基于區塊鏈和智能合約的財務管理系統建設

于愛榮，王 俊，孫 海，王 勇

(1.中國人民解放軍陸軍工程大學 指揮控制工程學院，江蘇 南京 210007；2.南京信息工程大學 管理工程學院，江蘇 南京 210044;3.易霸科技(威海)股份有限公司，山東 威海 264200)

0 引 言

近年來，作為新興信息技術代表之一的區塊鏈技術越來越受到了政府、企業和各類機構的廣泛關注，并已經在許多領域得到了廣泛運用。區塊鏈是一種計算機技術的新型運用模式，其涵蓋了分布式數據儲存、P2P技術、數據可信加密、共識機制等技術，究其本質來說，區塊鏈就是一個個數據塊的序列組合，在數據塊上保存了交易信息的全部痕跡。區塊鏈技術是一種新形態的分布式基礎架構與計算范式[1]。

隨著互聯網技術的高度滲透，各企業的財務管理逐步從單機、局域網管理模式轉變為云計算、移動網絡化的新型管理模式。“十三五”期間，中國中鐵各公司內部也構建了自己的財務管理系統，涵蓋了公司內部管理所涉及到的人員、物資、材料、機械等多類資源，這些系統往往依托于互聯網開發。雖然系統的建設極大地便利了企業的財務管理工作，提供比較準確的查詢與分析等服務，為企業決策者和業務管理部門提供了財務情況查詢的可信數據來源，但是，由于大部分信息系統在設計時采用數據庫集中設計、存儲和管理的模式，隨著系統建成和上線運行，系統管控數據的中心化特征逐步凸顯，數據中心化導致的數據易于被攻擊、被篡改的風險隱患逐漸加大，特別是在財務管理中，一旦出現數據安全問題，將會對企業的正常業務管理造成不可預估的惡劣影響。財務信息系統以上所暴露的問題，其本質是由于系統設計架構的“過于中心化”，數據與管理的集中是該系統的最主要特征。而伴隨著區塊鏈技術的出現，為這類構建在集中數據管控業務系統所面臨的數據中心化存儲、信息易被篡改等問題，提供了一種有效的技術解決思路[2-3]。

該文引入區塊鏈和智能合約技術，將區塊鏈技術的去中心化和安全性的特性應用到了企業財務管理中，使得企業的財務及相關原始憑證數據的安全性和真實性得到了保障，而且對企業內部下屬的分支業務管理節點達成共識，每個分支業務節點都將是維護系統、存儲數據的組成部分，從而降低數據的管理維護的成本。通過系統構建的區塊鏈網絡，每一次數據(包含財務數據和業務數據)的改動都會永久地記錄在鏈中，同時，鏈上的所有信息全部公開，全程可追溯，確保數據的真實[4]。

1 區塊鏈與智能合約

1.1 區塊鏈技術

區塊鏈是目前最炙手可熱的新興計算機技術之一，其概念最先來源于2008年中本聰發表的《比特幣:一種點對點的電子現金系統》一文。在該文中，作者描述了一種去中心化的電子先寄給系統的架構思想，該架構建立在P2P網絡、數據加密算法和時間戳技術之上。比特幣(Bitcoin)是區塊鏈技術應用的最典型和最成功的案例。通過區塊鏈技術，網絡上的任何個體在無第三方可信機構參與的條件下，能夠自由交易，同時保證交易全過程的匿名和可追溯[5-6]。

如今，區塊鏈技術應用范圍不斷延伸，逐漸從以往的加密數字貨幣演變為一種提供可信區塊鏈即服務的平臺，區塊鏈技術對傳媒、醫療、物管、財會等多個傳統行業的影響日趨加深，人們也在積極探索“區塊鏈+”的行業應用創新模式。一般說來，區塊鏈系統由數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成[7-8]。具體如圖1所示。

圖1 區塊鏈基礎架構模型

其中，數據層和網絡層分別提供了數據加解密算法和網絡分發與傳播機制；共識層通過各類共識算法來解決分布式系統的一致性問題；激勵層主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層是建立在整個區塊鏈虛擬機之上的規則和商業邏輯，包含各類的算法、腳本和合約規則等；應用層則提供了各類典型場景和范例[9-11]。

