1、区块链技术在期货交易所业务创新中的应用汪琛德 李 卓 王 楠摘 要：本文研究区块链技术在期货交易所业务创新中的应用。首先基于区块链原理分析其在金融市场上的应用场景及优势；其次，结合期货市场实际提出数字期货合约的构想，并基于该构想初步探讨区块链技术在交易、结算、交割、风险控制、市场监管以及对外开放等交易所重要业务上的创新应用；最后分析了期货市场运用区块链技术存在的问题及可能的解决方案。建议期货交易所开展区块链相关技术研究。关键词：区块链 数字期货 去中心化 去信任一、引言自 2008 年第一个区块链（Blockchain）技术的应用比特币（Bitcoin）诞生以来，这项基于 P2P 网络协议的分
2、布式账本技术引起金融界的高度重视。区块链技术的“去中心化”和“去信用”等特征会为金融业带来深刻变革，打破传统金融业务模式，因此国内外交易所、相关金融机构以及科技公司在区块链领域积极开展研究与部署。美国证监会批准在线零售商 Overstock 通过区块链技术公开发行股票，并交易加密代币（Token） ；澳大利亚证券交易所正在搭建自己的区块链平台以取代其 Chess 结算系统，并将于 2018 年 3 月底出台具体实施方案；纳斯达克建立了基于区块链技术的私人股权交易平台 Linq，并完成和记录私人证券交易。我国交易所区块链研究主要集中在基础设施，上海保险交易所于 2017 年 9 月发布区块链底层
3、技术平台，使用Golang 加密算法，支持数字保单存证每秒 5 万笔保单指纹等数据的上链和高并发处理；上海票据交易所 2018 年 1 月上线数字票据交易平台，工商银行等四家银行在其平台完成了基于区块链技术的数字票据签发、承兑、贴现和转贴现等业务。我国期货市场作为资本市场重要组成部分，一直以来坚持与信息科技深度融合，交易、结算等系统从电子化起步，并不断升级完善。然而，我国期货市场高并发、高吞吐的特点对区块链技术的性能、架构提出更高要求，各项业务涉及期货市场、现货市场、商业银行、保险公司等多层次市场主体，对区块链系统设计与应用提出新要求。此外，期货市场在参与“一带一路”建设时，区块链技术能够更好
4、发挥其优势作用，促进期货市场对外开放。面对区块链这一科技创新，本文认为它的特征和优势能够为期货市场带来深刻变革，期货市场参与各方应积极理解并利用好区块链技术。本文接下来将介绍区块链技术的定义、发展以及原理，从区块链技术的特征与优势分析其在期货市场的发展与应用，最后总结区块链技术在期货市场的应用创新以及其中亟待深入研究的问题，并提出可能的解决方案。二、区块链技术介绍（一）区块链技术定义与发展区块链是节点参与的分布式数据库系统 i，系统中的任意多个节点，把一段时间间隔内的全部信息流，通过非对称加密算法计算并记录到一个数据块，然后生成该数据块的数字签名 ii用于下一个数据块的链接和校验，该系统所有参
5、与节点共同认定此次数据块记录是否为真。2008 年，中本聪在其论文比特币：一种点对点电子现金系统中首次提出区块链概念 1，并描述了整个系统的基本原理，它的贡献在于通过分布式节点的验证和共识算法机制解决了数字加密货币中的双重支付问题和拜占庭将军问题 2，因此可把比特币看成区块链技术在金融支付领域的首个应用。目前，区块链技术开始深入到物联网、医疗健康、专利版权等领域，在金融领域的应用也不再局限于比特币等数字货币，而是向银行、证券期货、保险等领域基础架构、基本业务延伸拓展 3。目前，区块链技术的研究主要集中在安全、效率、资源和博弈四个方面 4，特别是安全问题。首先，基于工作量证明（PoW）的共识算法
