区块链在电子发票报销中的创新应用模式

李浩 ，李新，陈远平

1.中国科学院计算机网络信息中心，北京 100190

2.中国科学院大学，北京 100049

引言

电子发票作为国家税务工作中的重要一环，我国在政策上大力推进电子发票的实际应用。2015年，国家发布《关于推行通过增值税电子发票系统开具的增值税电子普通发票有关问题的公告》，公告正式在全国范围内推行电子发票的应用。2017年，《关于进一步做好增值税电子普通发票推行工作的指导意见》出台，意见进一步加大了电子发票的推广力度。2020年，《关于规范电子会计凭证报销入账归档的通知》中指出电子发票需要电子留档，从而规范电子发票的监控管理，助力税务工作有序开展。

作为税务电子化中的重要一环，电子发票是不依托纸质载体的数字化发票，凭借电子记录的方式在网上流通[1]。但电子发票的数字化信息在网上复制前后没有差异性，这导致其在推广应用过程中依旧存在不足之处。现阶段，这些问题还不能完全杜绝，人们主要通过管理上的手段来辅助解决[2]。在科研机构应用电子发票的场景中，本文重点关注的问题如下：

（1）由于不同院所的报销系统不统一，机构科研人员在不同院所外派工作时，电子发票存在重复报销的可能性。

（2）科研机构常采用电子台账系统管理电子发票，而常规的电子台账系统无法杜绝网络攻击对发票信息的恶意篡改，所以电子发票信息存在被篡改的可能性。

随着区块链的飞速发展，国家提出将区块链作为核心技术自主创新的突破口，区块链在我国的应用随即成为了研究的热点。在章庆[3]等人的文章中，作者基于联盟链设计并实现了一个债券市场应用，让区块链技术的优势得以在金融领域的债券市场中体现；在庄丽婉[4]等人的文章中，区块链技术被应用在了软件定义广域网领域(SD-WAN)，作者提出一种基于区块链的SD-WAN 业务系统，解决了以往SD-WAN 运营商锁定问题；此外，区块链技术也可用于信息溯源，如刘思瀚[5]等人的文章提出构建一个电动汽车电池的溯源系统，系统利用区块链信息可追溯的特性，实现了电动汽车电池生产全流程的信息溯源效果。区块链技术的应用研究还有很多，这里不作过多列举，但它们的重点都是利用区块链的优势解决各自领域中的问题。因此，在与行业结合的契机中，区块链蕴含着巨大的潜力。

本文面向电子发票在科研机构中存在的重复报销问题，结合区块链的创新思想，提出基于超级账本[6]技术的电子发票报销创新应用模式，并阐述区块链电子发票应用平台的构建思想，从而实现电子发票在区块链上的存储，完善电子发票在科研机构中的报销工作。

1 科研机构中电子发票报销工作

近些年来，电子发票的普及取得了不错的效果，国家推动“以票控税”向“信息管税”的转变也正成为新的税收模式。这也向科研机构中电子发票报销工作提出了新的要求。

1.1 科研机构中电子发票报销工作需求

随着科研经费逐年扩增，科研机构的电子发票报销工作呈现出避免重复报销，提高安全性的特点。

当下科研机构存储电子发票采用常规的电子台账系统，而这种台账系统存在外来攻击对存储信息篡改的可能性，无法实现电子发票信息的不可篡改，同时科研机构的组织体制通常是一院多所的模式，如中国科学院下属研究所负责众多领域的科学研究，但多方科研机构各自使用的电子台账系统却不统一。同时，科研机构之间的人员经常需要互相外派进行工作交流，而外派人员的差旅经费报销工作由科研机构承担，科研机构要求外派人员保留差旅过程中的相关消费凭证，即发票，在这一过程中，电子发票也是一种行之有效的报销凭证，且近些年来的推广应用越来越广泛。当科研人员持差旅消费的电子发票在不同科研机构之间外派时，由于不同科研机构之间电子发票报销系统的不统一，进而就带来了电子发票重复报销的可能性。因此，当下科研机构需要寻找新的技术方案来解决上述挑战。

1.2 区块链电子发票研究现状

随着区块链技术的兴起，区块链电子发票的概念逐渐成为了当下区块链应用研究的热点。2017年二十国集团峰会报告中指出各国应将区块链技术应用在税收工作中，实现税收工作中的重点政策目标，同年我国税务总局召开专题会议，提出积极拥抱区块链技术。

针对区块链电子发票的国外研究中，作者Ainsworth[7]提出结合区块链技术创建增值税电子发票系统的思想；Andrew Shact[8]等人提出了一个拥有75%共识性阈值的增值税区块链系统；国内研究中，杜莉[9]等人在Ainsworth 思想的基础之上，设计了一个适合我国国情的区块链电子发票系统。

本文在前人研究的基础之上，综合科研机构特有的组织架构，如中国科学院的院所组织架构，同时重点面向科研人员在科研机构中外派时的电子发票重复报销问题，提出应在科研机构中通过区块链构建电子发票报销系统，提升电子发票在科研机构财务工作中的安全水平，为科研院所等单位税务管理发展研究提供辅助参考。

