,1, 高剑,1, 秦启强,1, 尹可挺,2,*A Proof-of-Concept System for Bonds Registration and Trading Report Using Consortium Blockchain
Zhang Qing,1, Gao Jian,1, Qin Qiqiang,1, Yin Keting,2,*通讯作者: * 尹可挺（E-mail:yinkt@zju.edu.cn）
第一联系人:
收稿日期:2020-07-10网络出版日期:2020-10-20
| 基金资助: |
Received:2020-07-10Online:2020-10-20
作者简介 About authors
章庆,上海金融期货信息技术有限公司,硕士,工程师,中国计算机学会专业会员,创新实验室区块链方向负责人。研究方向为区块链技术应用。
本文中负责POC系统设计和实现。
Zhang Qing, master, is an engineer of Shanghai Financial Futures Information Technology Co., Ltd. He is a Professional Member of China Computer Federation. He is in charge of blockchain at Innovation lab. The research field is blockchain's application.
In this paper, he is responsible for the design and realization of POC system.
E-mail:
高剑,上海金融期货信息技术有限公司,硕士,总工程师,中国计算机学会专业会员。研究方向为监管科技、金融科技。
本文中负责业务架构。
Gao Jian, master, is the chief engineer of Shanghai Financial Futures Information Technology Co., Ltd. He is a Professional Member of China Computer Federation. His research fields are Fintech and Regtech.
In this paper, he is responsible for the business architecture construction.
E-mail:
秦启强,上海金融期货信息技术有限公司,硕士,工程师中国计算机学会专业会员。研究方向为智能合约、交易系统。
本文中负责区块链智能合约设计与实现。
Qin Qiqiang, master, is an engineer of Shanghai Financial Futures Information Technology Co., Ltd. He is a Professional Member of China Computer Federation. His research fields are smart contracts and trading system.
In this paper, he is responsible for the design and implementation of smart contracts.
E-mail:
尹可挺,浙江大学软件学院,博士,副研究员,中国计算机学会区块链专业委员会委员。研究方向为区块链技术与应用。
本文中负责Hyperchain介绍及系统架构。
Yin Keting, Ph.D., is an Associate Researcher of Institute of Software, Zhejiang University. He is a Professional Committee of China Computer Federation on Blockchain. His research field is blockchain and its application
In this paper, he is responsible for the architecture design and introduction of Hyperchain.
E-mail:
摘要
【目的】 阐述我国债券市场现状,提出结合联盟区块链多中心、防篡改、自动执行以及可追溯等特点,实现债券市场登记托管和交易报告,促进场内、场外市场互联互通。 【方法】 基于债券市场现有格局,分析国内外债券交易平台,详述基于联盟区块链的多主体、跨市场和透明监管的债券市场应用,从架构设计、业务设计、联盟治理、电子合同、智能合约和交易报告等方面介绍系统设计与实现。 【结果】 基于联盟区块链平台Hyperchain实现区块链在债券市场的概念验证原型,具有前瞻意义。 【局限】 为提供债券登记托管和交易服务,下一步需要重点研究信息流和资金流同步问题。 【结论】 应用联盟区块链至债券等金融领域,可为传统金融产业升级与变革、跨界监管与合作提供创新工具和方法,并为金融监管和创新平衡问题提供新思路。
关键词：
Abstract
[Objective] In order to provide references for bonds registration, hosting and trading under one unified market environment, a platform is designed based on consortium blockchain with its characteristics of multi-center, anti-tampering and traceability. [Methods] After analyzing domestic and overseas bonds trading platforms, a multi-agent, cross-market and transparent supervision proof-of-concept system is proposed. The POC system consists of the architecture design, business design, alliance governance, e-contract, smart contract and trading report. [Results] The proof-of-concept system for bonds registration, trading and reporting is implemented based on Hyperchain, which has forward-looking significance. [limitations] For the commercial launch, the synchronization of bonds and funds is our next priority. [Conclusions] The proof of concept system provides a feasibility study for the traditional industry’s upgrading and reform, cross-border supervision and cooperation based on blockchain. Furthermore, it provides innovative tools and new ideas for balancing innovation and supervision in the financial sector.
