基于區塊鏈的信用檔案管理系統架構研究

盧 玄，葛 燕，王電升

（廣州市信息化服務中心，廣州 510635）

1 引言

隨著各行業各領域的信息化水平不斷提高以及信用檔案管理工作日益受到重視，信用檔案管理信息化的重要意義和作用越來越被廣泛認同。目前全國各地積極推進信用檔案管理信息化和公共信用信息系統建設，上海、廣州、杭州、惠州等多個城市已構建自然人、法人信用信用檔案庫，并已開展城市范圍內的信用檔案管理、公共信用服務和信用監管業務。但是，隨著經濟社會的不斷發展，作為信用主體的法人和自然人都越來越頻繁地進行跨地域、跨領域活動，迫切需要一種新型的信用檔案、信用監管和服務機制，支撐對同一信用主體在不同地區、不同領域的可靠監管和安全服務，同時信用檔案管理對信用信息系統的安全性提出越來越高的要求。

2 區塊鏈在信用領域發展趨勢分析

所謂區塊鏈，是指一串累積不斷的記錄，一列記錄可以捆綁成為區塊，由密碼學方法相連并加密，故命名。每一個區塊中通常內嵌前一個區塊的散列碼、時間戳、交割數據等信息。區塊鏈的設計天生不容數據篡改，作為“一種公開、分布式賬本，可以有效記錄雙方的交易行為，此記錄可以核實并永存”。

可編寫智能合約的區塊鏈具有去中心化、不可篡改、可信任性、可追溯、全網記賬等優勢，具備顛覆傳統信用領域的可能，使得相關信用信息公開化、透明化、公正化，推動信用體系的重構，將來的信用、信用產業、各行各業對信用的應用，乃至整個社會的信用體系可能都會與現在大不相同。

3 基于區塊鏈的信用檔案管理系統的架構設計

本問針對傳統信用檔案系統管理過程中信息采集、登記錄入、管理維護、后期操作的效率及安全、以及數據共享問題，基于區塊鏈技術，對信用檔案系統平臺進行重新設計，系統架構將由基礎層、網絡層、記錄層、訪問控制層、合約層等組成，各層之間相互協調，最終完成建立、轉移、驗證、修改等智能合約的功能。具體系統架構與功能模塊如下圖1所示：

（1）訪問控制層。訪問控制層針對智能合約和用戶的權限進行管理，包括對合約之間相互調用的控制，提供合約內部權限控制的編程接口，對用戶的權限進行管理，保證用戶對合約及狀態的訪問權限的合理劃分，同時對區塊鏈中各類智能合約的操作進行了有效地管理，防止聯盟中惡意合約對其他合約的調用，并提供了方便其他智能合約開發自己訪問控制的接口，使得區塊鏈中的智能合約可以方便、快速地實現自己的訪問控制模型。

（2）應用層。具體的是指機構內部使用的應用系統，需要獲取他們的業務事件以及相應的數據，通過這些業務數據以及業務事件對機構信用信息進行采集的過程。這個過程需要進行對接的。通過系統對接來獲取每個機構的業務信息以及事件，而這些業務事件是和其他的機構的業務事件是有關聯，這些事件可以通過區塊鏈的基礎層對接區塊鏈合作方進行核實的。

（3）合約層。為智能合約提供數據存儲、合約調用等基礎性功能，為智能合約的開發提供接口。并為應用層提供基于智能合約的基礎功能，可以在接口上進行擴展。能合約采用高級語言進行開發，為智能合約的多樣性提供了可能。同時各個合約均在不同的容器里運行，也為其提供了一定的安全性，也為信用檔案信息鏈條的存儲與查詢提供了基礎功能。

圖1 信用檔案管理系統架構示意圖

（4）記錄層。針對合約調用、狀態改變等數據信息進行存儲，包括調用參數的記錄，相應狀態的改變等信息。系統中針對一個區塊時間內的交易集維持一個當前狀態的改變量，結合基礎層中的桶默克爾樹，為每一個智能合約的每一次交易所改變的狀態信息提供高效的存儲于查詢。同時結合智能合約的有限狀態機，可以保證交易執行失敗后其相關的狀態信息可以及時的回滾，而這一系列操作都在網絡共識層的保證下所有節點達成一致。

（5）業務對接層。業務對接層主要的功能是對機構自有的業務系統，以及以上申報單位提供的業務系統對接區塊鏈基礎層的對接管理的模塊。這里提高了應用系統使用的廣泛性的系統邏輯結構。主要提供了業務事件引擎，以及區塊鏈通訊網關，可以讓符合區塊鏈應用進行對接。

（6）區塊鏈通訊網關。提供業務事件引擎向區塊鏈基礎層的兩種接口進行調用，以及數據轉換功能，并且根據業務事件的類型對區塊鏈基礎提供的API進行編排。主要是應對每個業務應用以及業務事件采用不同調用的區塊鏈API接口。

（7）基礎層。負責管理分布式賬本，對于每一筆交易，采用時間戳的方式以保證交易的真實性。為了方便聯盟中各個節點高效地對其所維護的賬本，包括區塊數據和對應的狀態數據達成一致，采用了預定桶和默克爾樹相結合的方式，節點之間可以快速驗證整個狀態數據的某個分支是否一致，為接下來的拉取數據或者達成共識提供決策依據。同時，聯盟中各個節點之間的消息均采用protobuf進行序列化和反序列化，較大程度上壓縮了數據，減少了節點間傳輸數據的消耗，同時也減少了各個節點的存儲消耗。

