2009年1月3日，比特币诞生，宣告了区块链技术在支付领域的首次成功应用。区块链采用分布架构、共识算法、非对称加密、P2P网络等多种技术整合，在工程学意义上实现了创新突破。
短短几年时间，区块链技术吸引了大批创投资金进入，目前已在金融、法律、税务、物联网、电子商务等领域开始概念性验证或应用实践，相关监管机构也在第一时间对其加以关注研究。
资本市场作为资金与资产交易流转的平台，在技术层面，对于系统的安全、稳定、高效，具有天然的高标准严要求;在业务层面，对于业务运营、风险管理以及合规监管具有天然的中心管理要求。
当前，全球资本市场基础设施大都已经过了长期高投入的建设维护和实践检验，是否需要以及如何实现区块链的技术迁移?分布式账本与现有集中管理模式是否存在根本的对立矛盾，或是首次实现低成本直接介入监管的技术支持?针对中国资本市场基础设施特点与发展现状，积极关注、深入思考是我们每一个从业者的职责所在。
一、区块链技术的特点及面临问题
区块链技术应用分布式共识算法，通过点对点通信技术，综合各类加密验证算法，实现参与节点间直接交互，数据在各节点同步存储，从而实现整个系统能够容忍个别节点差错，在不完全可信的环境下协作运转，以及数据存储的安全与可追溯性。
区块链技术作为底层的综合技术组合，根据业务模式的需求，可以通过公有链、联盟链和私有链的方式实现“技术上无中心，业务上无中心”、“技术上无中心，业务上有中心”等模式。
(一)区块链技术的特点
1.分布式架构
严格意义上，区块链技术出现之前的系统架构既包含了集中管理的中心，也包含了分布式的节点，只是在整个架构中以集中为主，分布为辅。区块链技术则是更强调整个架构中以分布为主，从而规避集中管理方式下个别节点的差错或恶意破坏，实现高度抗干扰能力。因此，将区块链定义为绝对的“去中心”是不准确的，“去中心”只是对目前比特币应用公有链实现方式的总结。分布式架构可以根据业务模式的不同，支持整个系统内存在一个或多个中心功能节点。
2.共识机制
区块链通过应用共识算法，保证全系统各节点拥有相同的数据记录，即使各节点分别对数据进行操作也不会产生冲突，仍能保持数据一致。内容共识支持了系统的高容错性、数据可用性。目前常见的共识算法包括PoW(工作量证明)、PBFT(拜占庭容错)、PoS(权益证明)、DPoS(委托权益证明)等，且各种共识算法仍然在根据业务的需要不断发展变形。
3.智能合约
智能合约并非区块链技术的基本特点，但在资本市场应用中，通过智能合约来实现复杂交易已是当下必然。智能合约具有透明可信、自动执行、强制履约的特点。在区块链上运行的智能合约，就是一段计算机执行程序，与运行在服务器上的程序并无本质区别，只是可信度更高。用户只要接入区块链就可以看到编译后的智能合约，可以对代码进行检查审计;同时，在区块链上的数据无法删除、修改，只能新增。数据源与程序的公开透明不可更改，共同构建了整个系统的高可信。
4.动态协作处理
区块链改变了传统的依赖中心节点处理数据的方式，根据公有链、联盟链、私有链的不同，选择随机指定、投票选举、指定等方式产生一个处理节点并由其负责统一进行数据处理，实现了处理节点的动态调整。即区块链改变了集中管理架构下仅由中心节点负责整个系统数据的处理方式，而是根据业务模式的需要，既可以动态选择处理节点，也可以指定功能中心节点，各参与节点的职责功能通过共识机制进行明确定义。既提高整个系统的高可用性，增强系统的协作信任，又实现在技术上无中心，在业务上可以选择是否有中心。
5.同步数据存储
区块链各节点同步数据存储，保存完整的数据备份或其摘要，提高了数据可用性。
6.加密验证算法
区块链应用非对称加密、哈希等算法实现了对数据记录顺序以及数据拥有者、数据处理者身份的确认，提高了数据安全性。
另外，当涉及到资本市场的操作时，区块链领域最大的应用趋势之一就是在业务中满足对隐私和私密性的需求，这意味着区块链解决方案要以这个基本需求为出发点。目前从公开资料中能够查阅到关于隐私和私密性的密码学解决方案，有零知识证明、环签名和同态加密等技术。
7.点对点通信