Keywords：
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本文引用格式
章庆, 高剑, 秦启强, 尹可挺. 基于联盟区块链的债券登记托管和交易报告探索. 数据与计算发展前沿[J], 2020, 2(5): 84-98 doi:10.11871/jfdc.issn.2096-742X.2020.05.009
Zhang Qing, Gao Jian, Qin Qiqiang, Yin Keting.
开放科学标识码(OSID)
引言
近年来,随着区块链技术上升至国家战略,其集成应用在产业变革和科技革新中的地位举足轻重。一方面,区块链应用从数字资产[1]向金融[2]、电子商务[3]和军事[4]等领域延伸。政府部门、金融机构、互联网和区块链企业顺应技术潮流,加快推动区块链技术和产业创新发展,积极推进区块链和经济社会融合发展,开展区块链政务[5]、区块链金融[6,7]等服务实践。另一方面,区块链被纳入我国的新基建领域,技术迭代加速,商业和开源区块链平台涌现,包括：微众银行、万向区块链和矩阵元研发BCOS（Block Chain Open Source）[8];国家信息中心、中国移动、中国银联和北京红枣科技合作BSN（Blockchain-based Service Network）[9];趣链科技区块链底层Hyperchain[10]以及蚂蚁集团新晋级的蚂蚁链等。全球权威IT研究与咨询公司Gartner在2019年9月发布区块链业务技术成熟度曲线,表明全球背景下区块链落地节奏加快,更多行业迈入区块链技术创新触发阶段（图1）。图1
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图12019年区块链业务技术成熟度曲线（来源：Gartner,2019年9月）
Fig.1Hyper Cycle for Blockchain Business (Gartner, September 2019)
1 我国债券市场格局
1.1 债券市场现状
债券市场是发行、登记、交易、托管、清算和结算债券的场所,是国家金融体系重要一环。我国高度重视发展债券市场并不断创新,形成场外市场为主体、场内市场为补充的债券市场格局（图2）。场外市场即全国银行间同业拆借中心和银行柜台,场内市场即上海证券交易所（简称上交所）和深圳证券交易所（简称深交所）。场内、场外市场相互独立、分割封闭,既不能跨市场发行、登记和交易债券,也无法实现跨界托管、清算和结算。图2
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图2我国债券市场格局（来源：上证债券信息网,2020年2月）
Fig.2China's bonds market (China Bonds, Feburary 2020)
现下债券发行主体和交易主体众多,金融中介活跃。债券信息披露结构复杂,涉及债券发行主体、债券抵押及担保等信息。信息在机构间周转,难以保障信息传递的准确性、真实性和有效性;多方人工复核还会提升交易成本,降低交易效率。
随着各交易场所竞争日趋激烈,场外、场内市场的界限日益模糊。银行间市场与交易所市场界限主要在于市场组织形式和监管程度[11]。如何通过配套的基础设施和制度设计统一场内、场外市场,建设我国竞争充分、机制健全、良性互动的债券市场,一直是专家们讨论的焦点[12]。
1.2 区块链在债券市场的潜能
区块链是信息和价值流治理的综合性IT基础设施,具有防篡改、可追溯、智能合约自动执行等特性。区块链助力信用体系建设、赋能资本市场平台化转型将为传统金融业务注入新动能。具体而言,区块链将为债券市场带来以下变化。（1）降低交易成本,提升市场透明度
区块链账本面向全网节点公开、可验证,交易者可查看市场公开询价、广播自身报价。传统债券信息披露要求高、难度大且成本高,区块链可减少中间环节,降低信息流转成本。区块链各节点独立核验信息,可降低机构间信息不对称性,提升债券市场透明度。
（2）实现信息、资金流融合,降低结算风险
