盧光宏 周國浩 許駿洲 潘海楠 丁旋 段春暉

摘要：電子發(fā)票和財(cái)政電子票據(jù)（電子票）在人們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在，然而當(dāng)前電子票對用戶而言仍然存在著管理困難、歸集過程復(fù)雜、易重復(fù)查驗(yàn)、難以控制等問題。提出基于郵件解析的區(qū)塊鏈電子票夾系統(tǒng)，主要服務(wù)于報(bào)銷者與財(cái)務(wù)人員。目前電子票普遍支持郵箱接收，而一般郵箱不具備電子票信息解析功能，難以進(jìn)行查閱管理。因此，自主研發(fā)一套郵箱服務(wù)系統(tǒng)，專門接收含電子票文件或鏈接的郵件，并能將電子票關(guān)鍵信息準(zhǔn)確解析出來，發(fā)送至電子票夾應(yīng)用平臺。電子票夾應(yīng)用平臺支持Web網(wǎng)頁與小程序的可視化顯示，方便用戶查看與管理電子票，同時支持一站式報(bào)銷和入賬。電子票每一次狀態(tài)變更都會同步記錄到區(qū)塊鏈上，以保證電子票信息的完整性、唯一性與可追溯性。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;電子票;電子票解析;郵箱服務(wù)

DOI： 10. 11907/rjdk.192536

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP399

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7800（2020）001-0211-05

0 引言

發(fā)票和財(cái)政票據(jù)在人們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在。發(fā)票是指一切單位和個人在購銷商品、提供或接受服務(wù)以及從事其它經(jīng)營活動過程中，所開具與收取的業(yè)務(wù)憑證，是會計(jì)核算的原始依據(jù)，也是審計(jì)機(jī)關(guān)、稅務(wù)機(jī)關(guān)執(zhí)法檢查的重要依據(jù)，人們?nèi)ド坛琴徫?、乘坐出租車、或去酒店住宿等?jīng)常會收到發(fā)票;財(cái)政票據(jù)是指由財(cái)政部門監(jiān)（?。┲?、發(fā)放與管理，國家機(jī)關(guān)、事業(yè)單位、具有公共管理或服務(wù)職能的社會團(tuán)體以及其它組織依法收取政府非稅收入，或者在從事非營利性活動收取財(cái)物時，向公民、法人和其它組織開具的憑證，人們繳納學(xué)費(fèi)、醫(yī)療支出、公益捐贈等都會收到財(cái)政票據(jù)。電子票則將傳統(tǒng)紙質(zhì)發(fā)票和財(cái)政票據(jù)電子化，可實(shí)現(xiàn)相同功能。電子票的出現(xiàn)解決了紙質(zhì)票保管不便、容易丟失、成本較高等缺點(diǎn)，將成為未來發(fā)展趨勢。

從政策方面看，對于電子發(fā)票，2015年11月，國家稅務(wù)總局發(fā)布《關(guān)于推行通過增值稅電子發(fā)票系統(tǒng)開具的增值稅電子普通發(fā)票有關(guān)問題的公告》，要求推行增值稅電子發(fā)票系統(tǒng)開具的增值稅電子普通發(fā)票[1];2017年3月，國家稅務(wù)總局發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步做好增值稅電子普通發(fā)票推行工作的指導(dǎo)意見》，高度重視電子發(fā)票推行工作，并規(guī)范電子發(fā)票服務(wù)平臺建設(shè)[2]。對于財(cái)政電子票據(jù)，2018年11月，國家財(cái)政部發(fā)布《關(guān)于全面推開財(cái)政電子票據(jù)管理改革的通知》，需要貫徹“互聯(lián)網(wǎng)+政務(wù)服務(wù)”要求，提升財(cái)政票據(jù)監(jiān)管效能，全面推開財(cái)政電子票據(jù)管理改革[3];2019年7月，國家財(cái)政部發(fā)布《關(guān)于全面推行醫(yī)療收費(fèi)電子票據(jù)管理改革的通知》，要求全面推行醫(yī)療收費(fèi)電子票據(jù)管理改革，規(guī)范全國統(tǒng)一醫(yī)療收費(fèi)票據(jù)填列，進(jìn)一步強(qiáng)化保障措施[4]。

