区块链电子发票在高校报销业务中的应用探析

【摘 要】 作为财务信息化革新的代表，区块链电子发票以其信息不可篡改和全流程完整追溯的特征得到高度关注。文章首先结合数字签名技术、公共账本、哈希函数及智能合约，探讨了区块链电子发票在高校报销业务中的应用价值，分析了其在高校报销业务中应用的技术基础和人才基础;其次，构建了基于区块链电子发票的高校报销平台框架，并设计了区块链电子发票在高校报销的业务场景。可以得出，区块链电子发票的应用简化了高校报销业务的流程，提升了高校报销业务的效率;最后提出促进其在高校报销业务中应用的建议，以期更好地实现区块链电子发票与高校报销业务的融合。

【关键词】 区块链电子发票; 高等学校; 报销业务

【中图分类号】 F234.4  【文献标识码】 A  【文章编号】 1004-5937（2022）01-0157-05

一、前言

2018年8月，全国首张区块链电子发票在深圳国贸餐厅诞生。随着开票场景不断扩大，上链企业越来越多，区块链电子发票广泛应用于商超餐饮、停车服务、金融保险、公共交通、互联网服务、家电零售等各个领域[1]。学者们针对区块链电子发票展开了研究：付颖赫[2]阐述了区块链技术与电子发票的耦合性，构建了基于区块链技术的电子发票系统模型，分析了区块链技术在电子发票领域进行纳税申报、账务处理和监督验证的功能。蔡磊等[3]构建了区块链电子发票管理的解决方案，以提升税收征管水平，充分掌握交易信息，加强财税治理能力。蒋秀姣[4]指出区块链电子发票在提升财务工作效率、简化发票流转程序及避免发票遗失的同时，存在着安全风险、资源存储及法律监管等问题。程平等[5]设计了区块链电子发票防伪模型和追溯管理流程，以改善税收征管模式，实现税务过程溯源，提升税务工作效率。袁显朋等[6]总结了区块链电子发票能解决防伪问题，实现无纸化智能税务管理，降低关联方的成本和社会运营成本。建议税务机关完善对区块链电子发票的监管，企业提升安全意识，增强区块链电子发票的储存能力。张怡等[7]认为区块链电子发票突破了纸质发票对发票信息量的技术限制，不但是发现避税和逃税的线索，而且是税务机关的合法证据，未来将成为税务机关获取税收信息的制度性工具。

目前，关于区块链电子发票的研究主要集中在税务管理层面，对于区块链电子发票与高校报销业务的相关研究较少，特别是在疫情防控常态化的当下，探索借助区块链电子发票实现“非接触式”高校报销业务模式意义重大。为此本文提出了基于区块链电子发票的高校报销平台架构，通过区块链电子发票的应用简化高校报销业务的流程，提升高校报销业务的效率，推動高校财务信息化的发展。

二、区块链电子发票与高校报销业务

时至今日，区块链电子发票尚不存在公认的定义。笔者尝试在现有文献基础上，结合《中华人民共和国发票管理办法》对发票的定义，将区块链电子发票定义为个人或者单位在购销商品、提供或者接受服务以及从事其他经营活动中，开具或取得的，以数据电文形式储存在区块链上的业务凭证。其整个流转环节都在区块链这个分布式计算处理载体上运行，是基于区块链的信息化资源共享产物，其本质是纸质发票记录在区块链上的电子图像[8]。区块链电子发票将发票开具与线上支付相结合，实现了“交易即开票，开票即报销”[9]。目前，尚未有高校接收区块链电子发票作为会计核算的原始凭证。随着高校财务信息化的发展，区块链电子发票应用于高校报销业务是必然趋势，且具备应用价值和应用基础。

（一） 区块链电子发票在高校报销业务中的应用价值

1.利用数字签名防止虚假发票

区块链电子发票利用数字签名技术防止虚假发票。数字签名和传统的手写签名均可用于证明签名者认可了文件的内容，但是二者也存在一些区别：（1）手写签名大多应用于文件的最后一页，很少应用于文件的每一页，极端情况下文件的内容仍可能被篡改。数字签名可以看作对文件的每一个字甚至每一个空格和标点符号都进行了认证，签名后无法对文件的任何内容进行篡改。（2）验证手写签名时需要使用另外一个有效性已经被验证的手写签名进行比对，且可靠性不高。数字签名使用公开的数学算法进行验证，可靠性极高，即有效的签名一定可以通过验证，而无效的签名几乎不可能通过验证。（3）手写签名的原始文件只有一份，即复印无效。而数字签名可以被复制任意多份，且每一份均有效。

