区块链技术驱动航空金融创新发展研究*

王宏坤

航空经济是能够吸引航空运输业、高端制造业和现代服务业，辐射和衍生航空服务保障、材料、电子、金融贸易、中介服务行业等，在一定空间内集聚发展而形成的一种新的经济形态。机场是航空经济中最重要的节点，它促使生产、技术、资本、贸易、人员等各种资源在航空港区域聚集，带动相关产业集群快速发展。郑州航空港经济综合实验区通过机场发展航空金融，直接对接国际市场，实现人流、物流、商流、信息流的即时流动和获取，融入全球产业分工体系，已形成了智能终端、精密机械、生物医药、电子商务、航空物流、航空制造维修、电子信息、现代服务等八大产业集群。然而，在实践中，作为航空经济血液和重要支撑的航空金融，其发展遇到了人工参与多、流程复杂、安全性差、价值传输难和信任机制缺失等痛点。区块链技术的出现为航空金融中价值传输的信任和安全问题解决找到了途径，让全世界看到了颠覆性金融创新的可能性。本文重点结合区块链主要技术特点以及航空产业特殊情况，研究区块链主要技术在航空金融领域的应用，重点对区块链技术在航空支付和结算、供应链金融、跨境贸易等场景方面的应用进行研究，以驱动航空金融创新发展。

一、航空金融的主要痛点

航空金融是与航空产业链相关主的体资金的融通、货币流通和信用等活动的总称，包括航空物流金融、航空租赁金融、供应链金融、离岸金融等，存在航空金融操作程序复杂、数据密集、安全性差等痛点。

1.航空金融费用高

航空金融操作中涉及很多手工操作，对账、清算、结算成本较高，用户端和金融机构中后台业务端等支付业务费用高昂。目前传统的信用卡或借记卡的每笔交易商家要支付3%的手续费。例如，美国支付公司Stripe，其常规收费方式是向商家收取30美分的固定费用外加交易额的2.9%作为手续费。特别是在资产管理领域，股权、债券、票据、收益凭证、仓单等资产由不同的中介机构托管，提高了资产的交易成本。不同金融机构间的基础设施架构、业务流程各不相同，各国外汇差也有很大差异，价值链上收取多次手续费，极大地增加了业务成本。

2.航空金融流程复杂

由于航空金融涉及旅客、政府机构、航空公司、物流公司、维修企业、机场公司、租车公司、酒店、贸易公司、加工企业、物资采购与供应、金融机构等多个主体，流程异常复杂。例如，通过银行或转账机构（MTO）向他人汇出一定数量的金额，汇款人的汇款请求通过地方汇款银行清算网络，传送到代理银行那里，代理银行进行验证。此时，如果代理银行没有足够的流动资金去满足汇款人的汇款请求或者代理银行未能验证该笔交易，则汇款请求可能失败。如果汇款请求通过验证，那么该请求会由另一个地方清算网络发送至收款人的银行或其当地的MTO，收款人的银行或者当地的MTO会再次验证各方的身份及地址。最终，此次汇款所涉及的所有机构都需要留存其拥有的相关人员监管的文件。这样复杂的流程，造成速度缓慢、效率低，一般跨国转账需要经历3—10个工作日，沟通、协调十分困难。

3.航空金融安全性差

航空金融整个链条运行过程中产生的各类信息被离散地保存在各个环节各自的系统内，形成信息孤岛，信息流缺乏透明度。这会带来如下严重的问题：一是因为信息不透明、不流畅导致链条上的各参与主体难以准确了解相关事项的状况及存在的问题，从而影响金融的效率；二是当金融各主体间出现纠纷时，举证和追责均耗时费力，甚至在有些情况下变得不可行；三是企业在全球化进程中，在越来越大的范围内拓展市场，造成了物流环节出现区域多、时间跨度长的特征，信息流、资金流、商流、物流的相互融合越来越难。差错率增大，使得航空金融出现交易时滞、效率瓶颈，产生交互和协作困难，欺诈和操作风险以及违规、违约、信息泄露时有发生。

