基于區塊鏈的房屋租賃分配系統設計與實現

李瑞娥 沈文楓 楊宇華 周麗萍 王洋

摘要：傳統房屋租賃平臺存在著用戶隱私安全與租賃雙方權益難以得到保障等問題。區塊鏈技術是一種去中心化、不可篡改、可追溯、可編程的分布式賬本技術，基于區塊鏈的房屋租賃分配系統是解決當前房屋租賃行業相關問題的綜合性解決方案。重點研究在非信任情況下通過密碼學技術保證用戶數據安全與隱私安全，結合時間戳技術將交易信息上鏈，以解決交易雙邊信用等問題。使用智能合約實現分布式的自適應尋租與匹配策略，通過對上海市地區進行實驗測試，結果表明：以智能合約為基礎的房屋自適應尋租匹配策略能夠有效保證房屋租賃雙方的權益。

關鍵詞：房屋租賃;區塊鏈;自適應尋租匹配;智能合約;用戶權益

DOI：10.11907/rjdk.191130開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2019）010-0111-06

0引言

國內外現有市場下的房屋租賃平臺主要有兩種模式：①用戶個人發布租房信息的互聯網平臺，包括58同城、咸魚等，房東在平臺上發布房源信息;②自主提供房源的互聯網中介公司，其中最具代表性的是自如平臺，租客通過聯系租房中介公司進行看房、租房。

但以上兩種房屋租賃方式都存在一定問題：對于第一種模式，房東為了節省時間和精力，大多將房源交至中介，委托中介進行租房，因此平臺上的房源信息大多由中介發布，使租客難以確定中介發布的是否為真實房源。此外，部分中介通過發布低價房源吸引租客看房，再以低價房源已被租賃為由，帶租客去看其它房源，同時提高房源價格，使租客權益得不到保障;對于第二種模式，自主提供房源的互聯網中介公司由于存在房源數量少、房屋裝修存在安全隱患等問題使其發展受到限制。另外，兩種互聯網房屋租賃方式存在著共性問題：租賃雙方用戶的信息真實性與隱私安全性得不到保障。

區塊鏈技術是一種基于時間戳的鏈式數據結構，并以密碼學方式保證其不可篡改與偽造，是一種去中心化、去信任的分布式共享總賬技術。所有節點共同參與數據備份與維護，區塊鏈存儲的數據不會因為一個節點數據被篡改或破壞而產生影響，以此實現對數據的安全存儲。通過P2P網絡技術與共識機制實現分布式節點驗證、通信并建立信任關系，利用智能合約實現復雜的業務邏輯功能，對交易進行自動化操作。目前已有一些租房項目中開始應用區塊鏈技術，最早應用該技術的是美國的Rentbrry，其主要通過區塊鏈技術保證租賃雙方信息的真實性;伊鏈區塊鏈通過引入信用機制，利用積分體系提高用戶雙方違約成本，并制定違約獎懲制度，規范租房流程;雄安新區區塊鏈將租房平臺、誠信積分系統及區塊鏈系統三者相結合，以方便內部管理人員使用。由于用戶信息與交易信息錯綜繁雜，本文提出將用戶信息鏈與交易鏈分離的設計思想，該系統具有以下特點：①在非信任的情況下保證用戶信息與交易信息分離以及數據的安全性、隱私性、透明性;②采用智能中介代替人類中介的方式，既降低了房東的人力與時間成本，又保證了租客權益，解決了房屋租賃的雙邊信任問題;③通過智能合約實現自適應尋租與匹配問題，節省了租客尋租時間。

1系統介紹與相關技術

1.1系統實體

用戶之間的房屋租賃交易模型包括房東、租客與智能中介節點3個實體，如圖1所示。

（1）房東：上傳房源信息，包括房源配套設施及地理位置等。

（2）租客：向智能中介節點提出租房需求，并篩選房源。

（3）智能中介節點：智能中介節點有作為中介的職責，協助房東和租客商定房源價格，以及記錄交易信息，并將交易記錄存儲到區塊鏈上。同時，智能中介節點為用戶提供通信服務，每個租客向最近節點發送一個房屋租賃請求，智能中介節點對自己管轄范圍內的房屋資源進行統計，并進行自適應尋租與匹配，并將信息返回給租客，同時扮演拍賣者角色，在租客與房東之間進行反復的房價雙向拍賣。

