基于联盟区块链的技术交易平台研究与设计＊

■ 史梦娜 温浩宇 窦永香

西安电子科技大学经济与管理学院 西安 710126

0 引言

随着我国创新驱动发展战略的不断深入，通过政策完善、机制创新以及体系优化，我国技术交易市场高速发展，技术交易合同数量和成交额总量均呈增长趋势，技术转移环境明显改善。但是总体而言，我国的技术转移市场仍然存在一些问题，科技成果转化效率仍然低于欧美发达国家[1]。科技成果资源分散在独立运营的各省各类技术交易平台，资源未实现互联互通，数据碎片化现象严重影响了科技成果转化效率。因此，迫切需要构建开放共享的技术交易平台体系，以促进各省市技术交易平台中多源数据的整合。

2016 年，国务院发布的《“十三五”国家信息化计划》从国家政策层面上首次提出要把区块链技术研发和布局作为今后一段时期的重点工作[2]。2019年10月24日，在“区块链技术发展现状和趋势”集体学习中，习近平总书记强调，要加快推动区块链技术和产业创新发展，利用区块链数据共享模式实现政务数据跨部门、跨区域共同维护和利用，促进业务协同办理[3]。2021 年3 月，《“十四五”规划》明确提出推动智能合约等区块链技术创新，以联盟链为重点发展区块链服务平台等领域应用方案，完善监管机制[4]。

随着区块链技术研究和实践的不断深入，区块链被广泛应用在各大领域。

在金融科技领域，上海证券交易所[5]课题组利用区块链规划构建我国资本市场的核心场景应用，债券交易平台、证券监管数据共享平台；朱立[6]等在联盟链研究基础上，提出全新的主板证券竞价交易系统架构，提高了去中心化主板核心交易系统的性能；翟超颖[7]将资本项目管理与区块链结合，为银行核心业务场景发展提供新思路，提升资本项目便利程度和监管效率。

在物流供应链领域中，杨慧琴[8]等设计以区块链为核心的供应链管理信息化平台，促进形成平等共赢供应链生态体系；朱兴雄[9]提出基于区块链的供应链管理信息化平台能够减少的纸质申请和复杂流程，优化工作效率；储雪俭[10]提出基于区块链技术可以降低供应链融资成本、完善金融监管。

在医疗卫生领域中，王辉[11]等提出了去中心化的区块链信息管理方案实现医疗数据安全存储，解决了医疗数据易受攻击、不可追溯等难点；刘震[12]等以促进医疗信息资源共享为目标，采用B/S 服务器架构和超级账本设计了基于区块链的医疗信息共享平台；罗文俊[13]等提出基于区块链的电子医疗病例共享方案，实现对授权用户的医疗数据安全共享功能。

在情报档案学领域中，谭海波[14]等把区块链技术应用于档案管理数据分析过程，构建了基于区块链的档案数据保护方法。石进[15]等把情报共享模式与区块链技术结合应用，采用应用区块链关键技术实现了基于区块链的中小企业竞争分析数据中心。曹如中[16]等结合区块链技术不可篡改、可追溯等优点提出了竞争情报分布式管理的去中心化模式，提高竞争情报的安全可靠性。

通过对区块链技术在各大领域应用研究可以发现，区块链技术具有的可追溯、不可篡改、去中心化等特性，可以为技术交易过程中的安全、信任等交易成本问题提供了新的可行思路。对比于其他技术交易平台，基于区块链技术的交易平台优势显著。但目前区块链技术在技术交易与科技成果转化方面的研究仍较少，这主要是由于政府主导的技术交易市场的属地管理模式和跨地区市场的行业属性客观上造成了信息的相对独立；同时由于缺乏信息整合的技术与制度机制，各平台在主观上也没有进行信息整合的动力。基于国内技术交易市场客观上已经形成的分散管理模式，利用区块链技术有效整合多地区、多平台的技术交易数据，既符合国家对技术交易的管理需求，也符合信息管理技术的发展趋势。