4 基于區塊鏈技術的信用檔案管理系統的主要數據特點

本系統將鏈條上的信用檔案流動看作資產的轉移，引入區塊鏈數字貨幣的賬戶模型和UTXO模型來記錄信用檔案的流動。系統中每個角色都擁有自己的賬戶，賬戶里存有該角色當前信用檔案信息。信用檔案由一個UTXO標識，不同角色擁有生成、轉讓、拆分或合并UTXO的權力。UTXO在系統中的流轉都需要所有者的簽名，也就是每次信用檔案的流轉都會有相應的負責人確認，從而增加了整個系統的可信性；同時，UTXO具有可追溯性，也就可以明確整個流通過程中各方的責任；UTXO還很好地防止了雙花問題，即同一個信用檔案一個時間只能被記錄一次，不會出現信用檔案被人惡意篡改的情況。

基于區塊鏈的信用檔案管理系統主要通過API服務，CLI服務，成員服務、區塊鏈服務、安全鏈服務、事件引擎、P2P消息服務等模塊向用戶提供服務。系統中信用檔案數據上鏈處理流程如圖2所示。當收到每份需要上鏈的數據后，對中央消息進行發出更新通知，可以讓區塊鏈各聯盟知道有新的業務行為產生。為了減少拜占庭現象的產生，在消息服務總線當中產生一個更新消息，可以讓區塊鏈各聯盟節點獲取到相關區塊鏈變更消息，同時減少端到端之間的頻繁消息傳遞，而且也對于端到端的一個有效的補充。

圖2 基于區塊鏈技術的信用檔案數據流向示意圖

5 基于區塊鏈技術的信用檔案管理系統的主要技術創新

本系統在技術上主要創新點如下：

（1）采用預定桶和默克爾樹相結合的方式實現區塊鏈各節點維護信用檔案數據的高效性。節點之間可以快速驗證整個狀態檔案的某個分支是否一致，為接下來的拉取數據或者達成共識提供決策依據。

（2）采用模塊化共識方法管理聯盟節點間的共識構建問題。對于默認的拜占庭容錯算法，各個節點會保存與其通訊的節點的基本信息，在節點宕機的情況下也可以此為基礎重新加入區塊鏈網絡之中。在此基礎上，實現了新節點加入和非正常宕機節點的狀態回滾。提出了一種新型的聯盟鏈共識機制，在保證安全的前提下，還能夠實現較高的性能。

（3）多鏈交互解決了跨連數據孤島問題。在傳統基于查詢模式信息流通模式之上進行了改進，提高了信息交互的效率。在鏈間數據流通方案上，設計一種新型體系架構，保證傳輸中的數據仍然具有區塊鏈本身不可篡改的特性，確保了數據完整性。

（4）提出一種基于屬性的訪問控制以及適合在區塊鏈上用智能合約方式實現的訪問控制模型。提出一種基于投票的訪問控制元數據管理機制，保障訪問控制絕對嚴格。同時，提供了方便被其他智能合約調用的接口，使得其他合約簡單實現自己的訪問控制模型，解決了智能合約的訪問控制問題。

（5）智能合約安全性的解決方法

提出了多方機密的處理機制來制定合約的保密性的解決方法。讓合約可以通過多方加解密后，進行合約制定過程，以及通過業務事件的處理機制可以讓合約執行過程中，利用跨鏈數據處理方式，來形成信用鏈。

6 基于區塊鏈技術的信用檔案管理系統的應用前景預估

基于區塊鏈技術的信用檔案管理，可極大推動信用信息進行整合，形成統一的信用信息共享平臺，依法向社會有序開放。推動政府部門在開展經濟社會管理和提供公共服務過程中，強化使用信用信息和信用產品，并作為政府管理和服務的必備要件。建立健全社會信用獎懲聯動機制，使守信者得到激勵和獎勵，失信者受到制約和懲戒。對違法違規等典型失信行為予以公開，對嚴重失信行為加大打擊力度。探索建立地方政府信用評價標準和方法，在發行地方政府債券等符合法律法規規定的信用融資活動中試行開展地方政府綜合信用評價。

同時通過基于區塊鏈技術的信用檔案管理，可以全面支撐區域信用建設合作。探索建立區域信用聯動機制，開展區域信用體系建設創新示范，推進信用信息交換共享，實現跨地區信用獎懲聯動，優化區域信用環境。并同時支撐重點領域和行業信用信息應用。在食品藥品安全、環境保護、安全生產、產品質量、工程建設、電子商務、證券期貨、融資擔保、政府采購、招標投標等領域，推行信用管理新模式。

7 結束語

信用檔案數據呈現分布式存儲，有不可篡改刪除、可驗證等重要特點，本文通過設計創新性的區塊鏈技術下的信用檔案管理系統架構，可以有效解決區塊鏈入鏈源數據的可信問題，解決入鏈前的數據安全可靠以及跨鏈數據的共識保證機制建立問題，防止信用檔案被篡改，同時實現了多鏈場景下多部門跨連數據的交互與共享問題以及人工信用檔案創建、管理、查詢的低效率、高成本問題。基于區塊鏈技術下的信用檔案管理系統，將有助于區塊鏈將開啟新的信用時代，各行業都可以基于區塊鏈安全透明、多方確認、不可篡改等特性探索更為適合的技術方案，信用將更加堅固。