1.2區塊鏈技術

區塊鏈是一種新興的P2P技術，用于分布式計算與網絡節點間分散的數據共享。區塊鏈主要由3部分組成：

（1）交易。在交易過程中，交易信息包括用于隱私保護的租客與房東代用名、數據類型、原始事務數據的元數據標記、元數據完整索引歷史、與交易記錄的加密鏈接以及事務生成的時間戳。信息經過加密與數字簽名，保證其真實性和準確性。

（2）事務數據塊。租房事務的所有原始數據都在智能中介節點之間進行存儲、共享與審計。由于計算與存儲的限制，房東和租客只存儲元數據索引。元數據索引表示元數據位置，從而降低了系統成本。智能中介節點收集與管理自己的本地交易記錄，這些交易記錄在經過授權之后，被存放到區塊中，每個區塊包含一個密碼散列以供跟蹤與驗證。在區塊鏈中，區塊是以線性時間順序添加的。當交易添加到區塊鏈之后，房東、租客可以公開訪問這些數據。

（3）智能合約。智能合約實現具體業務，將具體交易細節和準則以腳本方式實現，可實現交易的自動執行。智能合約通過加密算法進行加密，保證了數據的真實性和完整性，在記錄交易全部過程的同時，還可防止交易被篡改。

2基于區塊鏈的房屋租賃分配系統設計

2.1系統架構

如圖2所示，用戶通過身份認證注冊賬戶，已認證的用戶信息以hash值方式存儲在用戶信息鏈上，從而保障了用戶信息的隱私性。房東上傳的房源信息存儲在傳統數據庫中，租客將租房需求發送給所屬區域的智能中介節點，各區域智能中介節點擁有本地區房源信息。

智能中介根據租客要求利用智能合約完成房源自適應匹配，并將匹配的房源信息返回給租客。待交易雙方達成共識后進行交易，并將交易信息上鏈。交易信息上鏈保證了交易數據的真實性、不可篡改性以及可追溯性。

采用交易信息與用戶信息分鏈存儲的方式，實現了交易信息與用戶信息的隔離，降低了信息鏈的冗余。若修改交易或用戶信息，對應的hash值也會被修改，這一特征保證了信息的真實性，同時保證了信息的完整性與不可篡改性。此外，用戶還可以查詢交易記錄。在傳統的中心化存儲模式中，若存儲中心損壞將會導致整個系統癱瘓，在區塊鏈中，由于每個節點在網絡中的地位相同，網絡是去中心化的，從而降低了整個系統的癱瘓機率。

2.2業務流程

2.2.1系統用戶信息初始化與密鑰生成

本系統采用橢圓曲線數字簽名算法與非對稱加密算法進行用戶信息初始化（見式（1））。用戶根據自己的不同需求選擇不同身份進行注冊，每一個用戶在可信機構（如政府部門）注冊后成為合法實體。當用戶U_i成為合法實體后將獲得唯一標識身份的Id_i，同時獲得該用戶的公鑰、私鑰以及證書，分別記為：PUK_i、PRK_i、CERT_i。用戶U_i向授權機構請求一組錢包地址WTID_i，授權機構生成初始化映射列表。

UN={PUK_i，PRK_i，CERT_i，WTID_i} （1）

2.2.2系統交易信息初始化

首先進行交易信息初始化。

TN={CA，SM，T} （2）

其中CA為共識算法，SM為智能合約，房屋交易為T。

T={Id_i，Id_j，TD_ij}

其中Id_i為租客的唯一身份標識，Id_j為房東的唯一身份標識，TD_ij為成交細節。

TD_ij={ru_i，hu_j，hu_ij，PR_ij|ru_i∈RU，hu_j∈HU} （4）

租客請求房源資源的集合為RU，房東提供的房源資源集合為HU，其中ru_i、hu_j，分別是RU、HU中的單個租房請求資源與單個房屋資源，hu_ij是達成交易的房源。