在传统金融交易系统中,清算网络需要在交易网络日结后,传送银行之间当日网络交易清算净额的资金划拨信息。区块链具有交易即清算特性,各节点存有最新账本副本,每笔交易即时计算并对账,可减少清算时间,降低结算失败风险[13]。在实时清算基础上,对接债券账户和银行账户完成券款划转,可提高资金和债券流转效率。
（3）利用智能合约提高业务自动化水平
智能合约是一段计算机协议或代码,旨在以信息化方式传播、验证或执行合同约定。智能合约在无权威中心和人工干预下进行可信交易,交易结果可追溯、不可逆转。在债券发行或交易时嵌入智能合约,可实现自动计算、订单支付和赎回等操作,提升债券产品和业务的自动化水平[14]。
2 国内外债券交易平台介绍
2.1 国外债券交易平台
国外债券交易平台围绕客户需求形成两种商业模式（图3）。一种是交易商向客户提供各种债券买卖、产品设计和交易服务,形成交易商对客户的市场（Dealer to Customer,D2C）,以美国彭博（Bloomberg）为代表。彭博采用报价驱动交易机制,为客户提供专业的交易及成本分析。另一种是交易商直接联系或通过交易商间经纪商（Inter-dealer broker,IDB）间接联系,形成交易商间市场（Dealer to Dealer,D2D）,以满足交易商处理债券库存和对冲风险的需求,以美国BrokerTec为代表。BrokerTec采用订单驱动交易机制,为客户提供订单管理、交易分析、风险管理、清算交割等功能。此外,还有以欧洲MTS（Eurobonds Mobile TeleSystems）为代表的综合性平台。MTS建立起多层次债券市场,同时涵盖D2D和D2C市场,被称为“欧洲债券交易所”。图3
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图3境外债券交易平台组织框架
Fig.3Architecture of overseas bonds trading platform
2.2 我国债券交易平台
我国银行间市场依托中国外汇交易中心电子平台;交易所债券市场依托上交所固定收益证券综合电子平台和深交所综合协议交易平台。此外,中国外汇交易中心和香港交易所共建债券通平台。宏观上,中国外汇交易中心平台参与主体是商业银行,交易规模更大、品种更丰富;沪深交易所平台品种少、体量小。微观上,沪深交易所平台交易机制更丰富、结算机制更有效、信息披露更严格、市场透明度更高。债券通平台是内地与香港的创新合作,主要服务国际投资者投资内地债券市场。
美国债券市场呈现“多头交易、集中清算、两头托管”的特征,集中架构更适合美国债券登记、托管和交易现状。由于历史原因,我国银行间和交易所市场割裂,上位法、主管机构和发行准入标准存在差异,机构间各自建设集中式系统不利于形成统一市场和统一价格,债券登记托管、交易和清算等基础设施亟待整合。
3 基于联盟区块链的债券平台架构设计
3.1 联盟区块链简介
联盟区块链渐成我国区块链技术发展和产业融合的主流选型。金融科技企业、互联网和区块链公司不断发起产业联盟、建立行业标准,例如：微众银行等发起金融区块链合作联盟（简称金链盟）,以BCOS为基础打造公众联盟区块链基础设施,赋能分布式商业;中证机构间报价公司等发起中国分布式总账基础协议联盟（简称ChinaLedger联盟）,借鉴以太坊自主研发分布式总账技术体系[15];2020年4月,IBM、华为和腾讯等在重庆发起区块链应用创新联盟。总结金融区块链应用,只有联盟区块链同时满足《金融分布式账本技术安全规范》[16]和《区块链技术金融应用评估规则》[17]的落地要求。本文基于区块链底层平台Hyperchain进行设计,以满足系统对交易性能、隐私保护等方面的需求。3.2 系统架构设计
经过长期实践,联盟区块链技术架构趋于稳定。采用Hyperchain底层,本文将债券登记托管和交易报告平台划分为三层：分布式账本服务层、债券服务层和接口层（图4）。分布式账本服务层以云平台为物理依托,提供包括共识算法、P2P网络、异构存储以及智能合约引擎,负责交易执行、共识和可信存储。债券服务层在分布式账本服务层之上,负责提供联盟治理、身份认证、数据管理、电子合同、智能合约和交易报告等服务。接口层为外部系统提供访问和开发入口。图4