每一个开具区块链电子发票的实体，首先需要生成一对密码学的公私钥，并将公钥及其证书发布在区块链上。开具发票时，利用数字签名技术，通过私钥对发票内容进行签名。由于数字签名技术的不可伪造性，没有相应私钥的人则无法生成有效的数字签名。之后，任何人均可以通过公钥证书验证公钥的有效性，再利用公钥对数字签名进行验证。例如，交通承运商和酒店运营商将其公钥和证书发布在区块链上，并对开具的每张区块链电子发票使用对应私钥进行数字签名。当高校教师报销差旅费时，先通过公钥证书验证该公钥的有效性，再使用公钥对数字签名进行验证，确保发票的真实性，有效根除由于信息不对称带来的虚假发票问题。

2.利用公共账本和哈希函数防止重复报销

区块链电子发票利用公共账本和哈希函数防止重复报销。区块链作为一种分布式账本技术，具有去中心化、不可篡改、时序数据、集体维护、可编程和安全可信等特点。它可在信息不对称或身份不确定的环境下，建立满足经济活动所需的信任体系。通过公开链或联盟链，还可以实现单位间的财务数据共享，消除数据孤岛，实现公共账本。而且，一旦数据发布在区块链上，将不可被删除或更改。该特性一方面能有效保证数据的真实性和完整性，另一方面有利于对数据追踪和溯源。如图1所示，区块链中的数据以区块方式永久储存，每个区块由区块头和区块体两部分组成，区块按照时序逐个生成并链接成一个链式结构。区块头存有前一个区块的哈希函数值、随机数、时间戳和Merkle哈希树的根节点等信息。区块体存有数据及其对应哈希函数值所组成的哈希树。

哈希函数又称为压缩函数，其算法是完全公开的，其功能是将任意长度的输入压缩成一个固定长度的输出。一个安全的哈希函数需要具备以下安全属性：（1）确定性，即将某个消息输入哈希函数多次，均输出相同的哈希函数值;（2）单向性，由哈希函数的输出无法计算出哈希函数的输入;（3）抗碰撞性，即任意两个不同的输入无法产生相同的哈希函数值。

当某张区块链电子发票在高校报销时，首先计算该发票的哈希函数值，然后在该高校私有链上查找哈希函数值是否已经存在。如果存在，基于哈希函数的抗碰撞性，则说明该发票已在高校内部被报销。对于区块链电子发票在不同单位间重复报销的问题，可以通过建立跨单位的联盟链解决。参与公共账本的单位均将已报销发票的哈希函数值发布在联盟链上，在联盟链上查找待报销发票对应的哈希函数值是否存在，以防止单位间的重复报销行为。此外，为了保护用户隐私，在区块链上存储的可以不是区块链电子发票本身，而是已报销发票的哈希函数值。由于哈希函数的单向性，区块链上的哈希函数值并不泄露已报销过的区块链电子发票信息。通过上述方法，可以在单位内部及单位间以隐私保护的方式共享财务数据，有效解决重复报销问题。即使出现某张区块链电子发票被重复报销的情况，也会在公共账本上留下相应痕迹，可以通过对重复哈希函数值的追踪和溯源进行追责。

3.利用智能合约提高审核效率

传统的报销业务由财务人员审核票据和经济事项，满足报销的条件后制单。随着国家对高校投入资金的不断增长，报销业务量持续增加。而财务人员的编制有限，工作负荷节节升高。经费节点、年底等特殊时期，高校报账大厅人山人海、财务人员加班加点的现象更是屡见不鲜。财务人员审核时出现疏漏，甚至与报账人员串通舞弊的现象也时有发生。

区块链电子发票可以利用智能合约提高审核效率。智能合约最早由Nick Szabo提出，它是一种数字式的承诺。每个合约由合约函数（一组代码）和合约状态（数据）组成。当一定条件被满足时，合约可在计算机系统上被自动执行。基于区块链的智能合约允许在没有可信第三方的情况下完成合约传输、验证和执行，进而实现可信交易。故其安全性优于传统合约，并能有效减少交易成本。

