基于区块链技术的数字积分交易系统设计与实现

李超，戴炳荣，2，赵晓峰，王晓强

（1.上海计算机软件技术开发中心，上海 201112；2.上海海事大学信息工程学院，上海 201306；3.复旦大学计算机科学技术学院，上海 201203；4.绿地金融投资控股集团有限公司运营技术部，上海 200023）

0 引言

数字积分是商户用户忠诚度计划的一部分，它和会员系统、售后服务结合在一起，构成CRM系统最重要的一部分。积分的目的是锁定老客户，吸引新客户，提高消费频次、额度以及用户忠诚度。

传统的积分在使用过程中存在一些问题，严重影响了用户体验度，制约了积分影响力。对于用户来说，存在积分来源单一，使用范围狭窄；过于分散，不能累加，不能通用；兑换礼品种类少，且积分不易达到等问题。对于商家来说，存在奖励成本高，收益小；无法深入了解客户消费习惯，同质化竞争日益激烈等问题。因此，如果探索新的积分运营模式，使得所有积分可流通、传播范围广、永久可用，成为当前企业积分发展壮大的研究热点。

近年来，区块链技术由于其分布式数据存储、点对点传输、共识机制等优点，受到了业内广泛关注[1]。区块链是通过网络节点共同记账的方式，实现信息高度准备、安全的分布式数据库，把加密数据按照时间顺序进行叠加生成的永久、不可逆向修改的记录[2]。区块链具有去中心化、开放性、去信任、不可篡改以及匿名性等特征[3]。去中心化：基于分布式系统结构，采用加密算法建立分布式节点间的信任关系，从而形成去中心化的分布式系统；开放性：区块链系统是开放的，运作规则公开透明，除了私有信息加密外，其他数据对所有人开放，信息高度透明；去信任：基于一致的规则和协议使得系统中节点能够在可信的环境中安全自由的交换数据，使得对人的信任变成了对机器的信任；不可篡改：一旦信息通过验证并写入区块链，就会永久的存储起来，想要篡改历史数据几乎不可能，数据稳定性和可靠性极高；匿名性：节点间交换遵循固定的算法，数据交互无需信任，交易多方无需以公开身份的方式让对方产生信任。

因此，利用区块链技术，打造基于区块链的数字积分交易系统，打通积分通道，积分一旦在区块链上发行，后续流通环节可以不依赖于发行方系统，资产流通由单中心控制变成社会化传播，任何有资源的渠道都可以成为资产流通的催化剂[4]。本文基于区块链技术，设计并实现了数字积分交易系统，构建开放式价值流通网络，让企业间的数字积分自由流动起来，为积分交易的便捷和安全提供了良好的示范效果。

1 区块链技术

区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问安全、利用自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式[5]。区块链核心技术包括分布式账本、加密算法、共识机制等，作为一个独立的技术解决方案，其应用已经从单一的数字货币延伸到经济社会的各个领域，具有显著的应用优势：去中心化的分布式结构应用于现实中可节省大量的中介成本，不可篡改的时间戳特征可解决数据追踪与信息防伪问题，安全的可信机制可解决当前信任成本问题，灵活的可编程特性可帮助快速达成业务结果[6]。