1 传统交易平台面临的问题

2005年至2020年，国内的技术交易市场在政府的鼓励推动下已经在部分省、市地区逐渐发展起来，全国31个省、自治区、直辖市已建立1000 余家技术交易管理机构，如浙江网上技术交易市场、中国技术交易所、北方技术交易市场、中国技术交易所网上技术市场等。除此以外，还有一些与政府合作的民营技术转移平台，如科易网、技E网、迈科技等也汇聚了大量的技术成果和技术需求，并为技术供需双方提供信息发布、信息查询、成果交易（挂牌、竞拍）、专家咨询等专业化服务。虽然交易平台数量在国内已经达到了一定的规模，但大部分的经营情况并不理想。[17]具体来看，传统的技术交易平台存在以下问题。

1.1 技术资源过于分散

网上技术市场机构繁多，且各机构之间存在严重的信息壁垒，技术供需信息不能有效地实现跨平台资源整合与共享。[18]技术供给和技术需求的不确定性使得买卖双方往往需要在大量不同的平台中去查询匹配相应的技术信息，交易的时间成本大为提高，影响了科技成果转化效率。[19]

1.2 交易过程信息难记录、难追溯

技术交易不同于传统的商品交易，一般情况下技术持有者对其技术专利、科研成果等形成知识产权的成果进行有偿转让。由于技术交易商品的特殊性，交易过程中的技术资料、关键行为及合同订单信息的记录对促进交易成交起着关键作用。目前传统平台还不能对技术交易过程信息进行完整的记录，一旦发生技术盗用等侵权行为，无法通过追溯取得侵权证据，双方合法权益不能得到保护导致交易信任度低，阻碍了我国科技成果转化工作发展。

2 区块链在技术交易平台的适用性分析

2.1 基于区块链技术的交易平台优势

区块链应用哈希算法对数据实施单向加密，确保了数据的传输与获取安全性[20]。利用链式结构对数据以块的形式进行打包校验与存储，利用分布式共识机制生成、更新数据区块，利用自动执行的智能合约代码完成系统的搭建编程。区块链及其关键技术有着可追溯性、不可篡改、去中心、匿名化、开放共识、可编程等多种特征[21]，对比于其他技术交易平台，基于区块链技术的交易平台优势显著：

2.1.1 能够破解技术交易信息过于分散的难题

基于区块链技术的交易平台通过建立多平台联盟链，将各平台资源接入到联盟区块链中，利用联盟链的准入特性和共治能力共同管理技术交易市场，能够有效的整合技术交易资源，打破区域分化的信息壁垒，降低技术交易成本。

2.1.2 可解决交易过程信息难记录、难溯源问题

区块链技术的链式区块数据结构可以在交易完成之后将交易过程信息打包进行哈希值运算，并链上所有机构节点进行广播，完成交易信息的上链记录和存储。由于链上的每一个节点都记录了该交易信息，修改信息需要经过全网节点的共识，这使得交易信息不可篡改从而保证了信息记录的完整性与准确性。另外，链上区块是按照时间顺序排布，时间戳实现了交易信息的可追溯性。当用户对某个交易信息有疑问时，可以通过交易信息的哈希值追溯该交易是否存在于链上，从而验证该交易信息的真伪性。

2.2 区块链技术的类型筛选

按照管理权限和访问方式可将区块链为3 类（见下表1）：私有链(Private Blockchain)、公有链(Public Blockchain)和联盟链(Consortium Blockchain)[22]。私有链系统是全封闭系统，各节点的写入权限友某个中心化实体全权控制，新节点需要被授权才能加入；公有链系统属于全开放式系统，具有开源、匿名的特点，所有节点都可以按照系统的规则平等的享有进行链上交易、参与记账、形成共识和执行系统维护等权力；联盟链系统在系统开放程度和去中心化方面介于私有链系统与公有链系统之间，各节点的所属机构不同，共同组成联盟运行整个区块链，通过联盟认证后新节点才可加入，可以自定义联盟链上节点的访问权限。

表1 各类区块链的属性特征对比

对比不同类的区块链特征[23]，联盟链具备运行维护成本低、数据传输存储安全可靠等特点，能够在保证交易速度的情况下实现联盟链内多机构信息传输与存储。[24]因此本文采用联盟链构建技术交易平台信息共享体系结构，并对技术交易全程进行上链记录。