可根据高校财务管理制度和审核流程将合约编写成可执行的脚本程序，以数字化的形式写入基于区块链电子发票的高校报销平台，并在区块链上以分布式方式执行。由于区块链的特性，数据只能新增而不能被删除或修改，整个智能合约及其执行过程透明并可追踪。区块链上所有用户均可看到合约规则和交易，可有效避免人为因素造成的虚假交易或隐藏交易。此外，区块链自带的共识算法可构建一套状态机系统，保证智能合约的高效运行。基于区块链电子发票的高校报销平台可自动完成发票和经济事项的审核，在提升报销效率的同时，减少舞弊行为。

（二） 區块链电子发票在高校报销业务中的应用基础

1.技术基础

目前高校已经建立了基于互联网的财务报销系统，能处理一般日常报销、国内外差旅费报销、会议费报销、设备费报销及借款等高校报销的主要业务。高校财务信息化的发展为区块链电子发票在报销业务中的应用奠定了技术基础，可以在既有的财务信息平台上，引入区块链技术，利用新技术优化原有的报销流程，改变数据管理模式，提升报销效率。相较于重新架构一个全新的高校报销平台，这种方式也大大节省了系统开发的成本。

2.人才基础

高校财务部门的会计人员一般都具有高等教育的经历，财务知识扎实，学习能力较强。经过专业培训后，能够将财务知识和区块链技术结合起来，适应区块链电子发票的报销业务。部分领导和新进人员还拥有硕士或博士学位，具备一定的科研能力。对于区块链电子发票在应用中出现的疑难杂症，可以进行深入的研究和探讨。部分高校对专业技术人员也提供了承担科研项目的机会，鼓励大家攻关财务与信息技术交叉领域课题，不断提升高校财务信息化水平。

三、基于区块链电子发票的高校报销平台架构及报销业务场景设计

（一） 基于区块链电子发票的高校报销平台架构

区块链是一种使用分布式方法进行维护、链式结构进行数据存储、密码学技术进行安全保障，以实现数据防篡改、可追踪的技术。区块链技术运用涉及基础模块、核心模块、交互模块三个部分。每个部分又可进一步划分为若干层，各层分别完成某项核心功能。层层之间紧密协作，实现一个分布式、去中心化的信任机制。基于区块链电子发票的高校报销平台无需第三方可信机构参与，在提高可靠性的同时提升报销效率，如图2所示。

1.交互模块

交互模块主要包含应用层，应用层的用户为高校师生、行政管理人员及职能部门人员。用户通过电脑或手机终端，在网页、APP或微信小程序提交日常报销、差旅费会议费报销、设备费报销及借款等业务数据。通过TSL/SSL、IPSec等安全协议对传输中报销数据的隐私性和完整性进行保护，防止报销数据被窃取或者被篡改。

2.核心模块

核心模块包括网络层、共识层和合约层。网络层涵盖节点的接入方式及相关网络管理。由于区块链的分布式特性，节点间一般通过Point to Point（P2P）技术进行数据传输，即传输分散在多个节点间进行。其优点是即使部分节点失效或遭到破坏，也不会影响系统的正常运行。网络管理定义了组网机制、数据传输机制和数据验证机制等。此外，网络层还需要对用户的身份进行认证，只有通过身份认证的用户才被允许接入网络。在用户的身份被认证后，还需对用户的权限进行管理，保证用户只能执行权限范围内的操作。

共识层主要涉及各类共识算法和网络节点的共识机制，其功能是在分布式节点间对新增的区块信息在全网达成一致。长期以来，在存在恶意节点的异步网络中达成共识一直是分布式计算研究的技术难点。为了提升区块链的实用性，需要在实际环境中找到可高效执行的共识算法。目前区块链中常用的共识算法有工作量证明（Proof of Work，PoW）、权益证明（Proof of State，PoS）、权益授权证明（Delegate Proof of State，DPoS）等。如何在以上共识算法中进行选择，需要考虑实际应用场景的条件。例如，是否允许存在超级权限节点对全网节点和数据进行监管，达成共识所需的计算、存储、网络带宽等开销，对恶意节点的容错能力等。