在集中管理架构中心转接的通信模式下，点对点不直接交互，由中心节点进行交易信息转发。而区块链中的节点通过点对点的通信协议进行交互，在保证通信协议一致的情况下，不同节点可由不同开发者使用相同或不同的编程语言，基于不同的架构，实现不同版本的全节点来处理交易。由此构成的软件异构环境能够确保在某个版本软件出现问题的情况下，区块链的整体网络不会受到影响。
综上，相对集中管理架构，区块链通过整合分布式架构、共识机制、加密算法、点对点通信等底层技术，减少了整个系统的中间环节，提高了运转效率，提升了系统的可用性、容错能力以及数据的高可用性和可追溯性。
(二)区块链技术面临的问题
1.性能问题
区块链技术在带来上述优势特点的同时，也带来低吞吐、高延迟的性能问题。在公有链上，以比特币为例，每秒7笔的处理能力相对现有集中管理系统差距巨大。
2.容量问题
因为每个节点均同步存储数据，对于节点的存储有较高要求，目前比特币的完整记录近90GB，且在不断增加。
3.隐私问题
数据的透明可信，以及数据处理的动态协作使得在比特币区块链上的数据对每个节点公开。对于资本市场的业务环节，如果节点校验无需涉及数据的业务内容，则可以通过传统的数据加密手段解决隐私问题;但如果节点校验过程要求理解数据的业务内容，此时如何保护隐私是一个具有挑战的技术问题。
4.运行管理问题
区块链应对版本升级、应急回退、异常差错等特殊状态的管理需要同步考虑。
5.业务制度、法律法规及监管适用性问题
随着大量研发和实践工作的推进，上述技术层面的问题正在被不断解决突破，而区块链作为底层技术面临的真正问题可能来自于业务制度和法律法规上的调整适应。只有当业务制度、法律法规以及监管适用上的问题得到解决，区块链技术才能成为颠覆性的底层技术。
二、区块链技术在资本市场基础设施的应用分析
(一)资本市场应用场景分析
与区块链起源的虚拟货币相比，资本市场中的资金与资产的交易流转更加复杂，以下从注册登记、交易、结算、监管等场景进行分析。
1.注册登记
资本市场的注册登记，包括股票、债券的发行，以及期货仓单等大宗资产和各类权益资产的登记。可以将注册登记简单分为定价、确权、登记三个核心步骤，相应地，如果探讨通过区块链技术实现，按照由易到难可以分成三种渐进模式，即登记、“确权+登记”以及“定价+确权+登记”。
利用业务模式简单、风险可控的单一注册登记上链试点可为深入应用积累经验。
2.交易
在场内交易环节，设计高效的订单撮合系统是关键。一方面，为提升订单撮合效率，需要获取足够多的订单，相对于中心化订单处理系统而言，分布式架构很难比中心化系统的效率更高。另一方面，区块链具有不可篡改的特征，而在实际交易过程中会频繁出现取消/修改的行为。因此，在场内交易中区块链并不适合。
但对于场外市场的双向交易场景，不是订单撮合，取消/修改的订单相对较少，是区块链较有潜力的应用场景。
3.清算和交收(交易后处理)
通过区块链实现清算和交收，按照由易到难，有三种系统架构：与现有的支付清算基础设施对接;在区块链上完成清算和代币支付，线下兑换法币;在区块链上直接采用数字货币完成清算支付。
在实现模式上，场内交易可以通过智能合约实现净额清算;针对笔数少、数额大的场外交易则可以采用实时逐笔总额结算(DVP)的方式。以当前的区块链技术现状衡量，可以探索应用于小规模的场外交易后处理业务场景。
4.监管
虽然区块链是以分布式架构为基础，但在资本市场的应用中，监管的中心节点将是必不可少的重要环节。这些中心节点包括司法、监管、交易所、登记结算机构，以及中立第三方等。如何通过智能合约设计，妥善处理中心节点与其他节点的关系将是决定区块链能否作为底层技术大规模应用于资本市场的关键。
5.国际业务
在区块链资本市场应用领域，不论从业务、技术还是监管层面，当前我国与世界先进国家均处在较为接近的起步发展阶段，积极持续的探索将有利于我们继续保持同步发展，适时进行国际业务对接，在资本市场国际化进程中增强对走入国门的监管，提升走出国门的自信和能力。
综上，将区块链运用于场外业务、交易后处理业务将会使得现有的工作更加高效安全稳定;运用于国际业务将有利于提高全球业务竞争力和国际化监管能力;合理合规设计节点功能以及与其他节点关系是区块链得到大规模应用的关键。
