文/人民银行广州分行清算中心 李双飞
在支付服务中，无论是汇兑还是消费支付，每笔支付业务都包括信息传输、差错处理和会计记账三个主要的流程，其中在二代支付系统中，支付信息在金融机构之间通过城市处理中心交互完成后，由中央银行会计核算系统对所有交易进行集中记账，通过集中处理完成清算；而以区块链技术为基础的分布清算则不会使用星型的网络拓扑架构，以公链、行业链或者私链的方式传递价值信息，采用公开账本的形式通过共识程序在全网记录所有交易信息，价值传递和记账处理可以同步进行。
一、集中式清算和分布式清算的简要介绍
本文所述的集中式清算机制是指通过中心节点进行交易信息的传递和记账，典型应用是支付系统和证券交易结算，如果客户A向客户B支付一笔费用，那么A 通过网银或者支付工具连接A所在的付款银行账户，付款银行将支付信息通过支付系统(城市处理中心)发给客户B的收款银行，双方确认信息后，交易双方的银行和城市处理中心都会交易记账，银行在其核心系统中对交易客户记账，最后由中央银行会计核算系统在固定时点完成交易双方银行间资金的清算。
在集中式清算方式下，账户是清算业务的基础，客户的银行结算账户是按照中央银行的制度规定在商业银行开立，商业银行核心系统对账户性质、户名和金额等做详细登记，由法律保障账户的真实性，也是国家金融秩序的根基。
在集中清算的处理过程中，清算中心处于中心节点的地位，分别将收付款信息传输给双方的银行，双方确认交易信息后，商业银行再对客户在其核心系统中的账户进行出账或入账处理，如果发生误操作，可以发起冲正操作，最后由中央银行会计核算系统对银行间资金进行记账处理，从而完成最终的资金清算。在二代支付系统的大小额支付系统中，支付保证金由商业银行在中央银行开立的备付金账户中清算，由中央银行备付金管理制度来确保资金流转的通畅，并在交易双方出现纠纷时起纠错和仲裁的角色。
本文所述的分布式清算机制是指分布式共享总账的清算方式，典型应用是比特币的支付，如果客户A 向客户B 支付一笔费用，那么A 的计算机可以构造一个支付交易TX，将交易TX 扩散给网络中其它节点，每个节点都接受包括自己在内的各节点产生的TXs，挖矿节点对接受到TXs 按时间片归集，对当前时间片区内的TXs，进行验证和打包(批处理)，每个节点也验证和接受批处理后的结果，验证通过分别独立保存到自己的账本，如图1所示。
图1分布式交易记账机制
在分布式清算机制下，区块链公链的网络记账者是节点，节点负责把数据记录记到数据区块里，为了鼓励节点记账，系统会按照规则随机地给记账的节点进行奖励。节点把交易数据创建成区块，同时这个节点可以获得交易费，一个区块就相当于一页账簿，每笔数据在账簿中的记录可以自动按时间先后排列，时间戳的引入使数据区块形成了梅克尔树式的结构，这个结构使各个区块通过时间线有序连接起来，形成了一个区块的链条，因此称为区块链。
区块按时间的先后顺序排列使得账簿记录具有唯一性、连续性和可追溯性，每笔数据记录有时间标签，使得每笔数据记录都具有唯一性，数据记录在区块和区块上的哪个位置上发生可以精确定位和回溯，区块链网络根据共识规则能够有效地验证某条数据记录的真实性。由于区块链网络是公开的、共识算法时是开源的，这意味着任何一个节点发生的交易数据，都会被新的接受节点验证和记账，如果想要制造一个假的数据记录或者双重支付，就必须在区块链上被大部分节点验证通过和记录，在此过程中，只要最长的那条链被诚实的节点所控制，所以想要修改过去的数据记录，首先就要从头构造出一个长度比最长的那个还要长的链条，在这个新的链条超过原来的那个链条后，才能制造双重支付的虚假数据。然而随着时间推移，交易数据在被不断地验证，制造新链条的难度都是呈指数级上升。
二、技术特点的比较
