数字货币在支付系统中的应用

■ 王 军

（中国人民银行西宁中心支行 青海西宁 810001）

一、引 言

在数字经济时代，人们的生活方式发生了巨大变化，货币与支付也正经历着翻天覆地的变革。随着大数据、人工智能、区块链、数据挖掘等金融科技的迅速发展，在基于节点网络和数字加密算法的一系列虚拟货币（数字货币）冲击下，“央行数字货币”（Centeral Bank Digital Currencies，简称CBDC）成为近几年来的焦点问题，受到政策制定者、监管机构、产业界、学术界的广泛关注。最新研究表明，全球80%的中央银行都在研究数字货币，其中近一半的央行已经从概念研究发展到实验阶段并开展了试点工作。数字货币是一种数字支付工具，是不同于传统储备账户或结算账户的数字形式的央行货币，是中央银行的直接负债。

探索央行数字货币的价值来源、发行模式、账户依附等问题贯穿于数字货币的交易、支付的全过程，数字货币的发行、交易、结算都依托于支付系统的支持。未来，央行数字货币发行、流通体系的建立为进一步完善我国支付清算体系建设，提升资金流转速度，提高支付清算效率等方面提供了可行方案。

二、数字货币的发展现状

在央行数字货币的运营上，央行数字货币采用“中央银行-商业银行/其他运营机构”的双层运营体系。随着对数字货币的认知不断加深，各国政府及国际组织纷纷从战略层面加大对数字货币的研究。

（一）国外、国际组织发展状况

从国际组织来看，联合国在2016年初发布了报告《加密货币以及区块链技术在建立金融体系中的作用》，提出了利用区块链技术构建一个更加稳固的金融体系的想法，认为区块链在改善国际汇兑、国际结算、国际经济合作等领域有着很大的空间。

从国外主要研究成果看，美国政府积极开展探索研究，力争在全球数字货币竞争的新赛道维持和巩固美元地位。美国数字货币研发正在实验阶段，但美国政府对数字美元的构想及规划已现雏形。新加坡相关负责人表示，新加坡数字货币主要目标是，降低跨境支付和结算的成本，减少结算时间，同时确保其安全性。法国央行选择八家金融科技公司试验数字欧元作为潜在合作伙伴，以测试其央行数字货币(CBDC)银行间结算的应用程序。柬埔寨央行表示，柬埔寨央行数字货币Bakong开始试运行，不久将正式运行。立陶宛央行正式发布了其加密数字货币LBCoin，可以直接与中央银行以及专用区块链网络进行交换。下一步立陶宛将探索数字货币是如何影响社会运行、如何管理风险及其他要素。

（二）国内发展状况

近年来，我国从数字货币技术路线和设计细节等方面完成了数字货币的顶层设计及模式制定等相关内容。2014年，中国央行成立了法定数字货币专门研究小组，展开相关技术储备和理论研究；2017年初则成功测试了基于区块链的数字票据交易平台，验证数字货币在数字票据场景的应用落地；2017年7月，央行数字货币研究所挂牌；2019年8月，央行召开下半年工作电视会议，指出下半年要加快推进数字货币的研发步伐；2020年春季，数字货币基本完成了顶层设计、标准制定、功能研发、测试等工作，在深圳、苏州、雄安等地进行封闭试点测试。随着重要场景试点工作的展开，数字货币有望将在未来1～2年内正式推出。

三、支付系统的现状与问题分析

支付系统作为资金汇划中心遍及我们社会和生活的方方面面，极大地促进了经济的发展，给人们生活带来便利，同时支付更是金融核心功能的最基础功能，支付行业的创新和发展是伴随着与其相关的产业如金融等实体经济的发展而与时俱进的，但凡有实体经济发生，就需要支付系统进行处理。自2002年10月大额实时支付系统投产运行以来，经过中国人民银行这10多年的推广，目前我国已建成以大额实时支付系统和小额批量支付系统为核心，境内外币支付系统清算系统和网上支付跨行清算系统组成的支付清算系统，作为资金结算的“高铁”和资金汇划的“高速公路”，其为经济金融和社会发展提供了快速高效、安全可靠的支付、清算和结算渠道，对加快社会资金周转，提高支付清算效率，发展普惠金融，促进国民经济又好又快发展发挥着越来越重要的作用。2021年上半年支付系统西宁城市处理中心共处理业务1532.87万笔，金额3.30万亿元，同比分别增长37.23%和-3.12%，处理金额约为2021年上半年青海生产总值的21倍。其中，大额系统处理业务116.84万笔，2.88万亿元，同比增长7.95%和-4.53%；小额系统处理业务997.47万笔，3577.82亿元，笔数同比增长21.26%，金额同比增长-0.18%；网银系统处理业务418.56亿笔，金额575.36亿元，同比增长124.85%和98.36%。