图1 区块结构图

区块的结构如图所示，主要包含两个部分：区块头和存在区块中交易。区块头包括了版本号、前个区块哈希值、默克尔根、时间戳、难度值和随机数[7]：

版本号：存储区块链系统和协议的相关版本号；

前个区块哈希值：记录前一个区块的哈希值。根据父区块哈希值，所有的区块可以连接在一起形成区块链；

默克尔根：区块链中默克尔树根的哈希值能够用于快速检查当前区块中所有存储事务的正确性；

时间戳：以年月日小时和秒记录区块生产时间；

难度值：工作量证明算法要解决的目标难度值；

随机数：记录当前的工作量证明算法的解决方案。

另一部分为存储在当前区块中的所有交易信息，这一块的设计可根据不同的应用场景和目的进行调整和改变。

以太坊的出现标志着区块链发展到了新的阶段，使区块链真正具有了图灵完备的特性，为智能合约的实现提供了良好的载体，衍生出了多领域的应用[8]。

图2 以太坊交易结构

如图2所示为以太坊的交易示意图，其中交易中每一块的含义如下所示：

From：来自用户控制的账户的签名，从而授权交易；

To：交易的接受者，可以是用户的地址或合约的地址；

Data：包括创建新合约的合约代码或合约的执行说明；

Gas Price：当前使用以太币购买燃料的转换率；

Total Price：交易可消耗的最大燃料；

Nonce：记录账户交易次数的一个计数器。

以太坊中大约每15秒便会创建一个区块，能够更好地为开发者提供区块链应用的各种部署和测试，方便开发者进行系统验证和实现。

2 基于区块链技术的数字积分交易系统设计

通过区块链技术构建的通用积分系统，实现了跨机构积分的真正流通，所有相关交易记录以及用户、商户的积分录入和更新都存储在区块链中，不能被篡改和伪造，保证了交易的安全；而对应的交易在区块链上实现了实时转账和清算，相较传统积分系统节省了繁琐的结算过程。使用区块链技术能大大简化商户与结算银行之间的对账手续，实现快速清算。系统总体功能图如图3所示：

图3 系统总体功能图

积分绑定模块：积分绑定模块对外提供统一接口对接不同机构的内部积分系统，由系统用户主动出发该模块；通过调用不同机构的积分系统，同步用户积分数据至用户的区块链地址下；利用智能合约将积分数据资产化，将积分数据以数字资产的形式同步至此用户的区块链账户下，不同机构的积分都对应定义一种积分数字资产，同一区块链账户下允许持有多种积分资产。

积分兑换模块：积分兑换模块提供不同积分间的融通，积分兑换模块内定义通用积分资产——绿地分，并且为所有用户的区块链账户默认开通绿地分资产；系统用户在积分录入模块中导入的其他机构积分资产，通过调用积分兑换模块将区块链账户下某种积分资产按照比例兑换为相应数额的绿地分。

积分转移模块：积分转移模块是用户或企业将其区块链账户下持有的积分资产转让给他人；积分转让模块指定受让者的区块链账户地址（或手机、邮箱等认证过的方式）、转移的积分资产类型、数额，受让人的地址保证正确，且转让人有足够该类型的积分资产。

积分消费模块：积分消费模块对外提供统一接口发布商户权益或商品。本系统中是指系统用户消耗绿地分在积分商城（商城中的商品由不同接入商家提供）中购物消费，仅限使用绿地分进行消费。用户区块链账户下持有的其他积分资产，可以通过积分兑换模块兑换为绿地分，在本积分消费模块中消费。

积分清算模块：系统为用户提供商品或服务，通过积分消费模块获得绿地分，积分清算模块将绿地分按照约定比率清算为流通货币价值；积分清算模块由系统商户出发，指定兑换的绿地分数额，由系统管理员审核后，自动按照比率清算。

记录存储模块：记录存储模块记录发生的所有操作记录，包括系统用户的每次积分导入、积分兑换、积分转让和积分消费，以及系统商户的积分清算记录；记录存储模块在每次操作会自动触发，记录内容包括操作者的区块链账户信息、操作模块、操作参数和操作时间戳，记录存储模块拒绝任何账户对存储记录的任何修改。

3 系统实现

本系统使用以太坊编程平台，Solidity智能合约语言，Truffle开发框架，TestRPC测试环境，PHP及node.js开发环境，使用以太坊区块链、MySQL数据库。采用Linux操作系统保证后台管理系统稳定性，MySQL或Microsoft SQL Server数据库，PM2应用运行环境，HTTPD Web应用。

（1）系统注册及登录页面

图4 系统注册界面

图5 系统登录界面

图6 用户登录首页

用户可通过手机号、用户名或邮箱进行注册，注册登录后方可使用本系统服务。

（2）积分绑定功能

图7 积分绑定功能界面

（3）积分兑换

图8 积分兑换功能界面

（4）积分转移功能

图9 节分转移功能界面

（5）积分查询功能

图10 积分查询功能界面

4 结语

传统积分系统模式下，不同的商家或企业之间的会员积分相互独立，常见的会员积分抵扣或权益兑换功能都仅限制单个的积分系统内部，积分流通性低，用户交易热情度不高。本文给出了基于区块链技术的数字积分交易平台的设计思路以及实现，通过区块链技术特性打造了通用通兑的积分交易平台，实现了多方参与、多方协作的机制设计，充分保障了参与方的利益，实现共赢，为新型的积分交易及运营模式提供很好的借鉴和参考，具有良好的应用效果。