现阶段商业贸易、证券资产交易清算支付都要借助于银行，通过中介进行交易的方式要经过开户行、对手行、央行。在此过程中每一个机构都有自己的账务系统，商业银行针对客户有一套账务系统，中央银行针对商业银行拥有一套账务系统，银行二元体系架构就此形成，彼此之间需要建立代理关系；每笔交易需要在本银行记录，还要与交易对手进行清算和对账等。
与集中支付体系相比，区块链转账支付交易可以在双方直接进行，不涉及中间机构，也可以通过支付服务商，如比特币兑换主权货币通过交易平台，这些交易平台业务性质类似于银行，提供账户既包含主权货币、比特币，交易时只改变账户数量信息，没有发生实质上的区块链交易移动，因此不管哪类交易情况下部分网络瘫痪也不影响整个系统运行，在数据传递和记账登记上稳定性高于双中心的架构。
如果银行可以基于区块链技术构建一套共识度高的金融交易协议，为用户提供实时交易清算服务，则不需要金融专线网络和系统维护成本，交易将会变得便捷和成本低廉。分布式清算对比集中支付体系，主要有以下几方面的技术特点：
1、记账模式的差异
区块链的公链系统是由大量节点共同组成的一个点对点网络，不存在中心化的硬件或管理机构，任一节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点共同维护，且任一节点的损坏或者失去都不会影响整个系统的运作。区块链中每个节点都必须遵循同一记账交易规则，而这个规则是基于密码算法而不是信用，这样的交易系统不需要一套第三方中介结构或信任机构背书。
而在集中式清算机制中，无论是资金支付系统还是证券结算交易系统，都存在至少一个中心节点对交易双方的账簿进行记录，并且负责资金(券款对付)的清算，中央银行或者证券交易结算账簿就扮演着信息保管员和交易仲裁员的角色，每笔交易都需要权威中介或者信任机构来背书。
2、信任机制的建立
分布式清算运用一套共识的数学算法在计算机之间建立无法破解的信任网络，每个参与交易的节点都会自动认可这套验证算法的共识机制，这套信任机制建立在一个团体范围内，而这个团体都认可开源的数学算法，只要主要的节点和共识算法不变，另外一个小团体出现问题不会影响整体网络的运行，即少量节点无法完成造假。
如果说分布式清算的信任机制建立在对数学算法的共同认识上，那么集中清算的信任机制建立在对国家主体信用的基础上，国家金融监管部门拟定法律法规对金融机构进行监管，由金融机构履行对企业和个人用户支付服务的职责，这种信任机制存在着一个向下传递的过程即执行的过程，一旦某家金融机构出现道德风险或者操作风险，影响客户的支付服务，则会对国家主体信用产生负面影响。
集中清算机制下的系统，参与人需要对于中央机构足够信任，随着参与网络人数增加，系统的安全性会下降。而在分布式清算的区块链网络中，参与人不需要对任何人信任，但随着参与节点增加，系统的安全性反而增加。
3、安全机制的设计
分布式清算机制采取单向哈希算法，同时每个新产生的区块严格按照时间顺序推进，时间的不可逆性导致任何试图入侵篡改区块链内数据信息的行为都很容易被追溯，导致被其他节点的排斥，从而可以限制相关不法行为。共享账本在所有节点公示，部分修改账簿的行为是无效的，安全机制通过加密算法、匿名账户和验证机制来共同保证价值传递的安全性。
而在集中清算机制下，银行间的资金清算通过专有网络进行，数据通过中央节点发布的密钥进行加密后传输，客户与银行端的信息传递由银行负责安全性管理，整个安全机制通过一系列的制度和技术措施来实现，防止出现银行操作风险和道德风险。
三、业务管理的比较
在支付方面，两种清算模式在业务管理上总结起来就是集中式清算由业务驱动技术而产生，而分布式清算由技术驱动适应金融业务的变化而产生，因此在业务监督、业务调整和系统管理上都有迥然的差异。
1、业务监督
集中清算模式需要国家金融监管方建立一系列的规则和制度对系统参与者(商业银行)、中心处理节点(城市清算处理中心)作出业务处理的安排，同时需要对结算账户的开立作出规范性的要求，同时中央节点负责记账和仲裁，保证系统业务有序运行，同时必须适应国家金融监管的需要。
