基于区块链技术的智能合约网络证券交易模型研究

王晓峰

[摘要]随着网络信息技术的高速发展，如何利用新技术促进证券业服务转型升级创新成为各大金融机构日益关注的焦点。结合数字货币交易相关技术，阐述了基于区块链数据库的证券交易模型。在简要介绍相关理论和技术后，提出了一种基于FICO-B信用等级的算法模型，并根据算法讨论了一些证券交易网络模型。实验验证了此算法模型的准确性，并证明其确保网络安全性并可有效避免交易对象可能出现的信用风险。这种网络证券交易模式已被证明能够有效保证整个网络交易的唯一性和真实性，减轻交易成本负担，提高交易效率，更好地实现资源优化分配。

[关键词]区块链；互联网金融；证券交易；交易模型

[中图分类号]F83059[文献标识码]A[文章编号]2095-3283（2017）04-0101-05

一、引言

伴随着互联网技术的发展，近十年来证券交易服务模式发生了巨大变化，而网络券商、线上金融超市等新兴金融服务平台的出现又对传统证券服务业产生了极大冲击。高度网络化的证券交易模式集成新型底层技术为券商压缩成本、减少中介环节、降低交易程序错误率提供了新的机遇。Musiega MG（2013）指出：目前在线证券交易只是一种代理交易，因为在线经纪人只提供了汇集市场信息的接口，而客户的交易请求实际上是在经纪服务中被打包并发送到证券公司的服务器完成交易的真实交易。事实上，由富国银行、美国银行、纽约梅隆银行、花旗银行等42家世界级金融机构组成的R3CEV联盟倡导的P2P交易的分布式记账技术Corda正在迅速推进其在金融企业中的应用，致力于降低中介成本。而其交易基础：基于区块链网络发行的数字货币的各项优势，也激发起人们研究的兴趣。Abdipoor S（2013）认为：数字货币的应用已逐渐成为人们在电子信息时代消费的主要研究方向。同时传统货币发行集中在中央银行，其发行数量和流通环节难以被掌控，而新的数字货币可以估计流通货币的数量，从而达到有效抑制电子货币通货膨胀的目的。Sami M（2013）认为：数字货币应用范围广泛，纯粹以电子信息的形式存在，易于使用。其适用于远程交易，可以加快货币流通速度，降低货币流通成本。 Eghdami E（2015）提出：随着互联网技术的快速发展，网上交易的出现和兴起有明显的必然性和广阔的发展前景。对于未来包括证券交易在内的金融服务业务，基于区块链网络和数字货币的交易模式将成为使用在线交易获取资源和服务的最有效方式。尽管数字货币作为新兴事物，在一些国家的合法性尚未得到认同，但我国央行已于年初发行了以央行为发行主体（合约设计者）的数字货币，因此本文对基于区块链网络的智能合约网络证券交易体系进行研究，对于我国券商行业进行金融创新具有指导和借鉴作用。

在数字货币相关交易技术的基础上，本文研究基于区块链分布式账本数据库技术的证券交易模型，阐述了区块链环境下证券交易的基本理论和概念，提出了基于FICO-B信用评分法的交易模式算法，并且基于该算法研究了多个网络证券交易模型，通过实验分析对算法模型进行了验证，最后总结了基于区块链技术的智能合约网络证券交易体系的研究过程和结果。

二、相关概念和技术基础

（一）区块链技术

如图1所示，区块链是一个重要的比特币底层技术概念，本质上是一个去中心化的数据库，它像账簿一样记录在发生在他上面的所有交易（Ebrahimi，2012）。

区块链是运用密码学算法产生的一系列相关联的数据块，每一个数据块包含用于认证信息有效性的信息和用于在下一块中生成在线交易凭据的信息（Mutugi，2013）。用户可以在每个离线终端中查询区块链，并且区块链在网络上是公共所有和公开透明的。 终端功能的实现需要区块链进行验证，每次验证测试称为一次性确认。每次交易行为需要通过多次确认完成（Chelley-Steeley，2015）。 因此，由于其安全性和方便性，区块链技术被大多数互联网金融企业关注和使用。 它可以广泛应用于智能合约、证券交易、电子商务、物联网、社交通信、文件存储、存在证明、身份验证和股权众筹等。以比特币区块链为例，其工作流程如图2所示：