2.2.3業務資源請求初始化

單個租房請求資源初始化。

ru_i={loc_i，r_i，fac_i|loc_i∈LOC_i，r_i∈R_i，fac_i∈FAC_i}（5）

其中LOC_i為地理位置集合，R_i為備選房源數量，FAC_i為房源配套設施。

2.2.4租賃交易

租客U_i通過請求房源資源ru_i，將消息發送給最近的智能中介節點，該節點通過租客提供的請求房源地理位置loc_i、房源配套設施要求fac_i與本地房源資源信息hu_j進行白適應尋租與匹配。其中備選房源數量為r_i，經過匹配后節點將滿足要求的待租賃房源信息hu_ij返回給租客。租客接收到智能中介匹配的房屋資源后進行篩選，并將篩選完成的信息返回給智能中介，智能中介將租客的請求發送給房東：

（1）當租客篩選后預留下大于1個房源信息吋，此時智能中介需要將租客請求發送給多個房東，房東根據提供的房源價格區間設置房源租價，并將消息通過智能中介返回給租客，租客根據多個房東提供的租價，結合備選房源信息，確定租賃并更新租賃房源信息hu_ij。

（2）當多個租客選擇同一房源吋，通過智能中介將租客請求發送給房東，房東制定房源起拍價，再通過智能中介反饋給租客，此時多個租客可通過競拍方式爭取交易達成，競拍最高價格不能超過房源價格區間的最高價。

2.2業務流程

由于區塊鏈使用分布式數據庫，所以以地區為單位分配智能中介節點，租客與房東之間的交易通過就近原則實現，通過最近的智能中介節點完成房屋租賃雙方交易。

2.2.5交易上鏈

智能中介將完成的交易首先存儲在本地數據庫中，并對這些交易記錄進行加密與數字簽名，以保證交易的真實性及準確性。智能中介按照一定的時間間隔將交易記錄保存到區塊中，每一個塊包含前一個區塊的加密hash值。

2.2.6共識過程

交易記錄保存到區塊之前需要對交易進行驗證，完成交易驗證的過程就是達成共識的過程。委托權益證明算法（Delegated ProofofStake簡稱DPOS）是共識算法的一種，通過選舉部分節點為代表產生與驗證區塊，其在少數群體勾結的情況下以及任何自然網絡中都是安全的。DPOS可以在大多數生產者失敗的情況下繼續工作。本文對DPOS共識算法進行改進，將所有智能中介作為評審委員會成員，從智能中介中選舉部分節點作為共識節點，并利用這些共識節點對產生的區塊進行驗證。

3房源自適應尋租與匹配策略

以一個隨機選取的房源資源請求為例進行闡述。首先從租客請求資源的集合RU中選取一個房源資源請求ru，相應區域的智能中介根據租客提供的租房需求，對交通地理位置和房源設施等級進行計算。利用該區域的房源坐標與租客期望的租房地址坐標，生成坐標距離矩陣，并根據距離設置不同權重得到兩點間的距離。對房源設施與距離設置不同權重，得到最終的匹配度列表，并進行降序排序。根據租客的備選房源數量要求n，取前n個房源，并將對應的房源信息發送給租客。以下算法給出了房源自適應匹配與尋租的更多細節。

首先輸入各參數變量，loc為租客期望的地理位置地址坐標，，為租客備選房源數量，fac為租客對房源配套設施的需求，hu_ij為房源信息，HU為某區域的房源地址集合，λ為目標距離權值，μ為距離匹配度占總匹配度的權值，η為配套設施匹配度占總匹配度的權值。

首先對輸入參數進行初始化，huij、loc、facr、HU、MT均為空，λ、μ、η為常量，其中Uh表示所有區域的房源集合，HUn表示11區域所有房源。區域標識K按照各地區情況具體制定，不同地區房源數量不同，MT為房源匹配度列表。