4.航空金融人工操作多

金融机构通过一个中心化的记账系统进行业务处理，需要人工收集、核验、评估和确保所需文件的财务数据的准确性。由于各方使用不同的平台，人工互动沟通难，造成了欺诈和业务控制问题大、发票真伪难辨、审查流程烦琐、付款延迟、货物运送延迟等问题。例如，在航空贸易发生时，一家银行（进口银行）提供信用证，根据购买合同条款为运输提供付款担保。另一家银行（出口银行）审查金融协议以及让出口商及时运输。该贸易金融过程需要可信赖的中介机构承担风险或执行合同，需要代理银行的实时人工控制。买卖方企业需要人工控制只有在满足预定条件下合同才会予以执行，进而追踪货物、掌握货物情况。物流公司需要人工进行流程控制。降低提单操作风险，进行各项合规检查、开展成本控制。同时，进行人工列示合同条款满足的情况，监督货物运输所需的时间和人数，追踪货物的文件和所有权，对发票和其他基础文件进行实时检查工作。进口银行须人工审查进口商的融资协议，然后，将融资款项交与代理银行。出口银行须使用进口银行的融资款项进行人工反洗钱检查和贸易融资各项风险设计等。

二、区块链技术在航空金融中的应用

区块链技术是利用块链式数据结构来验证存储数据、利用分布式节点共识算法生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由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。这样任何人之间都可以通过点对点的记账、数据传输、认证或是合约方式，而不是通过第三方进行信用共识。区块链建立了一个公开透明的数据库，可以记录过去所有的交易记录、历史数据及其他相关信息，所有信息都分布式存储并透明可查，并以密码学协议的方式保证其不能被非法篡改，从而形成了一个公开、透明、可追溯、不可篡改的分布式总账系统，来实现了一种去中心化的、无须信任积累的信用建立模式，为价值传递提供了底层基础。

1.点对点传输

区块链技术通常采用P2P协议专网，如比特币、以太坊都有独立的网络。P2P协议网络是“点对点”或“端对端”网络，它不同于中心化网络模式，它的各节点计算机地位平等、网络权力相同，不存在中心化的服务器，所有节点通过特定的软件协议共享计算资源、存储、软件或者信息内容。在基于区块链技术的航空金融网络中，所有节点以P2P协议进行点对点链接和通讯，实现价值传输。核心节点是区块链网状结构的矿工（运算）节点，其余节点为区块链网络用户，如果日常发生大量收付的商业机构，也可以参与运算，变成不拷贝完整数据，只运行区块链头的轻量级矿工，保持独立完全性和检验的快速性。这样就构建了记录航空金融交易中“物流、信息流、资金流、商流”的去中心化价值传输安全网络框架。

需多少节点才能保证安全性问题论证：n是总节点个数，k为失败节点个数，p是节点失败的概率，可以用如下公式：

使用C语言编写程序，测试结果为在p=0.01时，16个和31个节点区块链系统出错的时间分别为372853年，3890亿年。因此，该专网中不需要很多节点就能保证可靠性。但是，节点个数越多，系统越安全。

2.加密技术

区块链使用椭圆曲线密码学ECC、公钥加密算法RSA数字加密，SHA256算法保障安全性。所有者使用SHA256对前一次交易和下一位拥有者的公钥（Public key）签署一个随机散列的数字签名，发送给下一位所有者。收款人对签名进行检验，能够验证其所有者。机密数字签名方案是（sk，pk）=genarateKeys（keysize），产生一堆公钥和私钥。私钥sk被安全保存，并用来签名一段消息；公钥分发给交易方，可以用来验证签名。Sig=sign（sk，message）把消息和私钥作为一个输入，消息输出是签名。isValid=verify（pk，message，sig），通过把一段消息、签名及公钥作为输入，判定是否为真。这样使得获悉用户公钥的任何人可用用户的公钥对信息进行加密，实现与用户进行安全信息交互。由于公钥与私钥之间存在的依存关系，只有用户本身才能解密该信息，任何未授权用户甚至信息的发送者都无法将此信息解密。这样就实现了航空金融交易中对账号的隐私保护和节点间的信任确认，避免了信息泄露。

3.分布式数据存储

使用加密算法实现的身份和签名机制记录的航空金融交易发生时，便形成了交易单。每个交易单都要复制若干份交易单投递到每个矿工收件箱里，形成交易单池。旷工定期到交易单池把交易单取出来，写进由数据结构区块链构成的账簿，同时找到当前账簿最后一页，将最后一页的编号抄写到“上一区块投散列值”，还要在区块中补增一个随机数（Nonce），然后，用SHA256对账簿纸进行运算，生产哈希编号，一张账簿就生成了。上一张账单哈希编号就是“时间戳”，每个时间戳应当将前一个时间戳纳入其随机散列值中，也就是随后的时间戳都是对之前时间戳进行增强（reinforcing），进而形成一个链条（Chain）。为了保证诚实性，采用移动平均目标的方法调整工作量证明的难度（theproof-of-work difficulty）。工作量证明机制就是在进行随机散列运算时，对某一个特定值进行扫描，如，SHA256运算后，对0进行扫描。如果规定开头有多少个0的随机散列值才有效，那么随着0的数目的上升，这个解所需要的工作量将呈指数增长，而检验仅需要一次随机散列运算。