目前区块链网络主要分为三类：公共区块链，行业区块链和私有区块链（Li，2015）。公共区块链是最早和最广泛使用的区块链，任何人都可以发送被区块链有效确工作流程认的交易，任何人都可以参与其共识过程。行业区块链中的预选节点在组内被指定，并且预选节点共同参与每个块产生的过程。其他接入节点只能参与交易的运算过程，但不能干预记账过程，但其他接入节点可以通过区块链中的开放API查询有限的信息。私人区块链仅使用区块链的总账技术进行记账，并拥有区块链的独占写入权限。由于区块链使用分布式记账和存储，任何节点的权利和义务是相等的，因此没有中心硬件或管理机构或分散特征。区块链数据对所有节点开放。除了每个对手的私人信息被加密，任何节点允许通过开放接口进行数据查询和应用程序开发，所以有高度的透明度和开放性。区块链协议规范基于通过协商达成一致的原则，所以所有节点可以在可信环境中自由和安全地交换数据，消除人为干预并具有极强的自主性。一旦信息被验证并添加到区块链，它将在整个区块链的所有节點上被永久存储，而只有通过控制超过一半的系统节点才能有效地修改数据库，因此区块链具有极高的稳定性和可靠性。此外，交易对手不需要透露他们的身份以赢得对方的信任，因此它是去信任条件下非常好的交易解决方案。

（二）证券交易体系

证券交易是指根据交易规则的证券转让证券持有人。它通常分为两种形式：上市交易和OTC交易（Abadi，2012）。虽然许多公司发行证券，但并非所有证券都是上市或OTC交易：证券必须按照条件和标准进行审查，只有在SEC确认其已遵守审查制度后，才能在柜台上市或交易。如果上市后的证券不符合规定，其上市资格可能会被取消（McCallum，2014）。证券交易的基本性质是特殊类型的证券转让。狭义地说，它的基本形式是证券交易，而广义地说，它还包括转让或认捐全部或部分证券权利给他人，这反映了证券作为融资工具的基本属性。如图3所示，根据有关规定，证券交易必须在证券交易场所进行，并遵守相关法律法规规定，以确保安全和迅速，并保持资本市场的稳定和发展（Villar ，2014）。

早期证券交易主要采取现货交易的形式，但随着资本市场呈现从简单到复杂，从单一到多重的发展趋势，证券交易的分类已经多样化，形成了各种交易方式的共存现货，信用、期货和期权。网络证券交易是一种新的交易模式，随着网络技术蓬勃发展， 它帮助我们在遇到巨大挑战的同时拥有新的利润增长机会。 如图4所示，在广义上，通过固定电话、移动终端（SMS）和互联网客户端进行的所有证券交易活动都可以被称为网络证券交易。由图4可知，最广泛使用的网络证券交易模式是互联网客户端交易，因此人们也常称互联网客户端交易为狭义的网络证券交易。它通常是指证券交易者利用互联网技术为投资者提供证券交易和相关服务，并实时完成交易的整个过程。

三、模型的建立

（一）一种新型互联网证券交易模式（IICM）

伴随着我国证券市场的高速发展，券商间的兼并重组案例逐渐增加，反映了国内集约化管理模式的进步，同时证券交易业务模式也发生了新的变化。为促进证券交易业务管理模式转型，降低金融风险，建立新型证券交易网络信息服务体系是有效的方法。如图5所示，网络证券交易一般通过互联网服务提供商（ISP）以下两种模式进行。

（IICM）一是将证券业务部门与互联网直接连接。在这种在线交易模式下，客户可以从网络接收各种实时报价信息，通过网站直接下订单、查询和账户访问，证券交易者可以提供的所有其他服务以满足客户需求。另一种在线交易模式是证券交易者通过网络服务提供商提供相关的互联网服务，在线客户需求将通过ISP网站传送给经纪业务部门进行委托交易，客户还可以从ISP网站获得实时市场价格和交易结果。我们将这两种模式进行组合设计一种新型网络证券交易模式（IICM），这种模式下用户享有控制权，可以通过专业的技术支持充分享受网络服务资源。网络信息管理中心和通信系统是证券交易系统的核心：网络信息管理中心由大型数据库，每个交易网络通过高速数据链接网络组成，对客户交易数据进行集中管理，券商可以及时监控交易状态。这种交易模式可以节省大量的资金，降低风险，最大限度降低潜在错误发生的几率。