2 区块链概述

2.1 技术简介

区块链技术起源于2008年，由《Bitcoin:a peer-to-peer electronic cash system》[10]一文提出。在区块链中，节点间以点对点的方式通信，整个网络根据分配机制产生数据区块，全网通过共识机制达成一致。区块链凭借密码学和时间戳技术保障数据的安全性，借助智能合约[11]实现业务的逻辑性，最终实现多方参与维护的共享数据库[12]。区块链有五大特性，分别是去中心化、时序数据、集体维护、可编程和安全互信[13]。凭借这些优良特性，区块链具有广阔的应用前景。

2.2 区块链技术架构

一般来说，区块链的技术架构整体可分为五层[14]，分别是数据层、网络层、共识层、合约层和应用层，如图1所示。数据层负责数据区块的信息存储，数据区块间以链式结构相互关联；网络层通过对等网络[15]的方式实现节点间的组网和通信，具体包含P2P 组网机制、信息的传播和验证机制；共识层负责全网数据的一致性，即网络中只存在一条合法的主链；合约层负责智能合约的可用性，具体包括智能合约、脚本代码和算法机制，当条件满足时，智能合约可以被执行，且不可被逆转；应用层封装区块链技术的应用场景，但目前区块链应用还比较少，数字货币是大众较为熟知的区块链应用之一。

图1 区块链技术架构Fig.1 Blockchain technology architecture

3 基于超级账本的电子发票创新应用模式

3.1 基于超级账本的电子发票业务逻辑图

如图2所示，开票方是开立电子发票的企业或者个人，受票方是支付款项并接收电子发票的科研人员，财务方是科研机构的财务部门工作人员，区块链电子发票应用平台是负责链上电子发票数据存储的功能性平台。平台采用联盟链的超级账本作为技术框架，多方科研机构作为节点组建区块链网络，网络的共识层采用工作量证明机制。以中国科学院的应用场景为例，分属机构加入网络需要得到中国科学院的授权，记账节点由联盟链成员之间互相协商产生。当科研人员在其中一个节点上传电子发票后，平台查阅电子发票是否已经存在，当不存在时，平台将电子发票信息上传到底层区块链数据平台，保证发票信息的唯一性。多方科研机构共同管理同一电子发票信息账本，从而避免科研人员在不同机构外派时的发票重复报销问题。与传统电子台账相比，平台不仅能监管电子发票的报销过程，借助于智能合约的自动运行，还能实现电子发票在报销过程中的可追溯性。最后，凭借区块链的密码学和工作量证明机制，平台能够保证链上电子发票信息的安全性。

图2 基于超级账本的电子发票业务逻辑图Fig.2 Logic diagram of electronic invoice business based on hyperledger

3.2 系统架构

基于区块链的技术架构，区块链电子发票应用平台的系统架构如图3所示。区块链底层平台负责维护链上电子发票数据的存储，保障发票信息的不可篡改性。其中，电子认证服务(Certificate Authority)负责网络中所有节点数字证书的发放和管理，并承担各个节点公私钥的合法性校验任务，为系统活动提供可靠性的验证服务。智能合约层负责用户业务逻辑的运行，主要包括七部分，分别是用户登录退出、发布发票、我的发票、发起报销、报销审计、签收报销、拒绝报销等服务。业务层负责区块链电子发票应用平台的后端服务。此外，业务层也能够向上为应用层提供可用的RESTful 接口，业务层的接口功能由两部分组成，分别是用户管理和发票管理功能。应用层采用jQuery+HTML+CSS 架构包装Web 应用，为用户提供良好的交互界面。

图3 系统架构Fig.3 System structure

3.3 系统实现与验证

3.3.1 系统智能合约接口设计

系统用户包括受票方和财务方，能够共同使用智能合约。智能合约主要包含七部分，分别是角色登录、发布电子发票、发起或签收用户报销、查询已发布电子发票、审计或拒绝用户报销功能。智能合约中接口函数定义如下：

login 函数：用户登入区块链电子发票应用平台。

pushInvoice 函数：受票方登入区块链电子发票应用平台。该接口将已开具的电子发票发布到系统中，底层数据平台将电子发票数据写入区块链。

queryInvoice 函数：受票方登入区块链电子发票应用平台。该接口能够查询受票方已发布的电子发票。

reimburse 函数：该接口能够将电子发票的发布状态转为报销状态。

acceptReimbursement 函数：财务方登入区块链电子发票应用平台。该接口能够将电子发票的报销状态转为已报销状态。

rejectReimbursement 函数：财务方登入区块链电子发票应用平台。该接口能够将电子发票的报销状态转为拒绝报销状态。

queryReimbursement 函数：财务方登入区块链电子发票应用平台。该接口能够查询所有已报销的电子发票。

3.3.2 区块链电子发票存储结构设计

电子发票的状态模型设计如图4所示。发票状态有四种，分别是发布状态、报销状态、已报销状态和拒绝报销状态。发布状态在受票方提交报销请求后转为报销状态，报销状态经财务方审计通过后转为已报销状态，当审计未通过时，报销状态转为拒绝报销状态，拒绝报销状态可以由受票方重新转为报销状态。图5 表示区块链电子发票存储结构的设计。属性分别为发票代码、发票号码、票面金额、出票日期、校验码、受票方名称、受票方识别号、开票方名称、开票方识别号、受票方开户行、开票方开户行、发票状态和备注。其中，通过发票代码、发票号码、票面金额、出票日期这四项信息，用户能够调用国家增值税发票查验平台接口对电子发票进行辨伪。