從市場方面看，對于電子發(fā)票，如今包括淘寶、京東、亞馬遜等知名購物平臺已經(jīng)全面支持電子發(fā)票。高燈科技副總裁兼CTO楊光說：“中國2018年狹義的發(fā)票體量大概接近1千億張，實(shí)際上開具的電子發(fā)票僅占5%，電子發(fā)票市場潛力十分巨大?！?018年我國電子發(fā)票開具數(shù)量達(dá)到32.7億張，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到545.5億張[5]。對于財(cái)政電子票據(jù)，2017年9月1日，華僑大學(xué)財(cái)政電子票據(jù)管理系統(tǒng)正式上線，并成功開具了該單位第一份財(cái)政電子票據(jù)，截至2018年4月底，各中央高校共開具財(cái)政電子票據(jù)43萬份，涉及資金45億元[6]。2019年5月24日，北京大學(xué)第一醫(yī)院成功開出第一張醫(yī)療門診收費(fèi)電子票據(jù)，這是首張中央在京三甲醫(yī)院開出的醫(yī)療收費(fèi)電子票據(jù)，中央單位醫(yī)療收費(fèi)電子票據(jù)改革推進(jìn)工作由此開始[7]。

雖然電子票的發(fā)展非常迅速，但仍存在著一些亟需解決的問題，這些問題主要面向報(bào)銷者和財(cái)務(wù)人員。對于報(bào)銷者而言，主要存在以下問題：①歸集困難。電子票通常存儲在個人郵箱、微信卡包、支付寶發(fā)票管家、百望，航信網(wǎng)等應(yīng)用中，查看與管理比較困難;②報(bào)銷過程復(fù)雜。用戶報(bào)銷時需要將電子票打印出來，程序繁瑣，目前尚難以實(shí)現(xiàn)無紙化報(bào)銷;③難以控制。用戶難以知曉報(bào)銷狀態(tài)，有時還會出現(xiàn)重復(fù)報(bào)銷的情況，從而帶來許多不必要的麻煩。對于財(cái)務(wù)而言，主要存在以下問題：①操作繁瑣。需要處理各種不同的紙質(zhì)原票和打印票;②查驗(yàn)冗余。為防止重復(fù)報(bào)銷，確認(rèn)合法性，對于每一張票都要仔細(xì)查驗(yàn);③管理困難。一般需通過財(cái)務(wù)軟件或Excel手動錄入數(shù)據(jù)，管理過程比較復(fù)雜。

1 研究現(xiàn)狀

自國家大力推行電子票應(yīng)用以來，國內(nèi)學(xué)者即開始對電子票展開研究。近年來面向發(fā)票管理平臺的研究層出不窮[8-9]，這些研究雖然保證了電子票系統(tǒng)的魯棒性與高效性，但仍然需要用戶手動錄入信息、手工查驗(yàn)，用戶體驗(yàn)不佳。同時研究者們在票據(jù)方面也進(jìn)行了相關(guān)探索，一些研究為了省去手動錄入的繁瑣操作，使用Tesseract-OCR文字識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)票據(jù)文檔的信息提取，但仍需要手動拍照上傳，并且準(zhǔn)確率不是很高，難以達(dá)到財(cái)務(wù)工作要求[10]。

上述系統(tǒng)只是解決了電子票數(shù)字化的問題，電子票本身是否可信則需要進(jìn)行查驗(yàn)。對于發(fā)票而言，國內(nèi)有全國增值稅發(fā)票查驗(yàn)平臺，但是查驗(yàn)需要安裝根證書，并且每一張票都有查驗(yàn)數(shù)量限制;對于財(cái)政票據(jù)而言，各地方都有各自的查驗(yàn)平臺，因而難以解決多地報(bào)銷問題。所以目前一些研究創(chuàng)新地使用區(qū)塊鏈技術(shù)[11]實(shí)現(xiàn)全流程上鏈，各地方信息共享，同時區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)化了數(shù)字票據(jù)交易與結(jié)算流程。

區(qū)塊鏈技術(shù)來源于2008年中本聰[12]發(fā)表的關(guān)于比特幣的論文，該論文創(chuàng)造性地提出了區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多方數(shù)據(jù)共享且不可篡改，并實(shí)現(xiàn)比特幣交易記賬，但難以支持更加復(fù)雜的交易類型。因此，以太坊應(yīng)運(yùn)而生[13]，以太坊對腳本、競爭幣和鏈上元協(xié)議概念進(jìn)行整合，使得開發(fā)者可以創(chuàng)建任意基于共識、具有高擴(kuò)展性、標(biāo)準(zhǔn)、特性完備、便于開發(fā)與協(xié)同的應(yīng)用（智能合約）。使用以太坊智能合約即可實(shí)現(xiàn)電子票流轉(zhuǎn)業(yè)務(wù)，但以太坊屬于公鏈，每個人都參與共識，其處理速度無法滿足電子票業(yè)務(wù)場景。若需要少數(shù)節(jié)點(diǎn)共識可以選擇聯(lián)盟鏈，目前流行的聯(lián)盟鏈有Hyperledger Fabric[14-15]、FISCO BCOS[16]、Cor-da[17]等，其處理速度普遍較快，且可以實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)互通。

