基于区块链的电子发票系统研究.pdf

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1、信息安全研究卷第謂 年月 基于区块链的电子发票系统研究张庆胜刘海法（航天信息股份有限公司技术研究院 北京 ）（ ） ） ， ， ， ， ， ， ， ， ； ； ； ； ； 摘要电子发票的大规模应用促进了经济和社会的发展，但也存在一些 问题 ，如电子发票的重复报销等区块链技术应用 于电子发票，可有效解决电子发票实际使用 中的问题，从而实现电子发票数据的共享、确权、真实和信任的四大特性 介绍了 电子发票应用情况， 阐述了 区块链技术，描述了 区块链应用 于电子发票的几个关键技术问题 最后 ，还对基于区块链的电子发票系统进行了设计和研究 关键词 区块链； 电子发票 ； 去中心化 ；共享 ；安全； 算

2、法中图法分类号 随着电子商务的快速发展， 电子发票应运而制约了电子发票的进一步推广应用生相对纸质发票， 电子发票在发票开立、 申报、 留为进一步适应经济社会发展和税收现代化建存和成本等多方面有着诸如实时性、交互性、低成设需要 ， 国家税务总局在增值税发票系统升级版本和易存储等特点基础上，组织开发了增值税电子发票系统，航天信年 月 国家税务总局施行网络发票管息股份有限公司与京东集团合作， 于 年 月理办法，并于当年在北京、上海等 个城市开底成功开具了全国首张升级版电子发票 ， 并从展首批电子发票试点 但由于各地区电子发票技 年 月 开始在北京、上海、 浙江和深圳试点术、业务标准不统一，应用模式差

3、异较大 ， 客观上 年 月 ， 国家税务总局发布了关于推行通收稿日期 ： ？漏誦丨 丨 丨 丨 丨 过增值税电子发票系统开具的增值税电子普通发早出现于 年中本聪（）的白票有关问题的公告， 自 年 月起全面推皮书，其中作者给出了比特币的概念：一种点对点行通过增值税电子发票系统开具的增值税电子普的电子现金 系统， 这一系统允许交易双方不通通发票 增值税电子发票可以人账报销， 意味着电过第三方金融机构而直接在线支付应该来说， 比子发票的全面实施 作为最大的电子发票提供商，特币是目前区块链技术最成功的应用案例航天信息股份有限公司已经为 万户企业开具约 区块链技术架构 亿份发票，业务覆盖 个省， 为 万

4、用户提典型的区块链技术架构如图所示供发票服务 ，年发票流程量大于 亿张 ） 核心技术组件电子发票在大规模应用的同时，也存在一些核心技术组件包括区块链系统所依赖的基础问题 比较典型的就是电子发票的重复报销问题， 组件、协议和算法， 进一步细分为通信、存储 、安全这主要由于电子发票具有数据复制的完全无差性机制 、共识机制 层结构引起， 目前主要通过管理手段辅助解决，但不能完通信： 区块链通常采用 技术来组织各个全杜绝此类问题的发生网络节点， 每个节点通过多播实现路由 、新节点识别和数据传播等功能区块链简介存储 ： 区块链数据在运行期以块链式数据结构存储在内存中 ，最终会持久化存储到数据库中区块链（

5、 ）？是一种共享的分布式对于较大的文件也可存储在链外的文件系统里，数据库技术 ，具备 个基本特性 ：去中心化（ 同时将摘要（数字指纹）保存到链上用以自证 ） 、去信任（ ） 、 集体维护 （ 安全机制 ： 区块链系统通过多种密码学原理 ） 、 可 靠数据库 （ 进行数据加密及隐私保护 对于公有链或其他涉）可以简单地把区块链理解为一种完整的、 及到金融应用的区块链系统而言， 高强度高可靠不可篡改的、多方参与和监督的账本记录方式的安全算法是基本要求，需要达到国密级别 ， 同时比特币依赖于区块链作为底层支撑技术 ，最在效率上需要具备一定的优势核心、应用组件 配套设施麵机制成 开发环堵核心技术组件獨

6、；、运工作量证明权益证明股份授权使用拜占庭 哈希筇法数据加密数字签名岑知识证明 夺丨 丨 数据库文件系统 多播 图 区块链技术架构图网址： 信息安全研究卷 期 年月 共识机制 ： 是区块链系统中各个节点达成一 法、身份认证和权限管理等几个关键技术问题致的策略和方法，应根据系统类型及应用场景的 共识算法不同灵活选取？共识算法是分布式账本为了使得所存储信息） 核心应用组件 的准确性和一致性设计的一套机制， 机制的设计核心应用组件在核心技术组件之上 ， 提供了主要由业务与性能的需求确定 比特币使用的工针对区块链特有应用场景的功能， 允许通过使用作量证明 （ ） 共识机制激励节点进行挖矿行编程的方式发