1.2 智能合約

智能合約(smart contract)是指一種特殊的計算機協議，該協議無需人為干預，一旦被制定和部署之后即可實現自我執行和驗證。通過智能合約不僅可以實現去中心化的流程化操作，而且交易安全、公平和全程可追蹤。有的文獻中將智能合約描述為“執行合約條款的計算機交易協議”[12]。

1.3 區塊鏈和智能合約的優勢

智能合約的出現有效解決了傳統人與人制定合約中存在的雙方信任問題。通過使用區塊鏈技術，充分利用智能合約在合約規則制定、執行等方面的優勢，避免主觀惡意行為對合約的干擾。通過在區塊鏈上部署智能合約，確保了在鏈上合約可以公平、公開、透明和可追溯的執行下去[13]。

1.3.1 合約的精準執行

由于智能合約部署前對合約中的執行條件、交易規則和交易過程節點做出了明確界定，一旦合約在數據鏈上進行部署，計算機即可按照合約規定步驟進行執行，合約執行的結果都將精確記錄，不會出現合約預期外的執行分支和結果[14]。

1.3.2 較低的人為干預

智能合約部署在區塊鏈之后，合約的所有條款和執行結果都無法進行修改，避免了現實合同中存在的人為操縱和干預的可能，確保合約各方公平執行合約。

1.3.3 可信的合約管理

智能合約的執行無需可信任的第三方機構或中心進行參與，也就是說，智能合約的全過程管理無需第三方的權威機構來對合約是否按規定執行進行認證，同時，合約執行過程中的監督和分歧仲裁也由計算機系統自行來完成[15]。

1.3.4 廉價的合約成本

智能合約具有自我治理、無需人為干預的智能化特征，當智能合約部署完成之后，在合約的條件觸發、流程執行、分歧處理等以往需要人為干預的環節可以進行程序化處理，實現近乎零成本的人力資源投入。但要達到全程無需人為干預的目標，需要智能合約參與方能夠將合約的每個細節都要考慮清楚，并在合約部署前確定下來[16]。

2 區塊鏈與財務管理系統的結合

2.1 區塊鏈與工程管理的結合

施工企業在開展建設過程中面對的各個合作供應商、材料和設備時，最關心的是質量，同時施工全過程的質量控制也是企業關注的核心。施工涉及到的質量管理涵蓋了對施工項目的材料、人員、設備、工序等各個方面的規范性要求。由于區塊鏈技術具有來源可追溯的特性，充分利用該特點，將質量過程中的各個節點進行記錄，從而可精準查詢不合格工序的問題，責任是由誰來承擔，哪家生產單位的建筑材料有缺陷的等等。區塊鏈技術的運用為工程質量的實時監督和事后追責提供了可能，同時也有利于材料供應鏈管理、工程設備租賃、材料自動采購和支付、預制品出廠前和出廠后溯源性管理[17]。

2.2 區塊鏈與施工成本控制

施工成本主要由人工費、材料費、機械使用費、管理費、稅金等多方面組成，每一筆費用的支出和進入都需要進行成本控制。利用區塊鏈對交易的記錄，可實現現場施工成本的分析與預警，并可將問題實時反饋到某項施工專業和施工活動中去，即時對管理人員進行提醒。同時區塊鏈技術的加密算法對工程敏感數據可進行隱私保護，對核心敏感的工程項目的人工費、材料費、機械使用費等數據信息進行脫敏處理后，在保護項目隱私的情況下提供安全的分布式數據存儲方案[11]。

2.3 區塊鏈與施工合同管理

區塊鏈中的智能合約與施工合同的形式類似，在設計合同管理時充分基于智能合約技術。具體內容包括：

(1)構建自動執行的智能合約合同條款，解決合同上存在的拖延、扯皮等不嚴謹問題。實現了合同當事人無須信任彼此，無須建立在對任何個體、法律規則或社會機構的信任之上。

(2)將施工合同在智能合約的體系框架下數字化，使得能夠利用計算機快速、準確地查閱和研究，能夠避免出現偽造合同、陰陽合同的出現，有利于合同的動態管理和有效監管。

(3)采用智能合約大大降低了合同簽訂、履行和監管方面的人力與資源成本消耗，并且為合同履行過程中的索賠提供技術手段。

2.4 區塊鏈與施工信息管理

施工信息管理主要包括施工過程中產生的大量票據、文件、人員、財務信息等各類過程性數據，以往這些數據停留在系統外，通常無法采集和利用，利用區塊鏈技術可在鏈上的任何節點進行采集和存儲，方便各項施工數據管理。將數據進行充分處理和整合之后，有利于施工企業在各管理領域如成本，質量、安全等管理水平的提高，數據的流通和整合將有利于促進企業管理水平的提升。