當租客不提供期望地理位置地址坐標與房源配套設施需求時，不匹配房源給租客。

當租客只提供期望地理位置地址坐標，不提供房源配套設施需求時，在進行匹配度計算時只針對距離匹配度進行計算，根據經緯度坐標求出兩點之間的距離LOC。按照權值比重計算方式，求出所有符合要求的房源匹配值，此時只根據房源位置進行匹配值計算。對房源匹配值進行降序排序得到MT_sec，按照租客的備選房源數量n=r，取前r個最高的匹配值。

當租客提供期望地理位置地址坐標和房源配套設施需求時，按照房源坐標和房源設施權值比重求出所有符合要求的房源匹配值。對房源匹配值進行降序排序得到MT_sec，按照租客的備選房源數量n=r，取前r個最高的匹配值。

最后輸出r個備選房源信息，供租客選擇。

4實驗結果及分析

4.1參數說明

為了驗證區塊鏈技術在基于區塊鏈的房屋租賃資源調度分配上的適用性，本文設計以下實驗方案。使用Java腳本構建相應模型和策略，調用谷歌地圖，并對實驗結果進行分析與說明。對模型作以下幾點假設和說明：

（1）房屋基礎設施等級設置如表2所示，目標距離矩陣參數權重如表3所示，房源匹配度影響因素權重如表4所示。

（2）為了突出研究對象的典型性，以上海地區為例進行實驗。智能中介以上海各區域為維度，每個區分配一個智能中介，對應區域的房源尋租與匹配由該區域中介負責。從上海市兩個區域的租房需求著手，其中一個為市中心的靜安區，另一個為相對偏遠的寶山區。本文從Uber上分別獲取寶山區與靜安區100個在租房源信息，并隨機在兩個地區選取5個租房需求。

（3）所有節點均在分布式網絡中，并按照本文提出的規則和策略完成房屋租賃資源供需之間的尋租、匹配與交易。

4.2實驗結果及分析

將實驗中的所有租房需求及房源在區塊鏈技術作用下進行自適應匹配與尋租，將所有租房需求及匹配結果顯示在谷歌地圖上，以驗證區塊鏈技術對房屋租賃分配的可行性和適用性。由于獲取的是最高坐標層級，所以本文只以某幾個租房需求點為例進行說明。圖4為上海市寶山區房屋租賃資源請求與分配的部分結果坐標圖，圖5為上海市靜安區房屋租賃資源請求和分配的部分結果坐標圖。其中五角星為租房需求點，坐標點為滿足要求的備選房源中匹配度最高的房源地點。所有租房需求分配匹配度如表5、表6所示。

從實驗結果可以看出，所有租房需求都能夠通過區塊鏈技術實現自適應匹配與尋租，充分說明區塊鏈技術通過分布式的智能中介節點，能夠讓分散的租房請求與房屋資源之間自動完成尋租與匹配，使房屋資源調度僅與租房需求相關，而與房屋資源中介掌握的房源信息無關，從而避免了傳統中介中的交易信息不對稱問題，既節省了房東的時間和精力，又保證了租客的租房權益，并解決了房屋租賃雙方的信用問題，這與傳統模式下的房屋租賃調度和管理有著本質區別。中介的房源價格制定由智能中介直接給出價格區間，且租賃雙方可以商定價格，免除了中介手續費，同時租客也不用擔心中介從中獲取暴利而損害了自身利益。

5結語

本系統實現了區塊鏈技術與房屋租賃系統的結合，針對現有房屋租賃平臺中存在的關鍵問題，提出基于區塊鏈的房屋租賃分配系統。研究結果表明，基于區塊鏈的房屋租賃分配系統能夠為租客提供自適應性的房源尋租與匹配策略，同時能夠保障交易信息的公開性、防篡改性及用戶信息的隱私性，保證了房屋租賃雙方的利益。然而，該系統仍存在不足之處：①本文提出的改進DPOS算法效率有待提高;②本文設計的實驗環境較為理想，房屋租賃分配策略只考慮了交通與房源配套設施，且交通方面未考慮實際道路分布，僅考慮了兩點間的直線距離，對房源配套設施的考慮也不夠全面等。因此，在未來研究中需設計更符合用戶實際需求的房屋租賃分配策略以解決上述問題。