7、行数字资产，也可以通过配套的脚为 ，这需要耗费大量的算力和能源 ； 另外 共本语言编写智能合约 ，灵活操作链上资产通过激识算法下的区块链系统并发处理能力弱 ， 即使将励机制维系区块链系统安全稳定运行对于联盟挖矿难度值降到最低（ 即增大哈希运算目标值） ，链和专有链，还需要有配套的成员管理功能并发量也很难有所提高， 同时还会导致区块链分 ）配套设施叉的现象大规模出现区块链作为典型的分布式系统， 在研发阶段在电子发票系统中，节点数量少 ，各个节点的需要具备与之配套的开发测试工具和环境 在生产可信度高，受到控制的节点对数据进行记录是节阶段 ，需要建立相应的运维体系和运营管理功能点的义务，不必以工作量

8、证明的挖矿机制来形成在部署层面，区块链系统可以部署于单台服记账共识，可采用效率高的共识算法如随机竞争务器上 ， 以单台服务器作为区块链网络中的 个分配机制等？节点加人 也可部署于多台服务器上， 以服务器集 密码算法群为单位作为区块链网络中的 个节点加入 后从信任的角度来看， 区块链实际上是数学方者可以提升节点的稳定性和吞吐量 ， 更适用于那法解决信任问题的产物？ 过去 ，人们解决信任问题些对节点可用性有较高要求的共识机制可能依靠熟人社会的“老乡”、政党社会的“同志”、 区块链构建分类传统互联网中的交易平台“支付宝 而区块链技目前区块链按照构建模式，主要分为公有链、术中 ， 所有的规则事先都以算

9、法程序的形式表述私有链和联盟链，具体说明如下：出来 ，人们完全不需要知道交易的对方是“君子” ）公有链还是“小人”，更不需要求助中心化的第三方机构无官方组织及管理机构 ，无中心服务器，参与来进行交易背书 ， 而只需要信任数学算法就可以节点按照系统规则自 由接人网络 ，不受控制 ，不受建立互信？ 区块链技术的背后 ，实质上是算法在为权限、节点间基于共机制开展工作人们创造信用，达成共背书 ） 私有链在区块链系统内，所有权验证机制的基础是建立在某个企业或机构内部， 系统的运行规非对称加密算法， 常见的非对称加密算法包括则根据企业或者机构要求进行设定 ， 修改甚至是八，丨 ， （： （椭圆曲线加密算法

10、）等读取权限仅限于少数节点 ， 同时仍保留着区块链 基于椭圆曲线密码算法， 中国于 年 月 发的真实性和部分去中心化的特性布了 非对称加密算法 ， 国密）联盟链算法的相继发布 ， 标志着我国 自主知识产权由若干机构联合发起，介于公有链和私有链 体系的形成？ 作为税务行的重要信息系统 ，基于之间 ，具有部分去中心化的特点 ，并保持了区块链区块链的电子发票系统采用国密算法 ， 对于建立的其他特性 自主可控、安全可信的国家网络安全体系具有重要意义区块链应用于电子发票的几个关 身份认证键技术问题电发：票的信息包含授票方和收：票方？的隐私 ， 因此记录了发票信息的区块链访问需要严格共识机制和安全机制是区

11、块链的核心技术组控制 符合特定身份的节点或用户才能够参与到件 ，现结合电子发票应用 ， 描述共识算法、 密码算系统中来 ，这里的身份是指参与到区块链系统中 川 记录链上数据的节点身份结合电子发票 目前的能确权导致的重复报销问题等等 只允许税局和实际应用情况 ， 可搭建针对电子发票业务的联盟少数电子发票运营企业或用户加人区块链， 构建区块链系统，与公共区块链系统不同，联盟性质的电子发票的联盟链 ，促进电子发票的应用和发展区块链上的节点数量有限 ，且行为需要得到绝对 区块链技术应用于电子发票的优势特点控制从电子发票业务的区块链来看 ，系统中主要电子发票作为企业和个人的计税主要依据，包括税局和航天信