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Fig.4Architecture of blockchain system
3.3 系统共识机制
共识机制是分布式账本正常运行的核心规则,也是本文重点研究对象。Hyperchain支持无恶意节点的分布式一致性算法RAFT,也支持不超过1/3恶意节点的RBFT（Robust Byzantine Tolerance）。本文最终选用NoxBFT共识机制（图5）。图5
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图5系统共识机制：NoxBFT
Fig.5Procedure of NoxBFT consensus
假定区块链是安全、可靠的点对点网络,其节点消息传递的延迟存在上限,NoxBFT共识机制的共识过程如下：
第一步,交易发起和广播。副本节点在收到客户端交易后,存入节点交易缓存池,并广播交易。其他副本节点在收到新交易后,首先进行去重判断,剔除重复交易之后同样将其放入本地交易缓存池。系统共识过程开始。
第二步,第一次提案。当前轮值主节点（副本节点1）负责打包交易,从其交易缓存池取出若干交易并打包成批处理,封装成一个提案并广播。
第三步,第一次投票。其他副本节点监听到第一次提案的广播后,独立验证该提案的合法性。验证通过后,如果满足安全性提交规则,则提交区块,并在区块执行完之后将涉及的交易从交易缓存池中移除。同时,副本节点将带有签名的投票信息发送至第二轮的主节点。主节点的选择根据网络延迟情况顺序轮值,以确保在网络抖动时不会频繁切换到网络延迟高的副本节点。如果超过1/3副本节点验证不通过,则等待下一轮提案。
第四步,第二次提案。本轮主节点（副本节点3）收到其他副本节点投票之后,开始下一轮打包,并将打包后的批处理广播。
第五步,重复第三步、第四步,直到超时。系统共识过程结束。
NoxBFT共识机制是一个基于主节点的拜占庭容错共识机制。在区块链节点数量为n时,NoxBFT共识机制可以容纳数量为n/3的恶意节点;通过流水线并发的方式共识执行,其通讯复杂度为O(n)。
3.4 系统节点角色与权限管理
根据债券市场结构,本文将系统节点划分为共识节点、记账节点。共识节点参与共识并出块,记账节点维护账户数据完整性并稳定地同步区块。为实现业务逻辑和系统操作分离,系统划分多种角色,包括：系统管理员、审计管理员、节点管理员、合约管理员、普通用户和轻量级用户（图6）。其中,系统管理员负责联盟链的协议、成员管理和配置管理;审计管理员负责债券业务的合规性监管;节点管理员负责本节点数据与配置管理;合约管理员负责智能合约的部署、更新和维护;普通用户负责各项债券业务操作;轻量级用户代表中小投资者,只有债券交易权限。所有用户均可查看公开账本,管理员在身份认证通过后可使用区块链账户及SDK完成联盟公共账本的敏感操作。
图6
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图6系统账户角色
Fig.6System accounts
4 系统详细设计
4.1 业务设计
（1）债券登记托管银行间和交易所市场集中化管理机构包括中国证券登记结算有限公司（简称中证登）、中央国债登记结算有限责任公司（简称中债登）、商业银行和上海清算所（简称上清所）。中证登托管交易所市场参与者债券资产,中债登托管银行间市场参与者债券资产,商业银行托管银行柜台市场参与者债券资产,上海清算所提供本外币清算服务。
本文提出一种分层登记托管模式,中证登、中债登和上清所作为一级托管人,集中登记、托管并完成清算和结算,对接证券公司和商业银行等机构;证券公司、商业银行等作为二级托管人,对交易所市场和商业银行柜台系统的投资人进行登记、托管,并受托完成清算和结算（图7）。
图7
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图7债券分级登记托管
Fig.7Two layer bonds registration
（2）债券交易