上述方案可以解決電子票的大部分問題，但依然難以歸集所有電子票。目前用戶電子票可能存在于各個平臺中，如支付寶發(fā)票管家[18]、微信卡包[19]等，但各平臺中的數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一，導(dǎo)致用戶使用非常不便。因此，本文通過郵箱服務(wù)歸集全量的電子票。

2 研究內(nèi)容

針對上述問題，一種理想解決方案是打通所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)軟件、國稅/財(cái)政電子票管理系統(tǒng)，從而使電子票能夠全量歸集、自動報(bào)銷、統(tǒng)一管理，以便在最大程度上提升用戶體驗(yàn)，但需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)整與改造，需要耗費(fèi)大量時間、精力和財(cái)力。本文將通過一個電子票夾平臺，用更簡單、成本更低、更便捷的方式解決以上問題。本文目標(biāo)為電子票全量歸集、自動錄入、一站式報(bào)銷、全過程可追溯與信息綜合管理。

（1）全量歸集。目前大多數(shù)電子票據(jù)平臺都支持通過郵件形式開具票據(jù)，為了能夠以成本最低的方式歸集所有電子票，本系統(tǒng)使用郵件服務(wù)的方式接收用戶電子票據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對電子票據(jù)的全量歸集。

（2）自動錄入。手動錄入電子票據(jù)信息往往會出現(xiàn)錄入錯誤等問題，系統(tǒng)希望在接收到電子票據(jù)后能夠自動解析出其中的關(guān)鍵信息，并將電子票據(jù)信息與報(bào)銷信息自動錄入到區(qū)塊鏈上。

（3）一站式報(bào)銷。傳統(tǒng)報(bào)銷周期過長，本系統(tǒng)希望能夠?qū)崿F(xiàn)一站式報(bào)銷功能，不需要打印票據(jù)，也不需要與財(cái)務(wù)人員當(dāng)面交流，從而節(jié)約報(bào)銷者和財(cái)務(wù)人員時間。

（4）全過程可追溯。采用電子票據(jù)代替紙質(zhì)票據(jù)后，容易出現(xiàn)重復(fù)報(bào)銷等問題，希望通過將電子票信息與報(bào)銷狀態(tài)存入?yún)^(qū)塊鏈中，從而解決重復(fù)報(bào)賬、真?zhèn)尾轵?yàn)等問題，保證電子票的可追溯性。

（5）信息綜合管理。將所有電子票據(jù)信息歸集到平臺后，希望給用戶提供相應(yīng)的可視化界面，令其能夠更方便地對電子票進(jìn)行管理。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

目前電子票普遍支持郵箱接收，而一般郵箱不具備電子票信息解析功能，難以進(jìn)行查閱與管理。因此，本文研發(fā)一套郵箱服務(wù)系統(tǒng)，專門用于接收電子票郵件，并將關(guān)鍵信息解析出來，發(fā)送至電子票夾應(yīng)用平臺。電子票夾應(yīng)用平臺支持Web網(wǎng)頁與小程序展示，方便用戶查看與管理電子票，同時支持一站式報(bào)銷和人賬。電子票每一次狀態(tài)變更都會同步記錄到區(qū)塊鏈上，以保證電子票信息的完整性、唯一性與可追溯性。整體設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

3.2 業(yè)務(wù)流程

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)流程對系統(tǒng)進(jìn)行解讀，如圖2所示。

詳細(xì)業(yè)務(wù)流程如下：

（1）申請郵箱。用戶首先需要注冊一個賬號，注冊成功后，系統(tǒng)會根據(jù)輸入用戶名自動生成一個郵箱地址，通過該郵箱地址或手機(jī)號登錄平臺。

（2）取票。商家將電子票通過郵件方式發(fā)送給報(bào)銷人注冊的郵箱，郵箱收到郵件后會對電子票進(jìn)行自動解析。解析的電子票詳細(xì)信息會被記錄在應(yīng)用平臺上，同時在電子票夾區(qū)塊鏈中進(jìn)行存證。

（3）報(bào)銷。報(bào)銷者登錄賬號后即可看到待處理的電子票，然后將其發(fā)送給財(cái)務(wù)進(jìn)行報(bào)銷，電子票轉(zhuǎn)交信息會記錄到區(qū)塊鏈上。

（4）入賬。財(cái)務(wù)登錄賬號后會看到待處理的電子票詳細(xì)信息，如果核對無誤，財(cái)務(wù)將給報(bào)銷人轉(zhuǎn)賬并將電子票狀態(tài)置為已報(bào)銷，該過程同樣也會存證上鏈。

整個業(yè)務(wù)過程可追溯，詳細(xì)流程如圖3所示。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 整體架構(gòu)