12、息等少数几家公司控制的节具备电子凭证的特点，通过互联网数据媒介，记录点 ，不是每一个想加人系统的节点都能够加入 联着企业收入支出情况 ，也记录着个人消费依据 ，可盟链新增节点的行为必须受到联盟成员的严格控以作为一种有价凭证， 同时也可以认为是一种数制 ，访问联盟链的节点或用户必须是联盟成员 ，非字资产系统中的节点不允许对链上的数据进行任何操作 区块链技术应用于电子发票系统 ，可以具备预计整个系统完成后， 参与到系统中充当区以下几个方面优势特点：块链节点的节点不会超过 个， 在这样的数量 ）共享级下 ，节点的新增等行为要求能够受到严格的控对于全社会流通的电子发票，应有一定的共制 ，管理不会过于困

13、难 在建立系统的过程中充分识基础，及对电子发票的产生机制、存储方式、流考虑这样的实际需求，对访问系统的用户进行身转策略和共享模式都应具有一定的安全策略， 实份认证现共享特性权限管理 ） 确权经过身份认证的可信节点或用户 ， 才能进人在电子发票的产生和存储过程中， 保证电子到区块链系统， 之后系统中的超级管理员对其权发票信息的唯一性，并能够实现对其确权认证限进行配置和管理 但是不同电子发票运营企业） 真实（ 目前主要有航天信息等少数几个企业）所属的节企业或个人电子发票，应可以实现数据共享，点对系统操作的权限不同 ，一方面为了保证开票可完整地记录电子发票在税务机关、企业或个人方的隐私， 另一方面为

14、了便于管理，权限的合理分收人、支出时所产生的数据信息 ，并且这些数据信配十分重要 例如 ： 公司的节点不能够查看 公息在此产生过程中和存储过程中不可篡改和丢失司节点记录的敏感信息， 只有拥有相应密钥的节 ） 信任点或用户才能够对相应的信息进行解密 对权限的区块链具有共享共识的特性， 从技术层面上分配依赖于业务层面的实际需要，划清权限，形成建立起不同企业、机构和个人之间的信任自上而下的权限树，对系统的管理具有重要意义 基于区块链的电子发票系统网络模型权限管理主要依赖于对系统接口 的整合， 如结合区块链技术， 构建一个具有公有网络的写人接口 、读取接口等等 ，不同等级的节点或用户联盟链模式的电子发

15、票区块链，在这个区块链中，拥有不同的权限 ， 即将接口划分为几个集合 ，分配引人税务机关进行区块链制度上的监管机构 ，并给对应的节点使用 电子发票系统的业务角色主由税务机关统一制定区块链的运行标准和合约条要有税局 、电子发票运营企业、开票企业和个人用件， 区块链上的各节点和加人者都必须按照事先户等 ，需要明确每一种角色应该具有的功能和权制定的交易规则参与和运行限 ，根据不同角色的权限对接口再次封装 ，形成对所构建的电子发票区块链中 ，第三方服务平应于不同角色的不同接口集合台具有税务机关颁发的税务数字证书， 并作为区块链发票的产生者， 负责发票数据的真实性和有基于区块链的电子发票系统研究效性；

16、区块链上的每个节点按照事先预定的相关发票业务的共识算法进行自行运转 ， 维护区块链电子发票与区块链技术相结合能有效解决目正常运行，并负责分布式记录发票账本这样就可前电子发票在使用中存在的一些实际问题， 如电以在区块链中形成不可篡改 、不可抵赖 、可追溯、子发票以电子文件的形式存在，可以无限复制， 不可査阅的分布式发票管理系统网址： 信息安全研究第 卷第 朗 年 月 ： ？ 图 为基于区块链的电子发票系统网络模供的电子发票具体业务 ， 接口 的使用权限必须由型， 由 管理系统负责开票企业的接人管理，可区块链授权使用 ， 未经授权的企业或者个人由税务机关授权开票企业，颁发税务数字证书 ，允均无法通

17、过应用接口获取对应数据 区块链中的许开票企业作为电子发票区块链的发票产生节共识算法和智能合约功能是区块链正常运算的核点 在区块链接口授权管理层中 ，可以通过验证企心算法，各个存储节点均必须按照事先设定好的业接入区块链的数字证书权限自动开通相应的接共识机制和智能合约条件执行相应的操作流程口权限，接口权限由发票产生 、发票查验、授票获分布式存储系统实现了各个存储节点的数据存取、发票人账和发票检索等主要接口组成 区块链储， 每个存储节点可以按照实际需要实现全备份中的各种应用接口 ， 主要实现区块链系统所能提或者部分备份存储机制企业级电子发票开票系统业务故用区块链数据接权限符理发票产生 发票佶，？ 授