通过上述过程，就形成区块头（header）和区块体（body），区块头用于链接到前一个区块并且通过时间戳特性保证历史数据的完整性；区块体则包含了经过验证的、区块创建过程中产生的所有交易信息，通过梅克尔树（merkle trees）分布式存储于每个节点的区块分布式数据库，如图1所示。

图1 分布式账本模型

4.共识机制

区块链目前比较流行的几种共识算法有PoW工作量证明、PoS权益证明、DPoS授权权益证明、PBFT实用拜占庭容错、PoET流逝时间量证明。区块链专网通过共识机制完成有效交易单、区块检查和生成，有机形成梅克尔树、块链，最终，在一个去中心化的，没有自上而下的控制主体的，只有大量的、相互联结的、看似无组织的、相互独立、相互作用的小个体P2P协议专网中，通过共识机制形成一个有能力、智慧的、具备适应性和灵活性，有极强生命力，遭到破坏可以自我修复的整体。

当某挖矿小组幸运地生成了一张有效的账簿，为了得到奖励，需要立刻请其他小组确认。其他小组接到送来的账簿纸时，需要立即停下手里的挖矿工作，通过共识机制进行账簿的编号有效、账簿的前一页账簿有效、交易清单有效账簿确认。之后，始终跟随最长区块链的末尾，制造新的区块以延长该链条，同时，这个被接受区块的随机散列值将不作为先于新区块的随机散列值。只要诚实的节点控制了网络，检验机制就是可靠的。通过这种机制，只要各个小组手里的账簿纸是相同的，那么他们就能生成相同的账簿。攻击性可能性论证如下：

攻击性可能性论证：一个攻击者试图比诚实节点产生链条更快地制造替代区块链，可以近似地看作赌徒破产问题，形成如下概率公式：

p为诚实节点制造处下一个节点的概率；q为攻击者制造处下一个节点的概率；z为攻击者最终消弭了的区块差距；攻击者潜在进展是个泊松分布，分布期望值为λ=zq/p。用C语言编写代码，运算概率结果，发现概率对z值呈指数下降。

5.智能合约

智能合约是一段部署在区块链上可自动运行的程序，其涵盖的范围包括编程语言、编译器、虚拟机、事件、状态机、容错机制等。虚拟机是区块链中智能合约的运行环境。虚拟机不仅被沙箱封装起来，事实上它被完全隔离，进而运行在虚拟机内部的代码不能接触到网络、文件系统或者其他进程，甚至智能合约之间也只能进行有限的调用。智能合约存在出错的可能性，甚至会引发严重问题或连锁反应，因此需要做好充分的容错机制，通过系统化的手段，结合运行环境隔离，确保合约在有限时间内按预期执行。智能合约将航空金融商业代码（UCC）文件数字化，自动更新和发布，自动完善了贷款人的担保利息信用创建，并且制定了一套标准的合同条款，优化场外交易衍生产品的交易后处理过程，进而使得航空金融衍生产品交易后的流程得以简化。

三、区块链技术在航空金融中的应用场景

1.区块链驱动航空跨境支付和结算业务创新

利用区块链技术可以构建一个能取代SWIFT（环球同业银行金融电讯协会），没有中央节点的分布式支付网络，实现不需要中转银行的支付和结算流程模式，进行跨境转账，如图2所示。在该网络下，各参与协议方共同使用同样的一个账本，各方都能任意进行实时的点对点跨国转账，支付和结算如同收发电子邮件一样快捷、便宜，且无跨行异地以及跨国支付费用，不需中心组织管理，且支持各国不同货币。

通过区块链进行交易，可以绕过中转银行，减少中转费用；提高跨境汇款的安全性，加快结算与清算速度，提高资金利用率。银行与银行之间采用区块链技术进行点对点的支付，省去中间环节，实现了全天候支付、实时到账、提现简便且没有隐形成本，降低了跨境电商资金风险，满足了跨境电商对支付清算服务的及时性、便捷性需求，实现了系统数据的实时审计和合规检查。根据麦肯锡的测算，从全球范围看，区块链在B2B跨境支付与结算业务中的应用将可使每笔交易成本从约26美元（中转银行费用8美元，外汇汇兑、合规及其他运营成本3美元）下降到15美元。通过区块链可以使得每笔支付和计算成本下降40%—50%，这对跨境支付结算各参与方是巨大的额外收益。一个低成本、高效率、低风险的跨国支付与结算产品和方案，对于提升郑州国家中心城市的贸易型企业竞争力和盈利能力、促进郑州跨境贸易电子商务服务试点发展、推动中小型企业升级盈利、驱动国际化航空金融创新发展有重大战略意义。