银行间市场交易方式为询价交易,即自主谈判、逐笔成交;交易所市场采取集中竞价撮合和询价交易相结合的做法。2019年,上海证券交易所已开展联盟区块链技术应用于证券撮合系统的研究,并提出高性能撮合系统解决方案[18]。本文重点关注询价交易模型的区块链解决方案（图8）。
图8
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图8债券询价交易
Fig.8Bonds bid and ask
第一步,交易员询价。交易员通过联盟区块链网络寻找交易对手方。交易过程开始。
第二步,确认交易要素。意向性对手方确定以后,双方就债券价格进行讨价还价,并就数量、期限、结算方式等要素协商达成一致。
第三步,通过区块链网络发送报价。交易要约达成以后,交易员向对手方发送报价,包括交易方向、品种、数量、期限、结算方式等。
第四步,确认交易,生成成交意向单。对手方确认要素无误后,点击成交。交易过程由债券登记托管机构等共同见证。交易过程结束。
4.2 联盟治理
（1）行业联盟发起行业联盟是联盟自治和行业自律的基础。行业联盟由监管机构、交易场所、自律协会、增值服务机构、登记结算机构和见证机构等共同发起（图9）。其中,监管机构是中国证监会和中国人民银行,联合对区块链市场进行监督管理。交易场所为沪深交易所、中国外汇交易中心和商业银行,负责提供发债审核及交易服务。自律协会包括银行交易商协会和证券业协会,负责行业自律管理和文件备案。登记结算机构包括中债登、中证登和上清所,提供债券登记和清算结算服务。增值服务机构包括金融经纪机构、评级机构、估值机构,提供增值服务。司法见证机构提供证据固定服务。发债主体和投资者作为轻量级用户,不参与联盟治理。
图9
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图9债券行业联盟
Fig.9Bonds market alliance
（2）联盟治理体系
联盟治理包含联盟成员变更、智能合约维护、节点动态变化等内容。联盟节点具有高度冗余性,分布在不同的实体控制之下,这对联盟治理带来巨大挑战。本文提出由全体成员组成行业联盟大会,由联盟大会选举联盟治理委员会,委员会下设日常运管小组和应急处理小组（图10）。委员会负责成员变更、智能合约升级和区块链系统等重大事项变更评审。日常运管小组负责系统安全性和连续性运行;应急处理小组负责联盟治理委员会批准的紧急或重大变更决定。采用民主集中式的管理安排共享治理和决策权,有利于联盟运行平稳、有序和高效。
图10
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图10行业联盟治理结构
Fig.10Organization of alliance governance
4.3 电子合同
根据业务规则,进行债券交易,应当订立书面形式合同。合同应对交易日期、交易方向、债券品种、债券数量、交易价格或利率账户与结算方式等要素作出明确约定。电子合同是书面形式的一种。据此,本文提出一种债券电子合同签署流程（图11）。图11
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图11债券电子合同签署
Fig. 11Procedure of E-contracts signing
首先,缔约方完成数字身份认证。对个人投资者,通过电话号码、银行账户等可完成个人实名认证。对机构投资者,需要通过企业信息、法人信息和执行人信息等完成企业实名认证。信息执行人在代表企业进行业务操作前需取得法人授权。其次,合同缔约方依次对合同要素进行确认。确认无误即进入签约阶段,加印其数字签名或者电子签章。任一签署方对合同内容有异议,即进入作废阶段。只有经双方确认并用印,合同才正式生效。合同摘要将上传区块链,各方共同见证该过程。最后,缔约方和监管服务机构有权查询合同详细信息。
4.4 智能合约
智能合约具有分布式部署、自动化运行、多方共同验证等特点,可承载部分复杂业务逻辑,用于债券现券产品、债券回购产品及债券衍生品交易。智能合约按照事先定义的规则,在预设条件下触发自动交易逻辑,无需人工干预,能够降低人工操作失误及人力成本。本文提出按照债券产品类型划分智能合约引擎,具体包括值、状态、事件触发器及容错机制（图12）。运行时,智能合约检测交易要素阈值（例如债券合约价格、数量等）或特定事件（例如债券合约履约或违约、质押条件、估值约定等）,将触发买入、卖出债券或者资金赎回等操作。图12