6、主要问题是 51%攻击问题，威胁整个系统的安全性 5；而基于权益证明（ PoS）的共识算法虽然一定程度上解决了上述问题，却引入了区块分叉问题；基于实用拜占庭容错算法（PBFT）可以处理大量事件，但是效率、吞吐量受到限制 6。因此，共识算法设计是区块链技术得以应用的关键问题。数据隐私保护也是区块链技术的难题，Kosba 等人提出了针对加密和隐私保护的智能合约区块链模型 7，该模型则从加密算法和合约协议对区块链底层进行了改动。合约层面进行隐私保护仍然存在反匿名身份甄别的风险，从数据层或者网络层实现隐私保护依然是研究方向。（二）区块链技术原理区块链是由不同的区块通过哈希值链接构成，每一个区块包含上一
7、区块的哈希值，而下一个区块又包含本区块的哈希值，如此链接下去，形成区块的链状结构。图 1 是由三个区块组成的一段区块链片段，中间区块的区块头包含了左侧区块的哈希值（虚下划线所示） ，表明左侧区块是中间区块的父区块，右侧区块的区块头包含了中间区块的哈希值（实下划线所示） ，表明中间区块是右侧区块的父区块，这种方式表达区块形成的先后次序，一直链接下去，最终形成链状结构。区块高度 277315头部哈希值：0000000000000002a7bbd25a417c0374cc55261021e8a9ca74442b01284f0569交易父区块头部哈希值：00000000000000027e7ba6fe
8、7bad39faf3b5a83daed765f05f7d1b71a1632249时间戳: 2013-12-27 22:57:18难度: 1180923195.26随机数: 4215469401merkle 根 : 5e049f4030e0ab2debb92378f53c0a6e09548aea083f3ab25e1d94ea1155e29d区块高度 277316头部哈希值：0000000000000001b6b9a13b095e96db41c4a928b97ef2d944a9b31b2cc7bdc4交易父区块头部哈希值：0000000000000002a7bbd25a417c0374cc552
9、61021e8a9ca74442b01284f0569时间戳: 2013-12-27 23:11:54难度: 1180923195.26随机数: 924591752merkle 根 : c91c008c26e50763e9f548bb8b2fc323735f73577effbc55502c51eb4cc7cf2e头部区块高度 277314头部哈希值：00000000000000027e7ba6fe7bad39faf3b5a83daed765f05f7d1b71a1632249交易父区块头部哈希值：00000000000000038388d97cc6f2c1dfe116c5e879330232f
10、3bff1c645920bdf时间戳: 2013-12-27 22:55: 40难度: 1180923195.26随机数: 3797028665merkle 根 : 02327049330a25d4d17e53e79f478cbb79c53a509679b1d8a1505c5697afb326图 1 区块链中的一段为了解区块链技术的基本工作原理，下面介绍区块链（基于比特币）的核心单元区块。数据通过称为区块的文件，永久记录在数字货币网络上。新区块会被添加到记录（区块链）的末端，由于这种添加所有节点几乎同步进行，一旦添加就很难修改或移除。区块主要由区块头和交易详情组成，基本结构见表 1。表 1 区
11、块的基本结构大小 字段 描述4 字节 神奇数 等于 0xD9B4BEF94 字节 区块大小 用字节表示的该字段之后的区块大小80 字节 区块头 组成区块头的几个字段1-9（可变整数） 交易计数器 交易的数量可变的 交易详情 记录在区块里的交易信息三、区块链的优势与期货市场的业务（一）区块链技术的特征与优势结合区块链的定义、原理，区块链技术具有以下基本特征 8：去中心化、去信任、集体维护和可靠数据库。由上述四个特征会引申出另外两个特征：开源、匿名性。区块链技术对金融市场来说具有重大意义，主要体现在以下几个方面：第一，区块链技术能够降低金融机构的运营成本。在使用区块链技术的系统中，达成交易的同时也