图4 发票状态模型Fig.4 Invoice status model

图5 区块链电子发票存储结构Fig.5 Blockchain electronic invoice storage structure

3.3.3 系统验证

不同科研机构作为区块链电子发票应用平台的节点加入网络，如中国科学院下属各研究所经过授权后加入网络。整个网络通过共识机制运作，并凭借形成的算力实现数据的安全性保护。科研机构通过平台实现对电子发票的管理，完成科研人员日常差旅等的报销工作，从而避免电子发票在院所间的重复报销问题。

（1）区块链电子发票上传

科研人员以普通用户身份登入区块链电子发票应用平台。如图6所示，科研人员点击“发票上传”按钮，然后录入电子发票的信息。在发票信息被提交后，电子发票的状态将被转为已发布状态。

图6 区块链电子发票上传Fig.6 Blockchain electronic invoice upload

（2）区块链电子发票查询

区块链电子发票查询分为两个模块，一是普通用户角色的发票查询，二是管理员角色的发票查询。普通用户为科研机构中持电子发票报销的科研人员。在登入系统后，用户点击“我的发票”按钮，系统会显示该用户发布的全部电子发票，显示内容包括发票号码、发票状态、发布人和操作。操作分为详情和发起报销，用户点击“详情”按钮会显示当前发票的所有信息，而“发起报销”按钮用于当前发票报销请求的发起。管理员为科研机构中负责报销审核的财务人员。在登入系统后，管理员点击“我的发票”按钮，系统会显示管理员已受理过的全部电子发票，管理员通过点击“详情”按钮来查看每张发票的具体信息。普通用户角色的发票查询如图7所示。

图7 普通用户角色的发票查询Fig.7 Invoice query for common user roles

（3）区块链电子发票报销

在普通用户发起报销后，管理员登入区块链电子发票应用平台，系统会显示所有需要受理的电子发票。当管理员点击“签收”按钮后，发票状态将由报销状态转为已报销状态。当管理员点击“拒绝”按钮后，发票状态将由报销状态转为拒绝报销状态。管理员角色的发票报销如图8所示。

图8 管理员角色的报销签收Fig.8 Reimbursement sign for administrator role

（4）平台的安全性

区块链电子发票应用平台建立在多方科研机构所组建的区块链网络基础上。发票数据的上链过程由授权节点完成，区块链网络的共识机制采用工作量证明算法。平台的安全性主要由两部分组成，一是数据存储的安全性，二是网络消息传输的安全性。在超级账本中，数据存储的安全性由工作量证明算法保障。目前，大量的研究已经证明了该算法的高安全性。而网络中对等节点间的传输采用高级加密标准算法技术。该技术目前已经在军用无线网络通信，电子商务安全协议，硬盘数据加密等领域都取得了很好的应用效果。经过二十年左右长期的实践，该技术已经被证明在消息加密过程中具备高安全性。因此，平台能够保障对等节点间通信的安全性。综上所述，平台的设计具有较高的安全性。

4 展望与下一步工作

本文提出了一种基于区块链的电子发票应用平台。该平台通过扩展区块链的应用场景，能够解决多方科研机构中电子发票重复报销的问题。在介绍系统架构的同时，本文阐述了系统中智能合约、发票状态模型、发票链上存储结构的设计，并给出了相关关键技术的实现与验证。平台不仅能保障电子发票信息存储的安全性，而且也能够解决电子发票在科研机构中存在的重复报销问题。平台关键技术研究中的系统架构、区块存储、状态模型，以及基于此研发的工具可扩展应用于其他票据领域。最后，在实际的报销工作中，我们观察到一张电子发票能够透露出个人很多的敏感信息，如买卖双方的交易记录、电话号码、银行账户等。下一步，我们考虑融合AES 和RSA(一种非对称加密算法)两种密文算法，在基于区块链的电子发票信息隐私保护方面做一些研究工作。我们希望能够将电子发票的电子文件进行混合加密，最终电子发票将以加密文件的形式存储在数据区块体中。通过数据区块头信息中的发票哈希值，电子发票对外实现可用不可见的效果。这一过程将只允许授权的用户或者科研机构节点访问电子发票的原件，从而保障电子发票在报销中更加安全、便捷。

利益冲突声明

所有作者声明不存在利益冲突关系。