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图12智能合约引擎
Fig.12Smart contracts engine
按照债券交易类型,本文设计了多种智能合约,包括现券交易合约、回购交易合约和互换合约等。以现券交易合约为例,交易双方以约定价值在当日或次日转让债权所有权。现券交易合约接收外部输入的时钟信号,比对合同履约日期。当日期相同,事件触发器生效,将债权状态从交易的卖方更改为交易的买方,发出资金清算信号。债券和资金信息将通过接口同步至区块链节点及外部系统。容错机制是当某节点智能合约计算结果与其他结果产生冲突时,出错的状态机能恢复到正常状态。
4.5 交易报告库
债券交易报告库对数据报送质量和共享手段要求严格。一方面,债券发行、托管、交易、清算和结算等环节参与机构众多,债券品种、合约多,由之衍生的估值、评级、指数等关联产品众多,数据报送主体多、数量大。另一方面,现行债券市场有两套监管体系、两个托管机构,跨体系、跨机构数据共享困难,数据报送及时性、准确性和真实性难以保证。借助联盟区块链建设债券市场交易报告库,既可实现隐私交易,保证数据在交易关联方、监管方之间可见;又可进行数据可信共享,减少机构间对账成本,增加跨机构数据可信度（图13）。图13
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图13基于隐私交易建设交易报告库
Fig.13Report library based on private transaction
基于G20国际监管共识及实践,交易报告库记录债券及其衍生品合约的交易要素、生命周期变化以及风险敞口情况,并定期向监管部门报告。本文提出由债券交易场所、登记结算机构和行业协会共同建设债券交易报告库。其中,交易场所包括沪深交易所、中国外汇交易中心,提供债券逐笔交易信息;登记结算机构包括中证登、中债登和上清所,提供债券的合约存续状态变化、风险敞口数据;行业协会包括证券业协会、银行间交易商协会,负责维护会员信息。
5 系统验证与实验结果
5.1 系统验证
原型系统基于6台天翼云主机运行,操作系统CentOS7.3,基础配置8核16G内存。其中,4台主机组建最小区块链网络并作为共识节点;1台主机模拟监管机构作为区块链记账节点;1台主机部署Tomcat提供web服务。本文采用mysql和levelDB相结合的方式进行数据管理。（1）债券登记托管
中债登、中证登作为法定债券等国际托管机构,对债券信息、债券归属和变动进行确认和记载,同时对债券持有人的债券作集中统一保管。图14展示2019年附息国债的登记信息。
图14
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Fig.14Bonds registration information
（2）债券询价交易
系统提供债券买卖、债券回购和债券互换等不同类型的交易。发起新交易意向时,投资者需完整填写询价要素,包括交易类型、债券类型等信息（图15）。新交易意向将面向全网推送。
图15
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Fig.15New bonds trading intent
（3）电子合同签署
双方确认交易要素后将进入到合同签署环节（图16）。交易要素自动填充至模板合同,交易双方可二次核验并完成电子用印。
图16
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Fig.16E-contracts signing
（4）联盟区块链管理
用印完成后,交易双方可查看本次交易上链信息,也可查看全局信息包括区块链高度、交易总数、实时TPS和全部上链交易等内容（图17）。
图17
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图17区块链可视化管理