3 基于区块链构建技术交易平台的建设思路

3.1 平台区块链技术架构

去中心化的技术交易多源异构数据共享平台区块链技术架构由3大模块组成[25]，分别为交互模块、核心模块以及基础模块，各模块所包含的功能范畴如图1所示。

图1 系统区块链技术架构

交互模块包括业务层和合约层，业务层封装了技术交易业务模块包含技术成果、技术需求以及技术评估，为平台提供了应用场景，合约层主要包含了区块链的脚本代码、算法以及智能合约，为平台提供了可编程基础。[26]

核心模块包括共识层和网络层，共识层封装了节点的共识算法，结合联盟链的特性，本文所述平台应用授权股权证明机制(Delegated Proof of Stake-DPoS)、股权证明机制(Proof of Stake-PoS)和实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance-PBFT)形成共识协议（见表2）。网络层为去中心化的P2P 网络进行数据传输和交互。

表2 平台适用共识机制类型对比

考虑到数据层作为基础模块，区块链的高冗余度使得链上无法存储过大数据，为了能够快速检索，平台数据存储采用链上链下相结合的方式，链上只存储交易信息的索引地址，链下使用IPFS(Inter Planetary File System)进行交易详情存储[27]。IPFS 可以在区块链上使用哈希和时间戳数据，进行数据标识，避免将数据存储于区块链上[28]。

3.2 平台系统功能架构

为实现各技术交易平台信息资源共享，本文将基于联盟链的技术交易平台功能架构划分为用户模块、服务模块、技术交易平台信息共享联盟模块3大功能模块，功能模块可通过系统网络接口与异构数据存储层交互。如图2所示为基于联盟区块链的技术交易平台架构图。

图2 基于联盟区块链的技术交易平台架构图

3.2.1 用户模块

用户模块主要包括技术的需求者和技术的所有者，技术交易平台为技术需求者提供技术信息获取功能，为技术所有者提供技术信息录入功能。CA 中心主要功能是对网络中各个用户进行身份确认管理，包括身份证书、交易证书等数字证书的签发和吊销[29]。技术交易双方首次进入技术交易平台都需要通过CA 中心创建账户完成用户注册，CA 采用非对称加密体系椭圆曲线加密算法（Elliotic Curve Cryptograph）随机生成一对公私钥对[30]。公钥为公开的用户钱包地址，用户可以通过公钥进行收款，私钥为保密信息用来对交易进行数字签名，以保证交易的不可抵赖性。

3.2.2 私有云

私有云作为云服务模块为用户与技术交易平台联盟链之间提供交互。为用户提供不同的接口完成技术信息的查询和录入/获取。同时也为智能合约与联盟链网络提供交互环境，通过将用户查询请求生成哈希值，联盟链节点通过该哈希值从底层数据库提取用户所需的信息，并对数据进行处理之后返回到用户完成信息获取。

3.2.3 技术交易平台信息共享联盟模块

技术交易平台联盟链由不同的交易平台组成，各联盟链节点通过P2P网络连接[31]。在P2P网络中无需中心化的服务器，每个节点完全平等，网络中的一个或多个节点的信息丢失不会影响到网络中数据的完整性[32]。联盟节点之间可实现点对点的信息交互，并通过共识机制控制节点加入和数据写入，非联盟链节点的用户成员可以通过联盟链开放的API 接口进行限定查询，但无需参与联盟链共识过程，这样既可以满足数据资源共享，同时也能保证链内信息不被篡改[33]。如图3所示为联盟链节点对信息数据维护过程，当用户录入新的技术信息供需信息后，每个联盟节点都将参与数据校验及记录。为了提高信息录入的效率，本平台联盟链中不设置哈希碰撞进行挖矿记账，而采用轮转算法指定其中某个平台节点进行记录，被验证的数据将被写入区块链中并进行全网广播，发给网络的其他节点进行链接。

图3 联盟链节点对信息数据维护过程

3.2.4 系统网络接口

系统网络接口提供了数据访问的设计原则和约束条件，使得区块链数据管理层可通过接口与技术交易平台联盟模块链接，实现平台信息共享系统与联盟区块链智能合约之间的数据响应，进行链上区块、交易、回执、系统信息、配置信息等数据查看。