18、票佶， 发票入账 发票息 其他发票，？接骑获取检索接等区块链系统共识 智能算法 合约分布式存储系统？越于的分布式网络图 基于区块链的电子发票系统网络模型图 基于区块链的电子发票系统设计对数据的分布式记账存储功能 第三方服务商可由于电子发票自产生、流转 、存储和报销所涉通过在税务机关授权 证书的情况下， 加人区及较多政府机关和社会机构 ， 因此可设想，将税务块链作为电子发票产生节点 ， 并作为区块链发票机关作为区块链共识算法制度管理者 ， 或可引入产生者 ， 负责将开票企业间接接人到区块链系统财政部门 、档案管理部门 、 消协部门或审计部门等在电子发票产生的过程中 ， 企业或第三方服务商作为电子

19、发票区块链的监管机构 ，授权电子发票需要使用自己的私钥对电子发票数据进行加密和第三方作为区块链节点发票产生者 ，并负责开票签名 ， 并保证电子发票的唯一性； 同时， 企业也可企业电子发票业务 ， 如电子发票开具、上传、查询作为发票报销入账的发起者， 通过第三方服务商和报销人账等 ，并对社会公众提供电子发票查询系统向区块链发起报销人账请求操作， 第三方服业务务商在区块链中查询相关电子发票信息 ，实现入电子发票区块链网络示意图如图 所示， 第账报销操作 ，并及时回写给区块链系统， 区块链系三方服务商基本功能相同 ，监管部门不属于电子统负责在区块链发票主链中追加发票状态信息，发票生成者， 只负责系统

20、的运行和制度监督者 图实现发票状态实时更新 另外， 由于区块链系统具 中 ， 区块链节点为区块链的主要节点，实现并负有不可篡改性和确权性，可以授权第三方服务商向责区块链的共识算法和智能合约的执行， 并实现社会公众提供查验接口获取区块链上的发票数据 麵顯顯 ？票企业开票企业发 务机关授权开票企业 发票杏询、发许询 发票产屮丨 模式授权企业加入区块链，、 发票杳询 作为电子发票产生节点授票企业、获取发票数据 、一、公众电子、购发票入账状企： 方？务台丨数据第方服务？台 点节点， 、丨、岭、了：士：政府随部门， 如税务机关 、，、乂，！第二力服务，丨台， 、一一一一、！点之间按照丼识算法和，一一一

21、制定合约机制进行运转丨据査验等！电子发票区块链第三方服务平台第三方服务平台区块头信息：区块头倍息： 区块头信息： ） 父节点哈希值 ）父节点哈希值 ） 父节点哈希值） 本次交易哈希值） 本次交易哈雜） 本次交易哈希值） 交鉍记录索引编 ）交易记录索引编号 ） 交易记录索引编兮） 本次交易数字签名 ）本次交易数字签名 ） 本次交易数字签名） 本次交易时间戳）本次交易时间戳） 本次交易时间戳） 本次交易随机数 ）本次交易随机数 ） 本次交易随机数） 本次交易记录大小 ） 本次交易记录大小 ） 本次交易记录大小）区块数据主体 ： 区块数据主体 ： 区块数据主体 ： ） 开票企业信息 ）幵票企业信息

22、） 开票企业倍息） 授票企业信息 ）授票企业信息 ） 授票企业信息） 发票主体信息 ）发票主体信息 ） 发票主体信息） 发票版式文件）发票版式文件 ） 发票版式文件） 企业公钥信息 ）企业公钥信息 ） 企业公钥信息） 数据块？数据块？（数据块 ；？电子发票存储区块图 基于区块链的电子发票系统网络示意图发展 ，但也存在一些实际问题， 如电子发票以电子结束语文件的形式存在，可以无限复制 ，不能确权导致的重复报销问题等等 区块链技术应用于电子发票，电子发票的大规模应用促进了经济和社会的可有效解决电子发票实际使用的问题，从而实现网址 信息安全研究第 卷 期 年 月 电子发票数据的共享、 确权、 真实和信任的四大 什么 是区块链 （ ） 特，性 ： ？ ： ： 参考 文 献 国家税务总局 国家税务总局令第 号 （ ） ： 张庆胜 高级工程师 ，主要研究方向为网络安全？ 国家税务总局 国家税务总局公告 年第 号 （ ） ： ， ：？ 刘海法 研究 员 ，主要研究方向为项 目 管理、 网络 ， ？ 小安全考？ ： ： ，