12、在进行结算和审计活动，且无须建设中央交易结算系统，这对优化金融机构基础架构、提高金融机构运行效率、增强金融机构竞争力具有重要意义。第二，区块链技术能够降低信任风险。在区块链系统里，每个数据节点都可以验证区块链中的交易内容和历史记录的真实性和完整性，确保交易历史可靠、不被篡改，提高系统的可追责性，降低信任风险。第三，区块链技术是实现共享经济的有力支撑工具。共享经济的优势是通过减少信息的不对称性以实现金融等资源的优化配置。通过使用区块链技术，金融信息和价值的流动将更高效、成本将更低。应当指出的是，金融市场应用区块链技术仍有许多技术和应用难题需要克服，主要体现在：1.区块链技术公开透明只存在于区块链
13、中并具有一定的匿名性，监管方面存在一定困难，如接入、管理、权限等；2.随着未来区块链系统处理的交易数量大幅增长，可能会导致系统效率下降。为克服上述困难，不少国际大型金融机构、交易所以及科技公司投入巨资打造区块链技术实验室以期完善区块链技术。（二）期货市场的主要业务期货市场发轫于 19 世纪美国，是商品现货交易发展到一定阶段的自然产物。我国期货市场起步于 20 世纪 80 年代末，经过近 30 年的历程实现了从无到有、从小到大、从无序到有序的发展。目前，我国共有 3 家商品期货交易所和 1 家金融期货交易所，已上市期货、期权品种 55 个，包括 48 个商品期货，2 个商品期权以及 5 个金融期
14、货。期货市场的参与主体包括期货监管体系、期货交易所、期货公司以及期货交易者，其中期货交易所是买卖期货合约的场所，是期货市场的基础。因此，期货交易所提供期货市场所必需的主要业务，主要包括合约设计、交易、结算、交割以及风险控制、市场监管等业务。期货交易的基本特征包括合约标准化、交易集中化、双向交易和对冲机制、保证金制度以及每日无负债结算。我们重点结合期货交易特征分析与区块链技术的契合度。第一，合约标准化。标准化合约是期货、现货市场转换的纽带，它规范的结构适合将其进行编码转换，与区块链中区块的字段之间能够无缝契合。第二，交易集中化。目前，交易者需要接入交易所的交易平台在交易日进行电子化交易，交易所需
15、要建立主系统、备份系统等基础设施，区块链技术能够盘活备份系统利用效率，提高多交易节点负载均衡水平。第三，无负债结算。目前，交易所每日交易结束后结算所有合约盈亏、交易保证金等，区块链技术能够实现区块时间间隔内实时结算，可以实时对交易者盈亏、保证金进行监管，提供风险控制能力。可以看到，期货市场的主要业务同区块链技术具有一定契合度，特别是十九大以来推动金融市场对外开放，可以考虑采用区块链技术实现对现有业务的升级改造。四、区块链技术在期货市场中的应用创新区块链技术的“去中心化”和“去信用”等特征必将为金融业带来深刻变革，期货市场参与各方应抓住机遇，利用区块链技术提高自身核心竞争力。本节就区块链技术在期
16、货市场中主要的应用创新做初步探讨。（一）数字期货合约构想信息技术的进步使期货交易从人工交易发展到电子交易，但电子交易只是人工交易在网络世界的虚拟化，需要中心化的服务器记录各种交易相关数据。期货交易所可以运用区块链技术建设交易系统，并在该系统上开发、发行数字期货合约 iii，系统中每一手期货合约均基于时间戳编号，对数字期货合约的交易通过编程的方式进行控制，每一手期货合约的交易、交割、结算等信息均记录在区块里，并通过时间戳完整反映每一手合约从上市、交易到退市的全过程。（二）交易、结算中的应用区块链技术在交易、结算业务中的应用主要体现在区块链技术可以大幅减少交易、结算基础设施建设成本，同时，区块技术