3.2.5 异构数据存储层

异构数据存储层包括链上区块链数据层和链下IPFS 数据层。区块链用于封装各类脚本、算法的智能合约，从而使区块链平台能够对技术交易平台联盟的数据进行处理和主动传输，以便维持技术交易平台的功能正常运行。与此同时对交易数据执行上链记录，采用相邻区块哈希值的单向连接完成链式存储，保证技术交易记录的不可篡改和可追溯。每个用户节点都有完整账本的副本，任何节点都可以实时查看和验证交易数据，分布式存储能够保证交易的公开性，同时降低系统的数据库服务器成本。如图4 所示为区块数据结构，所有交易数据分布式存储在区块体上，存储交易数据哈希值的默尔克树(Merkle tree)由Hash 算法自动生成，若其中某个交易数据被恶意篡改，相应默尔克树的根哈希值将改变。所以利用区块链的默尔克树存储技术交易信息，使每笔交易记录都能够被追溯，有效防止技术交易完成之后出现“赖账”和“假账”的侵权行为。

图4 区块数据结构

3.3 基于智能合约的数据访问控制

智能合约负责提供交易数据上链以及查询的接口，包含合约的部署、链码交互等，具有自我管理、自动执行的特点[34]。如图5 所示为智能合约使用模型，系统在满足预置响应条件后会按照事先规定的响应规则自动激活合约命令，完成对技术交易平台信息的更新与存档，并且合约启动运行后不受任何外界因素干扰而中止，保障了运行结果的真实性。

图5 智能合约使用模型

智能合约一旦发布部署之后其代码就无法被修改，只能通过发布新的合约去改动原代码。为避免迁移数据产生的资源消耗，增加合约的复杂度，本方法设计的智能合约体系架构由系统合约和数据合约两部分组成。系统合约主要用来实现联盟链上的节点准入及角色权限控制，数据合约主要用来保存上传的技术信息及交易数据。智能合约除了在原有区块链的一致性和不可篡改特性外，还具有灵活的可编程性，为系统实现提供可编程基础。联盟链异构数据库访问控制流程如下：

(1) 身份验证

数据访问用户提供CA 中心产生的公钥签名进行用户身份验证。

(2) 发送访问请求

数据访问用户发送数据访问请求并进行数字签名，联盟链根据用户的访问请求，将其转发到对应的服务接口。

(3) 进行访问授权

预置智能合约进行身份验证判断用户是否是合规节点，经过身份认证之后的合规节点可以触发预置智能合约的访问控制策略。根据其用户级别划分相应访问和使用权限，包括数据访问范围、访问时效及次数等。若数据访问用户和控制策略中的信息一致，则进行访问授权。

(4) 完成数据提取

系统调用智能合约从链上数据库获得数据集，发送给数据访问用户，完成数据访问流程。

4 总结与展望

我国经济发展已从高速增长时代转为高质量发展时代，实现高质量发展需要方方面面的转型升级，技术创新是破解转型难题的一项关键因素。为了激励技术创新领域的良性发展，构建更加完备的技术交易平台意义重大。本文针对目前传统技术交易平台存在的数据资源分散、交易过程难记录、交易结果难溯源等问题，提出了基于联盟区块链的技术交易平台设计方案。结合联盟链、智能合约、IPFS 分布式存储等技术，为问题的解决提供了新思路。通过构建各机构联盟链，实现技术资源整合共享。采用链上链下结合的数据存储方式，方便对交易信息进行追溯查证。利用智能合约自动执行的应用优势设计系统数据访问控制方案，防止访问时数据篡改和数据丢失，保证了联盟链内资源共享时数据的安全性和可靠性。区块链结合技术交易平台可以在最大程度上降低供需双方信息不对称，提高交易双方信任度，能够有效推动我国科技成果转化工作发展，提高科技成果快速转化效率。

在此基础上，平台的设计还可进一步细化，包括：（1）本文提出了3种适用于联盟链的共识机制，每种算法都有其相应的优缺点，在实际开发中需根据具体的使用场景进行选择。（2）技术交易平台联盟链涉及到多个主体，为了便于政策的执行，本文只将各地政府机构建立的技术交易平台加入联盟链节点，每个节点完全平等。但截至2020年市场上存在大量的民营技术交易平台，如若后续加入联盟链中，不同机构节点的权力、义务和法律关系等运行机制还需进一步的厘清。（3）区块链作为一项新技术，在数据安全方面还面临许多不确定性，后期在联盟链内加入监管机构节点，便于相关部门及时发现问题，防范化解风险，保障技术市场健康发展。