合约层涵盖各种可被执行的脚本程序、算法机制及包括高校财务管理制度和审核流程的智能合约。早期比特币脚本语言是命令式的、基于栈的编程语言，并不具有图灵完备特性，应用场景相对较局限。以太坊基于以太坊虚拟机，实现了一种接近图灵完备的编程语言，在理论上可实现任何应用功能。智能合约是执行合约条款的计算机交易协议，它以计算机指令形式对传统合约进行自动化、分布式处理。此外，通过在智能合约上整合用户交互界面，可实现去中心化的应用程序。合約层具有可编程特点，是区块链实现可编程的基础。

3.基础模块

基础模块包括信息基础设施和数据层两个部分。信息基础设施提供通用的计算、存储、网络、虚拟化等服务，是整个平台中底层和基础的部分。数据层描述了区块链上交易数据的存储逻辑，封装了从创始区块起的链式区块结构。每个区块包含了以Merkle树方式存储的高校报销业务数据、时间戳、随机数等，并通过前一区块的哈希函数值将不同区块按照时序进行链式连接。此外，还使用DSA、SM2等数字签名对信息进行认证。

（二）基于区块链电子发票的高校报销业务场景设计

基于智能合约的运作机制，区块链电子发票的报销流程设计如图3所示：经办人在获得区块链电子发票后，首先，通过网页浏览器、手机APP或微信小程序填写网络报销申请单据。该单据将触发智能合约中的高校财务管理制度和审核流程，平台自动给出报销业务完成所需的条件，并对接相关数据中心进行发票真伪验证。其次，报销信息以广播方式发布到各个业务节点，由各节点协同处理相关业务。再次，对相关财务数据在节点间进行分布式备份，加盖时间戳，并进行数据加密处理。最后，如果业务满足智能合约的触发条件，平台自动对接的银行系统将款项支付到经办人的账户，完成报销业务流程[10]。

以常见的教师差旅费报销业务为例，在目前高校财务信息化水平下，报销流程为：经办人网上填写差旅费报销单→相关责任人审批→经办人投递报销单及交通费、住宿费发票等原始凭证→会计接单、审核并制单→复核审核→出纳通过银校互联将款项转账至报销单预留账户[11]。基于区块链电子发票的高校差旅费报销流程为：经办人网上填写差旅费报销单→人工智能模块自动识别表单信息，自动抓取差旅费用信息（包括出差人员及其职别、日期、目的地、交通费、住宿费及补助等）→触发智能合约中的高校差旅费管理制度及审核流程，自动对比不同职别、不同地区、不同时间的报销标准→自动进行发票验证，通过交通承运商和酒店运营商发布的公钥证书验证其公钥的有效性，再使用公钥对数字签名进行验证→将该笔差旅费报销信息广播至所有节点，每个节点备份其报销数据并加密→如符合触发条件，由报销平台对接银行系统自动转账至报销单预留账户，差旅费报销业务完成[12]。

应用区块链电子发票的高校差旅费报销流程不再需要经办人手工粘贴交通费、住宿费等报销票据，不再需要相关责任人逐层审批，不再需要会计人员对票据真伪、是否重复报销、是否符合高校差旅费管理制度及审批流程进行审核。全程无人工干预，通过智能合约简化了报销业务的流程，保证差旅费信息的真实性和可靠性，避免虚假行程和重复报销，提升了高校报销业务的效率。

四、区块链电子发票在高校报销业务中应用的建议

（一）保障数据在储存和通信方面的安全

基于区块链电子发票的高校报销平台将数据分布式储存在多个业务节点，且各业务节点间需要通过交互方式来实现平台的各项功能。因此，相比传统的财务信息系统，报销平台在数据通信和存储方面的安全性要求显著提升。在数据存储方面，应使用有效身份认证和权限管理等访问控制手段，确保只有授权实体才能访问相应数据;在数据通信方面，应使用TLS/SSL、IPSec等安全协议对各业务节点间的数据传输提供安全保障，从而加强对数据的管理控制，严防数据窃取。