17、还可以减少交易、结算成本，提高交易效率。主要表现为：1.区块链技术可以大幅减少交易系统的建设成本。期货交易所现有的交易系统是典型的中心化模式，不仅集中进行数据存储，还需要第三方的信用认证和资源交互。建立基于区块链技术的去中心化交易系统后，合约买卖双方可进行点对点交易，期货交易所、各期货公司都是其中的节点，交易所只需建立交易规则，并将规则以代码的形式嵌入到区块中以进行代码级匹配。买卖双方节点将自己要买卖的数字期货合约根据自身需求和交易规则等进行编程后向交易网络发布，待买卖双方的代码通过匹配规则达成买卖共识并经确认后，完成合约的交易过程。由于无须建设庞大的中心化交易系统，节省了大量建设和维护成本。
18、2.基于区块链技术的交易系统能够降低交易、结算的成本和复杂性，提高交易效率。在基于区块链技术的交易系统中，交易被确认的同时进行结算、审计活动，并将交易、结算和审计结果等数据向系统网络实时广播。与中心化交易结算系统相比，提高了交易效率。（三）交割业务中的应用交割业务涉及期货仓单的注册、注销与转换，是期现货价格收敛的重要环节，区块链技术将为仓单服务提供底层技术支持。基于智能合约的区块链技术将期货交易所、交割仓库、检验部门、银行以及期货公司紧密联系起来，可以提高流程运转效率，缩短资金流转周期，实时监控仓单流程。仓单服务可以更好满足产业客户需求，降低交割风险，促进期现货市场联动，区块链技术能够有效地提
19、升仓单服务效率和质量，服务好市场参与各方，提供透明、高效的市场环境。（四）风险控制中的应用期货交易所、期货公司应用区块链技术可以有效防范市场风险，具体表现为：1.在防范道德风险方面，由于区块链具有不可篡改的时间戳和全网公开特性，交易一旦达成，将不存在纠纷现象。2.在预防技术风险方面，目前交易系统是中心化运行，一旦中心服务器出现问题，则会造成灾难性的后果，而基于区块链技术的交易系统具有分布式系统的高容错性和去中心化等特点，系统操作产生的风险几乎为零。3.在市场风险方面，基于区块链的记账功能可实时结算交易双方盈亏情况和其他资金变动情况，实现对市场风险的实时控制。4.在信用风险方面，借助区块链的数据
20、记录可实现对所有参与主体信用的搜集和评估，并能够实时控制。（五）市场监管中的应用区块链技术将颠覆现有监管模式，进一步规范市场秩序，降低监管成本。随着期货交易复杂性、高频化的不断提升，要达到监管有效性，让信息和数据的透明度更高，需要更强的技术投入和更大的资金投入。然而即便期货交易所不断升级监察系统，也无法克服现有监管技术和方法的局限性与交易方式复杂性之间的矛盾。而基于区块链技术的交易系统一旦成熟且全面应用，信息和数据的公开会更彻底，监管的精准性将大为提高，整个市场对监管的需求会大幅下降，用于监管的成本也会大幅降低。（六）对外开放中的应用区块链技术能够为跨国、跨地区合作提供技术保障。期货市场推动对
21、外开放，积极参与“一带一路”建设，需要对目标国家的物产、税务、法律、文化和相关企业实际信用情况有深入的了解。期货交易所通过区块链技术构建高安全性、可互相监察验证和公开透明的信用平台增强投资者之间的互信基础。此外，利用区块链技术共同建设统一交易结算平台可为“一带一路”沿线国家提供优质高效的跨境大宗商品结算服务，加强不同国家、地区市场间的联系。五、应用创新中的问题及解决方案目前，区块链技术在期货交易领域的应用仍然存在一些需要解决的技术和商业问题，比如高功耗、数据存储容量、系统抗压能力、用户隐私保护以及外部应用环境等问题，期货市场参与各方若应用区块链技术，需要投入一定的研发力量克服这些问题。（一）高功耗问题经济学中的“不可能三角（Impossible trinity） ”问题在基于区块链技术构建的数字期货体系中同样存在，即不可能同时满足去中心化、低功耗和高度安全这三个要求。例如比特币“挖矿”过程中的主要成本来自计算机硬件成本和由之带来的电力消耗。构建合适的共识机制算法和专用主干通信网络能够实