图2 使用区块链不需要中转银行的支付和结算流程

2.区块链驱动航空贸易金融和供应链金融业务创新

区块链具有的数据不可篡改和时间戳的存在性证明的特质能很好地运用于解决供应链体系内各参与主体之间的纠纷，实现轻松举证与追责。数据不可篡改与交易可追溯两大特性相结合，可根除供应链内产品流转过程中的假冒伪劣，解决物品的溯源防伪问题。

通过区块链技术推动航空贸易金融与供应链金融业务的数字化应用、创新，将信用证与提货单及国际贸易流程各种文件存放于区块链上，采用共识机制进行认证、不可篡改的验证。如图3所示，区块链将电子文件整合在一个平台。这样，基于区块链的数字化解决方案可以彻底取代现今的纸笔，实现端到端透明化操作，提高了处理的效率并减少风险。区块链能将电子文件整合在一个平台，提高业务操作的可靠性和安全性，同时让各方安全、清楚地掌握货物流、资金流、商流、信息流，实现流线型供应链金融。

图3 区块链将电子文件整合在一个平台

区块链网络平台实现了实时抓取贸易数据、信用证、安排发货、实时验证和数字化提交、实时监控、智能合同自动填写。区块链帮助买卖方企业、金融机构、物流公司消除纸质文件后，加快了流程并降低了提单操作风险，使得货物核验工作更加可靠、实时，减少了操作风险，使得合规成本端到端完全透明化。所有相关参与方都通过一个去中心化的记账系统分享文件并进行支付，提高了决策的效率和精确性。授权方可远程批准请求的做法降低了交易风险，只有在满足预定条件下合同才会予以执行，而且合同不容易撤销，可以更好地掌握货物情况，最终客户还可以进行追踪。这样各参与方（包括供货商、进货商、银行）共同使用一个去中心化的共享账本文件，达到预定时间和结果时自动支付，极大地提高了交易效率。根据麦肯锡测算，在全球范围内区块链在供应链金融业务中的应用，能帮助银行和贸易融资企业大幅降低成本，提升交易效率，促使整体贸易融资渠道顺畅，从而增加交易双方收入。

3.区块链驱动航空票据业务创新

区块链通过直接点对点方式进行价值传递，省去了中间环节，减少了人为操作，实现了去中心化。对参与各方直接进行信用收集、验证和统计，进行实时控制。不再需要特定的实物票据或者中心系统进行控制和验证，不再需要第三方确保交易中有价凭证的传递是安全可靠的。解决了国内航空票据业务人为介入多、中介参与多、纸质使用量大、管控难度高、漏洞多、违规事件频发及操作风险大等问题。

区块链的分布式高容错性和非对称加密算法安全保障机制，将人为操作风险降至几乎为零。解决了电子票据交易中央行ECDS系统中心化服务器出现问题会导致灾难的现实情况，以及随着企业网银的接入，风险链条无限拉长问题、银行自身风险叠加等问题。解决了在纸质票据交易中，双方的信任只能建立在票据的真实性基础上的问题。区块链不可篡改的时间戳和全网公开的特性，确保了交易记录无论纸票还是电票，一旦交易发生，谁也无法抵赖。避免了纸票中“一票多卖”、电子票据中打款背书不同步现象的发生。

区块链的可编程性可以有效控制参与者资产端和负债端的平衡，避免中介市场中大量的资产错配现象的发生，更可借助数据一致特性，使得全部市场交易价格对资金需求的反应是真实的，进而使得价格指数是真实的，便于市场风险的有效控制。

4.区块链驱动航空运输贸易融资创新

在航空贸易活动中，使用区块链技术可以把买卖双方之间的购买协议编制成智能合约，把贸易产生的电子发票、信用证、提单及检验备案等装入智能合约，根据双方设置的条款自动化执行协议，实现贸易流程简化、减少资金闲置、降低交易与结算风险、优化客户体验。同时，解决了由于航空贸易交易流程复杂，参与主体众多，人工操作繁多等原因造成的成本高、收益低等问题。这样在促使贸易责任降低的同时，也为下游保理业务证券化提供了高效途径，进而使得贸易融资更为便捷。使用区块链技术把航空贸易活动数据记录在分布式账本上，使得各贸易参与方能及时、透明地对信用评审进行调查，对货物位置进行跟踪，对货物的所有权进行查询，这样就保障了合规主管、监管等人员可以更快的执行海关、检验或汇兑等活动，银行、保险等金融机构也不再需要中介机构承担风险，检查反洗钱也变得方便透明，进而为航空贸易融资安全提供了可靠保证。