3 基于區塊鏈的財務管理系統設計

3.1 系統運行架構

基于區塊鏈和智能合約的財務管理系統主要由財務支撐服務平臺和項目部管理系統兩部分組成，見圖2。財務支撐服務平臺提供基于區塊鏈和智能合約的工程、合約、機械、財務等多維信息的管理，并對共享數據的行為進行激勵，促進平臺的活躍和成長[18]。項目部管理系統基于大數據和人工智能技術，構建適合工程項目部實際的施工業務分析、管控、預警等模型、算法和管理流程，項目部管理系統還可將相關的模型和算法實現為智能合約，上傳到財務支撐服務平臺中，也可以從平臺中下載所需的智能合約，系統的運行架構如圖2所示。

圖2 系統運行架構

以區塊鏈技術為核心的財務支撐服務平臺提供了可信賴的區塊鏈運行環境，為區塊鏈上運行的各工程項目部管理系統提供基礎支撐，同時，服務平臺將區塊鏈技術進行技術封裝和業務整合，方便其到工程項目部中的集成使用。運用區塊鏈技術的工程管理包括合約、工程、機械、物資管理等各個環節。平臺通過以開放自定義化智能合約的方式幫助各項目部實現自主的成本分析和質量控制，從而降低施工企業項目實施過程中使用區塊鏈技術的門檻，通過利用區塊鏈技術的可信度高、防篡改等特性，有效解決施工管理中的監管難、取證難等問題，有效提升施工企業的科學管理運營水平。在本架構中，整個服務平臺對運算資源和存儲資源均實現了虛擬化，同時，采用公私密鑰體系來對數據進行安全控制，確保數據存儲和管理的安全可控。

3.2 財務支撐服務平臺的技術架構

財務支撐平臺采用分層設計的技術思路，自下而上劃分為基礎設施層、數據層、服務支撐層、業務應用層和系統接入層五部分，技術架構如圖3所示。

圖3 財務支撐服務平臺的技術架構

3.2.1 基礎設施層

提供平臺運行所需的云計算與虛擬化環境，涵蓋平臺所需的操作系統、系統軟件等基礎設施。

3.2.2 數據層

為工程、合約、物資等業務系統提供數據集成、存儲的基礎平臺，形成統一的基礎數據、字典數據、業務數據和交互共享的集成數據，為數據高效分析和綜合利用奠定基礎。

3.2.3 服務支撐層

為決策部門和業務管理部門提供全面的數據分析處理和面向業務應用的數據服務。基礎服務包括賬本管理、交易管理、智能合約管理等；共用服務包括工作流引擎、消息服務、日志管理等；業務服務涵蓋了合約、物資、機械等各業務處理。

3.2.4 業務應用層

在服務支撐層提供各類服務的基礎上，提供了流程化的管理功能，每一個業務應用模塊均可以獨立運行或組合應用。同時提供二次開發接口便于無縫集成。

3.2.5 系統接入層

為項目部管理系統提供內網或外網的接入服務，形式涵蓋網站、程序客戶端和移動APP等。

4 智能合約的架構分析

4.1 智能合約的定義與特征

智能合約概念的提出已有很長時間，通常將智能合約定義為一種“執行合約條款的可計算交易協議”[19]。從狹義上來說，智能合約是包含商業活動邏輯、規則和算法的程序代碼，可將行為人、權責義務和相互關系程序化。從廣義上來說，智能合約是一種特殊的計算機協議，一旦生效后能實現自我執行、驗證和自治。智能合約不僅僅可運用于金融領域，其在物聯網、數字版權、公共服務等領域都有很廣闊的前景。智能合約在使用時類似于普通合約，其生命周期包括生成、發布和執行三個階段，具體如圖4所示。

合約生成階段主要包括了合約參與方協商、合約定義與規范、合約驗證以及合約代碼生成四個環節。通過合約參與方的溝通協商可明確合約參與個體的責任、權利、義務和利益等，確定形式化的合約文本并實現其標準化和程序化，經過驗證后可以生成規范的合約代碼。在合約標準化和驗證環節中需要引入特定領域的知識專家一起進行商定和研究，驗證過程應科學、合理和可追溯，確保合約文本與合約代碼的一致。