(二)区块链部分关键技术瓶颈的解决思路
结合上文提到的性能、数据隐私和运行管理等问题，当评估区块链在资本市场的应用时，毫无疑问要考虑如何规避或解决这些关键问题。
1.性能
目前集中管理架构下资本市场的吞吐量通常在几万笔/秒，而区块链的吞吐量，公有链为几笔至几百笔/秒，联盟链/私有链为几千至约10万笔/秒。
影响区块链吞吐量的因素主要包括每个区块产生的时间、共识算法的速度、节点的数量、节点的地理分布距离，以及资本市场业务应用中智能合约的执行速度等。
每个区块产生的时间通常可以通过提高节点处理能力得到提高，但大量分布式节点的性能提升会存在一定困难;联盟链和私有链构建在可信网络基础上，相对可以使用更加快速的共识算法。但如果共识算法足够快，网络的延迟将会成为不可忽略的因素;节点的地理分布集中有助于提升吞吐量，但将牺牲系统的高可用性;如何提升智能合约的执行效率也是必须考虑的问题。系统的构建者必须在吞吐量和可用性之间做出平衡。
因此，从区块链的吞吐性能考虑，当前区块链应用于场外市场和交易后处理的性能是足够的，应用于毫秒、微秒级别的实时交易处理暂时没有必要也无法达到。
2.数据隐私
相对于比特币，区块链在资本市场应用中，必须通过联盟链/私有链方式来限制节点准入、确保实名制并防范洗钱风险，以此加强账本的不可篡改性。在资本市场联盟链/私有链的构建过程中，需要综合考虑共识算法效率与吞吐量的平衡，以及金融机构作为节点是否全部参与验证与运营效率的平衡等。
此外，在上述我们推定的资本市场应用场景中，不论是场外交易还是交易后处理，参与各方均倾向于数据仅能够被相关方获取。因此，全数据的访问权限需要一个可信的第三方机构承担，对于不同节点赋予不同的数据访问权限。
3.运行管理
相对于现有集中管理架构，区块链系统中部分节点的失效并不会对基础设施运行造成障碍，只要保证足够数量的验证节点继续工作且这些验证节点分布在多个金融机构。如果一个节点因系统故障导致数据丢失，故障节点可以从其他节点实时同步恢复数据。同时，考虑验证节点的地理分布可以解决目前集中架构下的同城异地灾备问题。与比特币不需要管理节点相比，作为金融基础设施的区块链更倾向于需要一个管理节点。为了提升区块链的高可靠性，需要平衡这类节点的作用和功能。
在实际应用中，监管机构、交易所、登记结算机构都可以作为可信的第三方节点承担中心管理的职责。这也是首次实现监管机构可以低成本直接介入监管的技术支持，确保监管机构可以在链上与其他市场参与方一起，同步获取各类交易信息。
综上，以上分析更多地是基于现有技术状态下考虑如何在应用层面规避或解决这些问题，也是换个角度探讨区块链技术在资本市场应用中的实践路径和关键环节。即，优先选择可以规避现有技术瓶颈的场景应用试点，重点在于对功能节点的设计平衡。同时我们注意到目前各类区块链平台也在致力于从技术层面进行研发改进，包括智能合约的不断完善，状态通道(State Channel)及其闪电网络(Lighting Network)实现等扩展功能的推出等，需要我们持续关注研究。
三、总结
区块链技术因其不可篡改性、高协作性、高可用性等特征，在资本市场的应用中具有较大的发展潜力，但技术仍处于发展早期，目前除了比特币作为公有链具有大规模的成功应用外，联盟链和私有链的应用仍然处在不断探索中。
从国内外开展的概念验证中，我们可以推断，在短期内，区块链会在场外市场、交易后处理、国际业务以及非核心的边缘性业务逐步试点破冰，在此期间重点需要解决智能合约的执行、数据隐私控制等问题。在中长期应用中，除了吞吐量和存储容量等技术问题外，更具挑战的其实是制度流程以及法律合规方面的变革。只有解决了这些问题，才能真正实现区块链作为底层技术颠覆性创新的作用。
原文作者：冯轶 特别申明：区块链行业ICO项目鱼龙混杂，投资风险极高；各种数字货币真假难辨，需用户谨慎投资。blockvalue.com只负责分享信息，不构成任何投资建议，用户一切投资行为与本站无关。
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