四、结论和建议

1.主要结论

航空经济是一个流程复杂、数据量大、风险高、安全性严格的行业，需要同航空经济发展相关的航空金融支持，如金融租赁、票据、支付和结算、贸易融资，需要具备安全性强、效率高、流程清晰等特性。因此，航空金融需要进行技术创新，满足航空产业需求，推动航空经济发展。区块链的去中心化、共识机制、加密算法、智能合约等技术，为航空金融的发展提供了绝佳的机会。使得各主体收集、存储和共享操作信息，整理分析复杂数据，保护信息安全等成为可能。

2.对策建议

为了有效推动郑州航空港经济综合实验区区块链技术驱动航空金融应用发展，提升其“一带一路”重要节点的全球竞争力，结合该区实际情况，提出以下建议：

一是出台区块链驱动航空金融创新发展扶持政策。政府部门可以借鉴美国、欧盟、日本等国家和地区推动区块链发展的先进策略、机制和制度以及成功做法，深刻把握区块链在航空金融中运用趋势，结合区块链技术和航空金融应用发展创新变化特点，出台区块链技术及其在航空金融应用方面的各项支撑扶持政策。重点支持关键技术攻关、重大示范工程、科创中心、“双创”平台建设，系统解决方案研发和公共服务平台建设等。

二是加快区块链在航空金融领域核心关键技术攻关和平台建设。利用郑洛新国家自主创新示范区、郑州大众创业万众创新示范基地、河南自贸区、国家航空经济区等重大战略优势，加强区内重点企业与国内外科研院所、高等学校合作，针对共识机制、智能合约、分布式数据存储、数字签名、机密算法等区块链核心关键技术，航空产业链、航空金融的安全、便捷价值传输核心等进行技术攻关。鼓励和支持有条件的重点企业进行联合，设立投资基金，加快投融资和并购，推动关键技术攻关、研究和应用。学习借鉴国际开源社区建设和模式，依托航空经济交通优势、资源聚集优势，适时设立协会组织或行业联盟，建立有效的协调沟通机制，加强成员单位合作。构建区块链技术在航空金融应用方面的开源社区，提供开发资源及技术，为政府、企业、科研机构提供支撑服务。采用营改增后税收优惠、科研奖励、设立引导基金、优化司法环境、完善研讨交流机制等方式，促使航空经济大企业加大研发投入力度，围绕自身发展需要建设区块链在航空金融应用场景通用开发平台，实现系统化发展。

三是构建区块链在航空金融应用方面的人才培养体系。依托政府平台公司，建设航空金融区块链人才实训基地、研究中心，加快区块链专业技术研发和航空金融人才培养。推动重点企业、科研机构高校联合，在高校设置区块链专业课程，在企业建设区块链人才实训基地，联合培养区块链在航空金融应用的专门技术人才。对产品创新、技术创新、管理创新、组织创新等方面加大支持，对有显著贡献的人才给予奖励，对航空金融机构有关登记、年检以及税收等提供便捷服务。与行业组织密切合作，建立区块链在航空金融应用研究的人才培训基地，充分利用河南教育资源，联合国内重点培训机构，积极为各类区块链、航空机构的从业人员提供职业教育和培训，建立起人才培养体系。

四是建立国际化交流机制，构建完善的合作生态。鼓励和支持重点航空企业及金融机构、广大中小型企业积极参与国际区块链开源社区及联盟。支持航空设备制造及维修、航空金融、航空物流、智能电子信息、生物医药、精密机械等方面的大企业围绕核心区块链在航空金融创新应用、“科创中心”平台建设等，开展国际化技术交流与合作。鼓励和支持航空经济、智能终端、航空物流、航空金融等方面的大企业充分发挥自身优势、利用资金、人才、资源等优势，构建多渠道、多形式的国际化合作生态。促进郑州航空港区区块链在航空金融应用方面做大做强，面向国际走出去。

五是组织开展区块链在航空金融应用方面的示范研究。结合《中国制造2025》《通用航空“十三五”发展规划》和“互联网+金融”等系列国家战略的实施，聚焦典型应用场景需求，由政府平台公司牵头、开展产学研用联合，选择有条件、重点、典型企业，开展区块链在航空智能制造、航空供应链管理、航空数字资产管理、航空支付结算、资产证明、航空供应链金融、航空融资等方面的应用示范，探索形成区块链应用推广模式，营造区块链创新发展应用生态环境。