使得對違法行為的追蹤變得比以往更為困難，也會制約區塊鏈技術的可用性。

綜合以上分析，未來研究一方面可以從增加區塊鏈系統運行效率的角度切入；另一方面，可以改進賬簿生成技術，使其適應財政管理的應用場景，通過許可鏈等新進展產生新的分布式財政賬本工作機制。