（二）基于区块链和FICO-B信用评分机制的智能合约算法模型

通过利用比特币借贷模型，证券交易将被固化为区块链，并且智能合约将在整个网络上广播有关交易信息，这一过程不经过中间节点，并且将获得对整个网络的识别。我们将FICO-B信用评分机制与分布式时间戳，脚本验证和其他技术结合使用，以确保整个网络中事务的唯一性和真实性。基于区块链技术的模型，其优点在于：在整个网络上发送广播消息而不经过中间节点并获得整个网络的识别，可以保持系统的原始分散、透明度和其他特征。向算法引入信用评分是互联网上金融服务中常用的信用解决方案，通过综合国际信用评级法，我们提出FICO-B信用评分方法：它能从信用历史，交易关系，资产存量，交易流量等方面评估信用状况。此外，因为这种交易模式一旦被固化为区块链就不能改变，所以它是不可逆的，并且没有干扰，这确定了交易者的信用状态。有关具体操作过程，参见图6。

FICO-B信用评分方法依赖于大型分布式数据库，其基本思想是将客户信用历史信息与客户信用习惯在数据库中进行比较，以确定行为发展趋势是否类似于不良行为发展趋势， 主要参考因素包括报销历史和信用账户数量等。由于评分值需要考虑遍历整个区块链，为了避免太长的计算时间和太多的资源消耗，我们使用增量方法进行评分，同时只计算从这比交易开始到这笔交易结束的区块链，以避免消耗过多的时间，通过这一过程获取交易信息，并在计算后获得新的信用评分和其他所有统计值。 计算公式如下：

算法运行参数的相关设置如图7所示：

首先，我们根据不良记录的数量按升序排列所有条目，然后根据信用评分，回报率和交易量按降序排列所有条目，并使用信用评分来实现一些排名和处罚机制，以此帮助客户选择正确的证券交易者进行交易，并可以增加那些有许多不良记录的客户的响应时间。

我们使用派翠网络（Petri net）作为分析工具来验证算法的正确性，得到库所（Place）与变迁（Transition）的关联矩阵：

（三）结果分析及讨论

为了保证模型的正确性和严谨性，必须对模型中使用的算法进行验证。攻击检测（Attack detection）和形式分析（Formal analysis）是驗证算法的两种常用方法。攻击检测是针对算法中可能的漏洞进行有效的对策攻击，并通过不断尝试攻击来验证算法的安全性，而形式分析是使用形式模型或语言来分析过程设计并验证算法的正确性。

根据上述方程，我们可以推断线性方程系统的解决方案证明该算法可以同时发生多个异步操作的独立事务处理，符合定义的变量验证并验证所使用的方法的正确性。我们假设信任进程在互联网上找到下一个块的概率是p，则攻击者赶上来自Z块的信任进程和篡改信息的概率是q。当P> q时，如果攻击者没有成功地篡改第一块中的信息，攻击者赶上信任进程的概率将随着块数Z的增加而指数级减小，并且欺诈的成功率将是在下降。因此，交易在被固定到区块链之后将是真实的和可信的，这可以非常有效地避免欺诈的发生。没有默认记录和信用评分的人的响应时间之间的关系如图8所示：

结果表明，提交的申请将在信用分数较高的情况下快速响应，而在信用分数较低的情况下缓慢响应；默认的数量是影响信用评分和排序机制中的响应率的关键，证明信用评分方法和排序算法已经实现了期望的效果。并通过实验验证了该算法的正确性和安全性。这种网络证券交易模式已经证明能够有效保证整个网络中交易的唯一性和真实性，有效避免交易对象可能的信用风险，减少交易成本负担，提高交易效率，更好实现合理配置资源。

四、结论

随着网络信息技术的不断发展，投资者在选择证券交易服务提供商时不再受地域限制，其升级服务要求促使经纪商进行全面的业务创新。在本文中，基于区块链数据库的证券交易模型通过参考与数字货币交易相关的技术来阐述。此外，提出了基于FICO-B信用评级的算法模式，实验验证了这种算法模式的准确性，证明了其确保较高的网络安全性，并且可以有效避免交易对象可能的信用风险。这一模型还可以有效保证整个网络交易的唯一性和真实性，减轻交易成本负担，提高交易效率，更好地实现资源合理分配。在进一步的研究中，算法模型效应可以进一步优化。能够提供高质量网络服务的证券交易技术将具有广泛的应用前景，以满足证券行业对服务转型升级和拓展利润空间的迫切需求。

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（責任编辑：顾晓滨马琳）