支付系统发展迅速，但同时也面临着一些挑战：

（一）效率较低

从付款人到收账这个过程，需经过好几家中间机构，而每家都存在几个关联的支付信息处理系统，每家每个系统对此次支付信息确认、反馈等过程，这一套流程流转结束，势必会严重滞后资金流速度，导致清算效率低下。解决这一劣势，需从两个方面着手，一方面是减少中间流转环节，另一方面是解决信任问题。

（二）安全风险与漏洞

支付系统作为国家社会经济稳定运行的基础设施，实现7x24小时全天候服务，对软硬件设备性能提出了很高的要求，系统的故障损坏会对系统产生致命的打击，由于新技术、新应用的迭代更新，网络安全形势严峻。

（三）费用相对较高

对各个支付系统参与者来说，国内支付交易费用基本按次、按批或金额大小进行收费，另外由于机构多，造成操作环节多，审批环节繁琐，多系统之间的对账造成人力成本、运营成本和办公成本等费用的增加，在监管难度提升时也会造成监管成本上升。

四、数字货币在支付系统中应用

（一）数字货币提升支付系统清算效率的研究

传统货币的支付方式严重依赖中介进行价值传递。互联网极大地改变了信息传递的方式和速度，由此而衍生出巨大变革的商业模式，目前价值在互联网中的传递主要依托于中介来处理信用问题。但此种方式也存在诸多问题：一是价值交换的方式受限于中介提供的服务；二是中介的存在不能使交易信息的隐私性得到很好的保护。即使现在的支付被电子化，支付方式多种多样，但支付体系结构没有太多改变。

数字货币支付清算的主要方式是分布式账本，分布式账本采用点对点交易，不依赖特定的中介机构，减少了中间环节，记账节点之间可以通过相互验证建立可信的交互方式，实现点对点直接交易。采用数字货币将大大提升清算效率，在清算环节可以达到信息与资金同步进行，主要体现在以下几个方面：

1.简化交易环节。采用分布式账本清算数字货币，简化传统的电子货币基于银行账户发送指令的方式来划拨资金，分布式账本采用点对点的交易，没有中间人参与到交易路径上来，简化了交易流程，各个节点之间具有相同的权利和义务，通过互相验证的方式来建立共识的交易平台，实现点对点直接交易。其每发生一笔交易，就是为分布式账本上的每个节点广播其交易行为。

2.数据可信，无审批。分布式账本的共识问题需满足三个条件：

（1）终止性。每个正确进程最终设置其对问题的意见/答案。

（2）协定性。所有进程的意见和答案相同。

（3）完整性。如果正确的进程都提议同一个值，对已经确定了看法和意见的进程，其答案和意见都与该值相同。

如果各个节点进程随机出现故障，理论上出错的值可以向其余进程发送任何数据，这种任意行为很可能误导其他进程，从而产生更大的危害，不仅仅是宕机无响应，可能是巨额的经济损失。此时，正确的进程必须使用自己接收到的值与别的进程声明接收的值进行比较，每个进程都提议一个有效值，与其他进程共同决定采用哪个值。分布式账本运用共识机制使交易数据互相可信，记账节点的权利和义务相同，无需审批流程，加快数据处理速度。

3.数据共享透明。交易信息不存储在特定的服务器或者中心节点上，而是由网络节点共同维护。分布式账本的数据采用分布式存储，逻辑结构是兼具“时间顺序、前溯验证”特性的信息块组成的链式结构，每个信息块由一段时间内的交易集合加盖时间戳形成。他可以实现点对点交易，可审计交易、私密交易及智能交易，从而实现建立在数字化信任基础上不依赖于特定中介的价值交换，进一步推动网络价值的成型与完善。分布式账本实际上运用数学方法解决点对点交易的信任问题。