Fig.17Blockchain management
5.2 实验结果
为验证章节3.3中所选共识机制对机构大规模扩展的支持程度,本文为基于联盟区块链的债券登记托管和交易报告原型系统配置两种共识机制：RBFT和NoxBFT,以测试各自吞吐量性能。实验结果如下（图18）：得益于网络通讯复杂度降低,NoxBFT在最小区块链网络（4节点）中吞吐量每秒可达350多笔;在节点数为100的区块链网络中仍可达每秒150多笔。随着节点数量增加,NoxBFT性能显著优于RBFT。图18
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图18两种共识机制性能对比
Fig.18Comparison of RBFT and NoxBFT
6 分析与展望
6.1 系统可用性分析
区块链债券并非新鲜事务。2018年9月,世界银行委托澳大利亚联邦银行（Commonwealth Bank of Australia,简称CBA）,通过区块链方式实现新型债券（Blockchain Offered New Debt Instrument,简称bond-i）前期发行和后期运营工作。区块链受到债券市场各方青睐,在于区块链技术特性高度契合债券市场需求。一是债券发行和登记过程中存在着信息不对称。区块链账本信息全网维护、共同记账,降低账本失效、被篡改和伪造引发的风险,保障信息披露真实性和安全性。二是现行体系下债券交易成本和清算效率有待提升。借助区块链智能合约,可匹配全网公开价格,自动执行交易策略,以减少人工出错风险、降低操作成本。通过区块链完成合同签署、交易清算,提高了业务效率。三是债券市场监管格局和满足审计的需求。债券发行、登记和交易信息以防篡改、防伪造、防抵赖和可追溯的方式记录,数据由各方共同见证、可验证,在数据真实、有效的前提下,为监管机构提供追溯查证、证据固定等便利。
根据中国债券信息网公开数据,2020年7月1日全国银行间市场交易结算总笔数为14 963笔。当日债券结算只数424,结算金额4415.09亿元。银行间市场交易占比达99%以上,可据此计算交易笔数基线。银行间市场每天交易时间段为上午9:00-12:00,下午13:30-16:30,合计6个小时。根据二八法则,每天1.2小时内（当日交易时间20%）会执行约12 000笔交易（当日成交笔数80%）,则系统每秒钟事务处理量（Transaction per second,简称TPS）约2.7,由图18可知基本不存在性能瓶颈。从存储量上估算,假定单笔交易占用20KB存储资源,单个节点日均数据存储量为300MB左右,年存储量为60GB左右。综上,基于联盟区块链的债券登记托管和交易报告平台具有可行性与可用性。
6.2 共识机制安全性分析
根据章节3.3中的假设,该联盟区块链是可靠、安全的点对点网络,其节点消息传递的延迟存在上限。记账节点存在恶意可能,例如随时加入或退出,或者丢弃、伪造和篡改消息。为对NoxBFT进行安全性分析,本文事先定义以下基本规则。K-chain规则：若当前区块链满足B(0)?C(0)?…?B(k-1)?C(k-1),称之为K-chain。其中B为区块,C为B的prepareQC（对上一提案的投票）。
Lock-Block规则：若副本节点a,在当前区块n收到2次prepareQC,定义区块n为Lock-Block(a)。
Unlock-Block规则：假定Lock-Block(a)为n,当前区块n的子区块n+1收到2次prepareQC,则根据Lock-Block规则,Lock-Block(a)为n+1。若Lock-Block(a)=B,则区块链B满足2-chain规则;若Unlock-Block(B')=B,则区块链B'满足3-chain。
Previous-Block规则：若Block(B)←prepareQC←Block(B'),那么Previous-Block(B') = Block(B)。
提交规则：当前区块n收到3次prepareQC,则区块n被提交。