合約發布階段通過P2P方式將合約代碼分發至每一個區塊節點，區塊節點對收到的合約存儲并進行在線共識。共識的過程中需要對合約進行HASH計算和比對，經過多次比對后形成對合約的共識，并以區塊方式進行全網的擴散。

圖4 智能合約的生命周期

合約執行階段嚴格按照“事件觸發”機制，一旦合約預設的觸發條件達到，將會把合約排入等待驗證的隊列，待驗證的合約會推送至區塊上的每一個節點，驗證通過的合約經過共識后便會成功執行。整個合約的處理過程都由區塊鏈底層內置的智能合約系統自動完成，公開透明。不可篡改同時結果進行及時反饋。

4.2 智能合約的架構

智能合約的架構如圖5所示。自下而上劃分為數據層、傳輸層、智能合約對象層、驗證層、執行層和應用層6個部分。

圖5 智能合約的基本架構

其中，數據層包括了鏈上和鏈下數據，為上層提供必要的數據源；傳輸層為數據交互提供協議和機制保證；智能合約對象層提供參數和協議兩部分的管理；驗證層主要以形式化方法對合約代碼進行判定，確保和合約文本保持一致；執行層只要提供了智能合約運行的基礎軟件環境；應用層提供面向業務支撐的應用，涵蓋分布式計算、事務處理、可編程金融等。

5 智能合約的施工合同管理

智能合約在區塊鏈技術中的定位類似于現實生活中的合同或協議，所有在鏈上的參與者都需要遵照智能合約的約定規則來完成特定的行為或交易。設計者通過編寫和完善智能合約內容規定用戶行為、交易準則和交易步驟等細則。智能合約完成后需部署在區塊鏈網絡中，部署后的智能合約對用戶是不可見的，這一特性也保證了智能合約的隱秘性。施工合同作為財務管理中的重要環節，合同執行是否安全性和公平性的問題，一直以來都是企業管理中難于處理的課題。通過引入智能合約，只要開始進行交易，智能合約就能夠被即時觸發，保證了規定的權利與義務的嚴密執行，同時智能合約不僅能被用于雙方交易，還能被用于多方交易，簡化了傳統多方交易面臨的手續復雜等問題[20-21]。

5.1 智能合約的形式化定義

合同通常由一系列的關聯約定構成，約定描述了一方需要承擔的義務。約定是合同組成的基本單位，在智能合約中該文對約定進行了如下定義：

約定是一個五元組A(a,b,c,o,tl),含義是乙方a向甲方b做出承諾，如果條件c達成,就產生操作。其中：

(1)條件c值是布爾型。當為true時，表示條件成立，而為false時，表示條件未成立；

(2)tl表示該約定的時間周期，tl為true時該約定有效。

約定在其時間周期內有不同的狀態[22-24]，狀態的變化如圖6所示。

圖6 智能合約的狀態轉換圖

5.2 智能合約的代碼實現

智能合約是一個狀態機，因此必然包含狀態機和一系列接口函數，本系統的智能合約開發用solidity編程語言，下面以機械合同交易為例，展示核心代碼[25]。

contract Purchase_Mechanics {

uint public Price;//價格

address public sellman;//賣方

address public buyman;//買方

enum State {Created,Locked,overtime,over}

State public state; //當前狀態

…

//修飾符，確保是賣方

modifier onlySellman () { … }

//修飾符，確保是買方

modifier onlybuyman () { … }

//交易部分

function confirmPurchase()

public

inState(State.Created)

//判定交易成立的條件

condition(msg.value==(150000))

payable

{

emit PurchaseConfirmed();

buyman=msg.sender;

state=State.Locked;

}

//買方確認收到機械實體，解鎖ether

function confirmReceived()

public

onlyBuyman

inState(State.Locked)

{emit ItemReceived();

//需要提前設置狀態為結束

state = State. over;

buyman.transfer(value);

sellman.transfer(this.balance);

}

6 結束語

該文在充分研究區塊鏈和智能合約技術的基礎上，針對目前企業傳統財務管理中存在的對各類成本、支出、決算難于精準可信掌握的難題，設計并實現了一種基于區塊鏈的系統構建方案，將智能合約與施工合同進行了有機結合，完成了合同的形式化表示和合同交易的代碼實現，對區塊鏈技術在施工企業財務管理工作中的應用進行了初步探索。