分布式清算模式则可以跳过商业银行这一中介机构，也可以作为记账机构加入到系统中，甚至中央银行也可以作为系统记账方加入系统，系统参与各方认可最基础的共识规则，不需要理解和遵守各国金融法律法规上的差异，在比特币中使用工作量证明机制来保证系统有效运行。
2、业务调整
在比特币的设计中，支付与货币相连，为了保证支付的有效运行，将比特币作为交易打包、网络桥梁和交易处理的奖励，这种奖励被设计成了固定的数学算法，如果简单将此应用于金融领域，现行的货币政策将无法实施，货币调节经济的作用将发挥不了，按照经济学的规律，货币只是对实物财富的衡量，货币增长速度快于商品增长数量，则发生通胀，货币增长速度慢于增长速度则发生通缩。
在集中式清算业务中，如果发生某笔业务错误，可以通过系统参与者或者城市处理中心用户发起的业务冲正的功能来取消或者改变交易要素，账户密码丢失可以通过结算账户管理规定按照程序找回账户，而在分布式清算中，一旦合规的交易指令发出则无法改变，账户密码丢失则无法找回，意味着账户内存放的价值完全丢失。
3、系统管理
在集中式清算模式下，城市处理中心、商业银行都需要对系统进行运行维护管理，保障系统稳定、网络安全，同时需要对交易数据进行备份管理，交易系统需要变更时由上至下下发安装变更程序完成系统升级；而在分布式清算中，程序都是开源的，任何人都可以去理解算法和脚本文件，所有节点执行相同的源代码方可运行，系统运行维护靠所有节点或者计算能力突出的主要节点，算法和验证程序一旦确定，更新需要所有节点下载安装，而网络中的计算机不可能同时都在线，保证程序在所有节点安装，同样一笔交易，如果部分计算机执行验证程序，部分没有执行，就会出现长链和短链的问题，导致交易冲突无法正常处理。
四、两种清算机制在应用于支付场景时应解决的问题
两种模式应用于支付清算的优势和劣势在于：
分析两种清算方式特点上的差异后，在各自的应用层面，集中式清算模式已经广泛应用于金融各个领域，证券交易和货币支付(包括汇兑、消费支付)，几乎现在运行的主流金融基础设施全部基于集中式模式搭建，而区块链虽然认为在技术上具有安全可靠、公开透明和自动化的特点，但其在金融领域还只是一些尝试性的工作，技术人员改进相关技术形式，由此产生了公有链、行业链和私链，并将这些变化应用于：数字货币转账、支付、借贷；跨境支付与结算；央行发行数字货币；证券发行与交易；供应链或贸易金融；反洗钱和认识客户。
在支付成本方面，银行间基于区块链技术的点对点支付方式，可以全天候支付、实时到账、提现简便及没有隐形成本，有助于降低跨境电商资金风险及满足跨境电商对支付清算服务的及时性、便捷性需求，同时因为不再需要中转银行，支付网络维护费用被取消，更多提供汇兑服务的竞争方同时竞价，降低汇兑成本，区块链可以降低差错和人工作业成本，实现系统数据的实时审计和合规检查这四个因素，导致在全球范围内区块链应用于B2B 跨境支付与结算可以使每笔交易的成本从约26 美元下降到约15 美元。
在分布式清算机制应用于支付清算业务时，涉及到数据安全、账户、网络和信任机制等居多因素的影响，并且随着区块链技术的演进，公有链、行业链和私链在应用于支付清算时这些影响得到了部分的规避，功能存在显著差异，故此本文将其分开进行讨论比较，仅对其概念做简单介绍。公有链是指每个用户都在互联网上应用，每个节点都配置共识的程序，比如比特币清算机制；联盟链是指部分大型机构结成同盟，为行业企业或者个人提供清算服务，企业或者个人使用互联网，而大型机构使用内部网络或者互联网，共识机制由大型机构之间确定，甚至由大型机构进行区块生成打包和记账处理；专有链是指在行业机构中使用专有网络采用区块链的机制在机构内部传输价值信息，共识机制由行业机构共同确定。