（1）不存在两个相同高度区块收到足够多的投票。假设节点总数为N=3f+1,f为拜占庭节点最大数量,那么当区块n收到2f+1投票为足够多投票。若区块n'也收到至少2f+1投票,投票总量至少为2(2f+1)=N+f+1,即至少有f+1对两个区块投了票,与f个拜占庭节点假设矛盾。
（2）已提交的区块不能被撤销。若区块链满足3-chain,即B(0)←C(0)←B(1)←C(1)←B(2)←C(2)且区块B(2)>=B(0);当区块B(n)>B(2),则Previous-Block(B(n))>B(0)。如果系统内诚实节点给区块B(n)、B(2)和B(0)投过票,则可知Lock-Block最小值为Lock-Block(B(0)),区块B(n)的第一个区块不小于B(2),则有Previous-Block(B(n))>B(0) 。
（3）不存在同一交易被执行两次。即节点n的Lock-Block(n)=B,节点m的Lock-Block(m)=B',若Number(B)=Number(B),则Hash(B)=Hash(B')。由Lock-Block规则可知,存在2种Lock-Block情况。第一种是两个prepareQC出现在同一轮,则由（1）可知不存在B'和B同时收到足够多投票。第二种是出现B与B'分属不同轮次,且两笔批处理都收到对应prepareQC(B)、prepareQC(B')。假设View Number(B') > ViewNumber(B),那么根据（2）,Previous_Block(B') > B,与假设矛盾。
（4）在提交阶段,不存在两个相同高度、不同块Hash被同时提交。假定B、B'高度相同,根据（3）可知,二者不可能同时被Lock-Block,两者自然不可能被同时提交。
综上,NoxBFT满足区块生成的安全性要求。
6.3 缺陷与风险分析
借助联盟区块链建立统一、公开、透明的债券市场,有助于解决当下市场分割问题、多头监管问题,提升债券业务的数字化水平。但区块链并非万能钥匙,也会引入新问题和风险。首先区块链天然适合低频、大额场外交易,面对中小投资者频繁、小额交易场景性能有瓶颈。这是联盟区块链面临的主要技术缺陷,即无法兼顾交易效率和规模化。其次智能合约存在缺陷。债券业务规则转化为自动执行的代码后,智能合约一旦部署、运行,人工无法干预,出现漏洞或被攻击会对市场造成灾难性、不可逆转的影响。智能合约设计、开发和维护需要更加审慎。最后区块链可能对现有业务模式造成冲击。区块链介入债券登记托管、交易清算,将弱化对金融中介的依赖,债券发行人、交易者可以通过区块链交易、历史行为实现自我证明,无需公开资料即可取得对方信任并自由交易,对传统金融中介盈利模式造成影响。如何平衡线上交易效率、监管效能和线下生产关系、社会分配格局与法律,是区块链商业化面临的机遇和挑战。6.4 未来展望
银行间市场和沪深交易所市场并存的债券体系,具有鲜明的历史印记。二十年来,该体系通过丰富的现货市场、多种交易方式和衍生产品不断满足各层次的市场需求。债市统一问题已提出多年,市场和监管早有共识。2020年7月19日,人民银行、证监会联合发布公告,同意银行间市场与交易所市场相关基础设施机构开展互联互通合作。制度层面的障碍正在清除。基于联盟区块链建设统一债券基础设施,为满足场内外债券交易功能性需求和性能指标,提供了技术可选项。随着央行法定数字货币研发工作加速推进,数字货币或将发行并影响现行债券市场体系。统一的债券市场离不开信息、资金等要素自由流动。目前,原型系统仅支持债券信息流在机构间流转,尚未建立起市场信息流和资金流的统一通道。借助央行法定数字货币来赋能区块链债券,实现债券信息流和资金流的同步流转指日可待。
最后,我国正在加紧规划和建设债券类区块链基础设施与应用研究。2019年12月,中国银行宣布推出国内首个基于区块链技术的债券发行系统,将其成功应用在中国银行200 亿小微企业专项金融债的发行。中央国债登记结算有限责任公司在2020年招标“信贷资产登记流转区块链项目”,中标机构为云象区块链。区块链在债券市场发行、交易领域的应用,表明其作为未来金融基础设施的潜能。统一的区块链债券市场,当下有为,未来可期。
利益冲突声明
所有作者声明不存在利益冲突关系。参考文献 原文顺序
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