（二）支持使用国家商用标准密码算法

当前实际应用中的区块链系统大多使用SHA-1、DSA等国外标准密码算法进行设计，缺点是难以保证系统的自主可控和扩展性需求。未来在基于区块链电子发票的高校报销平台的设计中，应考虑允许用户自主选择使用国外标准密码算法或使用SM2/SM3/SM9等国家商用标准密码算法，以实现系统的自主可控，从而在提升高校报销平台安全性的同时，兼顾国家相关部门对高校报销平台进行监管的要求。并根据高校报销平台的实际运行情况不断做出调整，满足未来可能出现的各种需求，使基于区块链电子发票的高校报销平台更好地服务于实际应用。

（三）在全局时间同步的基础上实现全局共识

区块链的去中心化和不可篡改等安全特性依赖于分布式节点实现全局共识。现有研究已表明，相较于异步通信模型，同步通信模型下实现全局共识在计算和通信成本上具有显著优势。在传统的分布式区块链系统中，一个重要挑战是如何实现全局时间同步。例如比特币的交易系统没有考虑时间同步，在异步通信模型下每分钟只能处理约100 笔交易，无法满足大规模实际应用的需求。基于区块链电子发票的高校报销平台需要支持更大的业务量，这就对交易的速度提出了更高要求。随着我国北斗系统应用的不断深入，时间授时服务为实现节点间的时间同步提供了一种有效途径。因此可利用该服务，在同步通信模型下实现区块链节点间的高效共识，以设计更加高效的基于区块链电子发票的高校报销平台。

（四）使用可编程硬件设计专用计算芯片

目前高校财务信息系统大多使用 CPU 通用计算芯片执行计算和数据处理任务，该类芯片仅包含通用指令集，在处理一些专业运算时需要重复调用指令，导致部分算法的运算效率不高。基于区块链电子发票的高校报销平台，在结构和算法设计完成后，可尝试利用 FPGA 等可编程硬件技术，对需要频繁调用的算法设计专用计算芯片。此外，还可利用 GPU 芯片快速处理一些需要并行执行的指令和任务。结合以上两种方法，既可以降低基于区块链电子发票的高校报销平台的能耗，还可以提高执行效率。

（五）出台与区块链相关的法律及制度

基于区块链电子发票的高校报销平台的应用离不开法律保障和制度支持。虽然区块链电子发票在法律效力、基本用途、基本使用规范等方面与纸质发票没有区别，但尚未出台与区块链电子发票相关的法律或制度，可能出现报销工作无法可依的现象。为了推動这一创新，建议选择某几所高校先行先试，摸索实施区块链电子发票报销业务。待时机成熟后，再向所有高校全面推广。高校的报销业务需要接受相关部门和会计行业的领导和监督，为了提高报销业务的准确性，需要进一步优化完善区块链的相关法律制度、监管流程及技术标准;出台与区块链相关的行业标准和技术规范，指引业务流程。如此才能扫清在高校应用区块链电子发票的障碍，使报销工作有法可依，有章可循，促进区块链电子发票与高校报销业务的有序融合。

（六）促进高校财务人员转型

基于区块链电子发票的高校报销平台对财务人员的专业水平和实务处理能力提出了更高的要求。高校财务部门应加强区块链业务培训，帮助财务人员迅速地掌握区块链电子发票报销业务流程，明确工作职责，切实提升业务处理的熟练度和灵活度。财务人员应变“被动”接受为“主动”适应，将财务知识和区块链技术融合起来，逐渐建立区块链思维意识，最终发展成为复合型财务管理人才。此外，还应面向广大师生进行宣传和培训，将区块链电子发票报销流程及相关知识制作成宣传册或者讲解视频，通过线下和线上的方式同时推广，使大家充分了解区块链电子发票报销流程的先进性，主动迎接区块链电子发票的到来。

五、总结及展望

区块链电子发票作为财务信息化革新的代表，一旦应用于高校的报销业务，能带来全新的用户体验和实际改变：利用密码学中的数字签名防止虚假发票;利用公共账本及哈希函数防止重复报销;利用智能合约提高审核效率。而且，它将人与人之间的接触降到最低，能有效解决公共卫生安全问题。在疫情防控常态化的当下，应用区块链电子发票对简化高校报销业务的流程，提升高校报销业务的效率具有重要意义。

【参考文献】

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