基于NFT 的税务电子发票防伪系统研究

马 冉，杨孝天，李 江，阙培斯，曾一洪，高 飞

（西藏大学信息科学技术学院，西藏拉萨 850000）

随着国家大力发展税务平台与网络支付用户的逐年上涨，电子发票逐渐成为主要的消费凭证，发票无纸化是当今发展的趋势[1]。由于目前存在的电子发票中真伪性、安全性、完整性等问题和目前电子发票系统中存在的重复报销[2]、管理难度大、信息不对称、信息孤岛问题[3]，文献[4]提出财务机器人处理报账系统，该系统可以代替做重复、简单的工作；文献[5]提出基于国密签名算法的电子发票公开验证架构，提出发票防伪签名码，实现多重数据核验和签名；文献[6]提出基于区块链技术的电子发票防伪追溯研究，设计了模型和管理流程；文献[7]将联盟链和发票结合，设计了框架，实现发票数据共享。

区块链电子发票以信息不可篡改和全流程完整追溯的特征得到高度关注[8]，由于目前对于基于区块链电子发票平台[9]研究主要集中于税务平台，对于NFT 电子发票系统与电子发票相关研究并不多，故而文中将电子发票结合NFT 技术，提出了基于NFT的税务电子发票防伪系统，该系统具有可溯源、不可篡改、数据永久存储、唯一等特性，将其应用于电子发票系统中，以达到以下目的：①防伪、降低管理难度，提高用户信息安全、真实反馈消费信息；②发票的来源可追溯、发票入账信息透明公开、避免一票多报；③智能扣税、提高报销的效率、减少人力成本，推动报账系统的高速发展。

1 基本概念

1.1 NFT

1）NFT 的特性如下：

①不可互换性。NFT 是一种特殊的加密货币[10]，但具有与比特币、以太币等加密货币不同的特点，由于NFT 可能代表不同的基础资产，例如房子和画作，故其不能代表不同价值，不具有互换性；

②不具有统一性。统一性类似于人民币，百元人民币编号虽然不同，但由于其面值都是百元，可以直接交换，因此具有统一性。相对于非同质化代币而言，每个代币都不同；

③不可分割性。同质化代币可以分割，例如百元人民币可以拆分为50 元、两张20 元和10 元，拆分之后与拆分前价值相同。但是NFT 不可拆分，其基本单位也是一个代币；

④可验证性。可以公开验证NFT 的所有权；

⑤防篡改性。NFT 数据存储于区块链上，不可以篡改数据。

2）NFT 的协议标准[11]。ERC 是Ethereum Request for Comments（以太坊征求意见提案）的缩写。同质化代币的协议为ERC-20，若两种代币协议都是ERC-20，则可以进行交换。非同质化代币在ERC-721 标准中使用更加广泛，具有可继承性。

1.2 多重签名

多重签名目前多应用于资产管理[12]，在多重签名机制中，使用椭圆曲线数字签名（ECDSA）密码机制，用于保证报账资产的安全，防止资金被盗。在多重签名的M-N 模型中[13]，N个用户为一个资产签名，当签名数量达到M时，可以进行交易。其中双重签名中必须两人都同意才可以使用资金，同时第二个签名者可以对签名进行审核。目前，多重签名运用于电子商务进行交易、财产分割、资金监管等。

2 系统设计

文中将电子发票防伪与NFT 相结合，基于NFT技术框架的电子发票整体架构如图1 和图2 所示。电子发票系统架构由应用层、服务层、合约层、共识层、网络层、数据层组成。

图1 基于NFT的电子发票防伪系统图

图2 基于NFT的电子发票防伪系统底层架构

应用层通过构建NFT 电子发票服务平台为税务部门、收款方和付款方提供相应发票服务；服务层在平台运行过程中，为收款方和付款方提供开发票、电子发票溯源服务，为税务部门提供电子发票数据管理、数据管理等操作；合约层将电子发票中相关信息、扣税标准、NFT 生成规则、NFT 转移规则等录入区块链的智能合约之中，再通过预先设置触发条件和响应条件来执行NFT 电子发票相关规则，提高执行效率，减少人为干预；共识层采用权益证明机制[14](Proof of Stake,PoS)和股权委托证明机制[15]（Delegated Proof of Stake，DPoS）。DPoS 在PoW 与PoS 基础上提出通过投票方式确认共识，能量消耗低；网络层保证记账功能可以很好地运行，其基于P2P（Peer-to-Peer）网络机制、身份验证机制。在全网节点进行广播达成共识，生成区块；数据层是区块链的最底层，包含了数据区块、结构等数据特征，确保了区块不会篡改。

2.1 多重签名应用于审核

文中采用Bellare-Neven(BN)Multi-Signature 多重签名算法[16]，该算法是一种安全的多签名算法。已知椭圆曲线E 和点G，电子发票多重签名生成过程如下所示:

步骤一 开票方和收票方通过线下或者线上等平台确认发票信息，包括时间戳、金额、数量，收票方提供发票抬头、税号等信息；

步骤二 开票方公钥X1=x1G，税务部门公钥X2=x2G，其中x1、x2分别为开票方和税务部门的私钥；

步骤三 计算R，R=R1+R2，其中，Ri=ri*G。

步骤四 计算公钥的哈希函数值：L=H(X1‖X2)，其中，H为哈希函数；

步骤五 开票方对发票信息进行签名，签名信息为(R1,s1)，其中s1=r1+H(X‖X1‖R‖m)x1，m为待签名消息；

步骤六 将发票信息、随机数ri、签名信息通过NFT 电子发票系统安全传送至税务；

步骤七 税务部门对于发票信息以及开发票方的签名信息进行审核，审核内容为s×G=R+H(L,X1,R,m)×X+H(L,X2,R,m)×X；

步骤八 税务部门对发票信息进行签名，最终生成签名信息(R,s)；

步骤九 将签名信息以及发票信息生成NFT 标识，生成最终的防伪标识。

电子发票多重签名的流程图如图3 所示。通过赋予approvers 一个可以批准交易的地址数组，赋予transfer 一个可以跟踪转账的方法，并在映射结构获取待批准交易地址，进行approvers 初始化，审核交易信息是否合法；通过getTransfer()方法获得所有待审核信息，getapprovers()完成审核。

图3 电子发票多重签名的流程图

2.2 NFT应用于电子发票

NFT 制作流程如下：

步骤一 铸币tokenid。tokenid=H(invoice)，其中invoice 为代币电子发票信息，H为处理函数，tokenid为发票唯一标识。

步骤二 代币化。在以太坊公链上进行NFT 智能合约部署，制定协议标准ERC-721，通过tokenUrl来标识电子发票的唯一id。其中tokenid 和tokenUrl一一对应，具有唯一属性。NFT 持有者将其写入链中便可获得NFT 的唯一id。

步骤三 查看与修改。①查看：通过NFT标识在链上查询相关电子发票信息，通过系统还原电子发票信息②修改：重置tokenid 所对应内容，转让NFT 所有权。

NFT 应用于电子发票实现流程图如图4 所示。在开票方和收票方都确定交易信息的情况下，将发票结构包括时间、客户地址、金额、数量等信息存入区块链中，双方确认之后生成发票信息，开票方在签名之后将发票信息、签名等信息通过NFT 电子发票系统传递给税务部门，税务部门在接收到信息后，进行审核和签名，再由系统将其信息生成NFT 防伪标识，开始铸币，NFT 完成铸币并将存储在区块链上，将NFT 所有权传递给收票方，通过设置tag 来标识是否报销，同时tag 标志改为TRUE，发票的生成环节结束。收票方可以依据电子发票进行报账，纳税人和纳税部门可以进行审核操作。

图4 NFT电子发票实现流程

3 实验结果

图5 所示为添加发票信息界面，添加客户地址和发票金额、开票日期、纳税人抬头等信息，点击创建后，发票信息添加了开票方签名，通过系统传送到税务部门进行审核。

图5 添加发票信息

如图6 所示，收票方可以通过获取未报销的发票获取当前信息，信息中包含客户编号、金额等。

图6 查看未报销的发票

如图7 所示，税务部门审核发票信息，通过审核仿真，点击通过，其中1表示审核通过，0表示未审核。

图7 税务部门审核

文中将基于NFT 的电子发票系统和其他系统进行比较，结果如表1 所示。表1 中，√代表该方案具有某功能，×表示不具有某功能。

表1 文中方案与同类方案安全功属性

多方验证：开票方的有效签名表明发票信息经过发票方核验。

抗攻击性：开票方和税务部门在确定其有效性后进行签名验证，可以做到抗攻击。并且在发送过程中，发票信息、随机数、签名信息经加密传送至税务部端，在验证完成且签名之后，将信息生成NFT 标识，能够保证发票信息的唯一性防止攻击。

抗泄露性：文中发票系统通过椭圆加密算法将信息进行加密，之后进行信息传递，椭圆加密算法可以有效的防止信息泄露。

隐私保护：文中将发票数据中的私密数据通过加密方式存储和流转。发票抬头中单位可以使用私钥完成解密，获取发票内容，以完成后续报销。

唯一性：发票中的随机数、时间戳、最后生成的NFT 编码都保持发票的唯一性。电子发票开具时间增加时间戳防止伪造发票。

4 结论

文中基于报账系统存在的问题与电子发票的涉密信息等，提出基于NFT 的税务电子发票的防伪系统研究。使用NFT 技术解决目前电子发票中存在的发票重复报账、发票信息不能够真实反映消费情况、孤岛问题、信息不对称等问题；通过判定NFT 来确认电子发票的真伪性。对于发票重复使用的情况，也可以通过NFT 标识进行查询。通过溯源可查到发票的所有信息，包括消费者、商家、纳税者、税务部门等信息。文中提出可以通过智能合约进行扣税，通过增加相关条件进行扣税操作，可以达到操作公正透明、降低人力资本、简化目前纳税方式的目的。