4.快捷支付。分布式账本内置智能合约，当一定的条件（可能是由于某个交易或者某类事件）满足时，可以被自动执行的一段代码（一个动作、一个交易等）。智能合约的基本原理：合约签订之时，合约（一段代码）所代表的的执行条件及执行动作被记录在账本当中，其合约内容随时可查，执行结果可以预期；当条件满足触发时，智能合约所代表的代码被执行，发出相应交易或事件，执行结果可验证，随时可以查看。在计算机的世界里，合约是写在代码里面的，存在被篡改的道德风险和被黑客攻击的技术风险，这些风险造成的损失都很高。在现实世界里，合约都是记录在纸上的，所有参与方签字盖章确认以后才生效。当信任问题解决以后，计算机系统可以解决自动支付的合约，满足条件，触发自动支付的流程，提高支付效率。

综上所述，通过点对点交易，分布式账本可以降低交易成本，提高清算效率。

（二）数字货币降低银行支付清算费用及系统不可用风险的研究

1.减少中间环节费用。目前国内的支付清算流程包括从顾客刷卡到跨行清算系统或者收单清算系统，而前两者都需要经过支付系统前置机到大小额支付清算系统，最后到商业银行清算账户至商户结算系统，此过程需要经过行内自己的支付交易系统、银联清算系统到支付系统等多个信息系统，再返回去的一个过程，中间环节较为复杂，每一个系统都会收取相应的费用，导致其额外缴纳的费用增加。数字货币运用到支付系统中时，PMTS报文传输平台与数字货币系统结合，每个节点都身兼数职，既是参与机构也是中介机构，每次交易都是点到点，交易无需经过众多的中介机构来处理，中间环节各个系统处理业务时产生的费用也相应减少，处理成本降低。

2.分布式架构。目前，支付系统的运行维护产生的费用主要由清算总中心承担，其设备的维保及运维费每年都是一笔很大的支出，如果再加上机房扩建改造、支付系统宣传等产生的经费，支付系统每年开销额度都不可估量。数字货币采用非完全去中心化的设计，采用分布式架构的方式，将各个节点分散到各个参与机构，由参与到的每个机构来共同维护各自的节点，每个节点都有一份统一的数据账本，将其节点建立灾备接入中心及运行维护的费用节省下来。况且，因为每个节点都保存一个账本，点到点之间都有许多选择方式，具有较强的共享容错机制，某一个节点出现问题导致其系统不可用，不会影响整个支付系统安全，数据依然保持完好，参与者继续进行支付交易，支付系统一直保持稳定高效运行。

（三）数字货币与支付系统交易记录不被篡改的研究

1.加密算法。目前，支付系统的数据在传统数据库（Oracle、SQL server等）中保存，增删改查是数据库中的常规操作方法，后台一个简单的修改或删除操作，说明交易记录是可以被篡改的，这对系统呈现的结果是致命的，而审计系统运用在数据库中参与审计，而审计系统一个重大弊端就是严重影响系统本身运行性能，这在数据量超量的系统中客户是难以接受的，做到完全审计难度较大。数字货币系统具备交易记录不可篡改的优势，其每次交易都会以加密算法或哈希算法保存在各个节点上，发送到各个节点后每个节点都会重新校验加密算法密钥或者哈希算法的哈希值，如果其中某一个节点对数据进行篡改，则校验不会通过，此交易失败。即使你知道了加密摘要的哈希值，由于哈希值的不可逆性，进行反推也是推不出原始交易值，保证了交易数据的安全。

2.拜占庭容错算法。如果某一个节点出现故障，就会产生拜占庭将军的问题，即拜占庭的将军们率领军队进攻一个敌人的城市，由于敌人的城市很大，将军们的军队各自分散，互相之间只能靠派遣通信兵传递消息，同时敌人的实力不弱，至少得一半以上的将军同时发动攻击才能获得战争的胜利。但是将军当中可能有叛徒，叛徒可以随意伪造篡改互相传递的信息，而且通信兵传递信息的方式并不可靠，可能出现信息未送达的情况。而拜占庭容错算法，客户向目标节点发送调用服务器请求，目标节点将此消息通过广播的方式发送给其他备份节点，然后开始进行预备阶段、验证阶段、确认阶段的三阶段协议，并就请求消息及执行顺序达成一致。在任何一个备份节点i，向其他备份节点发送验证消息（包括验证消息及自身节点消息），并将其写入自己的消息日志，收到验证消息的备份节点开始验证，验证通过后将验证消息写入自己的消息日志中。所有备份节点，当已经接收了2F+1个关于节点i消息的确认与预验证消息一致，该验证节点将节点i的确认消息向所有备份节点进行广播，并执行客户请求消息。

3.智能合约。当一个交易被执行时，智能合约所代表的触发执行条件或执行动作即被记录在此交易当中，其约定的记录内容随时可被查取，执行的结果符合预期，当执行条件满足触发条件时，智能合约所代表的代码将会被执行，发出相应交易或事件，执行的结果记录在各个节点的交易序列的哈希函数的摘要中，执行结果可以校验，随手可查，并不可篡改。进入交易中，合约内容及执行结果都不能被篡改，保证合约的执行过程被真实地记录，既使发生人为因素（道德）影响，追溯也是相当容易。

（四）数字货币与支付系统交易记录可被溯源和监管容易的研究

目前，各个商业银行的金融机构的数据是相对独立的，交易业务发生在单个金融机构，容易去追溯和监管此笔交易，但现实生活中，支付宝、微信、云闪付等跨行转账交易方式层出不穷，而此项操作单个金融机构无法完成所有的整个交易过程，需要由多个部门或金融机构相互配合的情况下，才能完成此项操作交易。交易完成后，想去追溯交易信息或记录，需要按时间的先后顺便跨多个金融机构的行内系统进行关联，其消耗的人力、物力、时间成本较高，管理过程复杂，中间容易出现互相扯皮及界限不清等问题。

再者，前面提到的审计系统，因为影响系统性能，而不能完全参与到审计和溯源，同时对中心化的机构，溯源和监管要求更高，既要考虑各系统的数据保存，又要考虑系统实时更新的数据与原有数据关联的问题。

数字货币系统中的每笔交易从交易者开始，每个交易都记录在各个节点中，数字货币中的共识算法中表示，每一个节点发出的每一次信息确认，都包括确认信息和自身信息，交易记录中均绑定了交易者信息，被完整记录和追溯，监管也相对容易。

五、推广数字货币在支付系统中的应用

（一）制定相关政策法规

数字货币在我国部分地区已经开始试运行，但在支付系统体系中，没有相关应用的案例，支付系统与数字货币的优化改进建设速度远远超过相关法律政策的出台时间，部分功能优化调整、更新、应用导致相关制度中政策与监管相对滞后。首先，要确定数字货币的合法地位，这是基础。其次，要明确数字货币大规模在支付系统中用于清算是受法律保护的，应及时出台相关标准和政策。最后，要实施适合两者的监管政策，一方面可以推进创新切实落地，另一方面真正实现金融创新的目的。

（二）防范信息系统风险

数字货币应用于支付系统，应着眼于防范支付系统安全运行风险，数字货币顶层设计应充分考虑数字货币在支付系统应用中的安全性、可操作性及稳定性。由于技术风险和漏洞防范引起的安全对支付系统等金融基础设施是致命的，要考虑处理数据时的并发能力、其规模以及设计时处理能力，提高操作性。最后就是个人信息安全，数字货币交易数据实时共享且用户个人信息完全裸露在每次交易及校验中，这难免会让不法分子有机可乘，导致用户的信息被泄露。因此，用户个人信息在每次交易及校验中如何加密和解密将是一个重大技术难题。

（三）进一步推动支付系统建设

数字货币的出现在一定程度上对支付系统的发展提出了明确的方向，其有提高支付清算效率、降低费用、记录不被篡改、可被溯源和监管容易等优势，这些都是目前支付系统的薄弱环节。人民银行副行长范一飞在《中国支付清算发展报告2019》发布现场表示：“清算业务指标与宏观经济运行之间的关系随着时间推移趋于稳定，显示我国支付系统已经发展成熟，并为经济与金融发展和转型提供稳健支持。支付产业发展要围绕满足支付需求、改善民生和服务实体经济的初心。未来将进一步优化支付系统顶层设计，推动产业高质量发展。”要在优化顶层设计的基础上，利用新型的技术革命，重构支付系统体系机构，向着合规、稳定、安全的方向发展，夯实我国的经济地位，提高自身科技软实力，为我国经济发展作出贡献。