系統(tǒng)核心模塊主要有電子票夾前端UI、郵件處理模塊、電子票解析引擎、電子票夾后端服務(wù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)庫、區(qū)塊鏈對接模塊與區(qū)塊鏈。其中，電子票夾前端UI向用戶展示信息，方便用戶操作;郵件處理模塊接收外部郵箱服務(wù)傳來的電子票郵件，并將其中的電子票提取出來發(fā)送給電子票解析引擎進(jìn)行解析;電子票夾后端服務(wù)處理來自電子票夾前端UI與電子票解析引擎的請求，與系統(tǒng)其它部分進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;狀態(tài)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲用戶與票夾數(shù)據(jù)，并支持復(fù)雜查詢;區(qū)塊鏈對接模塊將底層與區(qū)塊鏈交互邏輯進(jìn)行業(yè)務(wù)封裝，對電子票進(jìn)行信息存證，并與狀態(tài)數(shù)據(jù)庫保持?jǐn)?shù)據(jù)同步。系統(tǒng)具體架構(gòu)如圖4所示。

4.2 模塊設(shè)計(jì)

（1）電子票夾前端UI。目前已支持采用網(wǎng)頁和小程序形式呈現(xiàn)，用戶收到帶有電子票的郵件后，即可在頁面上看到電子票信息詳情，可以很方便地進(jìn)行電子票的篩選、查詢、轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)銷、入賬等操作。該模塊使用React框架[20]與Ant Design實(shí)現(xiàn)，通過HTTPS協(xié)議與電子票夾后端服務(wù)進(jìn)行JSON格式的數(shù)據(jù)交互。

（2）郵件處理模塊。該模塊支持郵件接收，同時在收到含有電子票的郵件之后，模塊會立即搜索電子票所在位置，可能是在附件中，也可能在某個鏈接中，之后模塊會提取這些信息發(fā)送給電子票解析引擎。該模塊使用Postfix與Dovecot[2l實(shí)現(xiàn)。

（3）電子票解析引擎。該模塊會對電子票進(jìn)行解析，提取電子票中的關(guān)鍵信息，便于數(shù)據(jù)存儲與統(tǒng)計(jì)。該模塊使用Python實(shí)現(xiàn)，通過HTTPS協(xié)議與電子票夾后端服務(wù)進(jìn)行JSON格式的數(shù)據(jù)交互。本文使用基于字符位置的電子發(fā)票解析方案，目前較為流行的電子發(fā)票信息解析提取技術(shù)為OCR識別技術(shù)，該技術(shù)利用光學(xué)字符識別技術(shù)提取圖片上的文字內(nèi)容。阿里、百度、騰訊、華為等公司都基于OCR技術(shù)提供了一系列服務(wù)，但該技術(shù)需要先將PDF格式的電子發(fā)票轉(zhuǎn)化為圖片格式，可能會導(dǎo)致分辨率降低，從而降低識別準(zhǔn)確率。本文通過直接提取PDF的方式則可以避免轉(zhuǎn)化過程，提高識別準(zhǔn)確率。本方案通過提取發(fā)票信息中的字符位置，然后根據(jù)位置信息進(jìn)行劃分，并將字符進(jìn)行重組。

本文采用上述方法直接對所有電子票進(jìn)行解析，即可非常清晰、完整地獲得所有信息。

（3）電子票夾后端服務(wù)。電子票夾后端服務(wù)接收電子票夾前端UI與電子票解析引擎發(fā)送的請求，并根據(jù)請求內(nèi)容進(jìn)行電子票信息存證或信息查詢。電子票夾后端服務(wù)使用Java語言與Spring Boot框架實(shí)現(xiàn)。

（4）狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。狀態(tài)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲用戶與電子票數(shù)據(jù)。狀態(tài)數(shù)據(jù)庫采用MvSQL，并利用Hibernate框架實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查。

（5）區(qū)塊鏈對接模塊。區(qū)塊鏈對接模塊封裝了底層與區(qū)塊鏈交互的部分，向上提供電子票存證、轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)銷、人賬、查詢等多種業(yè)務(wù)接口。該模塊通過}昆合加密方式保證電子票的授權(quán)訪問，即只有參與方才能對電子票進(jìn)行解密讀取。同時與狀態(tài)數(shù)據(jù)庫保持信息同步，并緩存鏈上狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫擁有同步數(shù)據(jù)后，即可更方便地提供全面的檢索功能。該模塊使用Java語言編寫。

（6）區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈模塊采用4個節(jié)點(diǎn)的聯(lián)盟鏈實(shí)現(xiàn)，主要提供電子票存證與查詢接口。部署的智能合約使用Solidity編寫，合約中主要包含單位注冊、電子票開具、電子票沖紅、電子票打印、電子票入賬、交易鏈上信息查詢、電子票詳情查詢等接口，同時也會對各個交易請求進(jìn)行校驗(yàn)，確保電子票的規(guī)范化。

5 系統(tǒng)界面

由于系統(tǒng)主要分為郵箱服務(wù)系統(tǒng)、電子票夾平臺、電子票夾區(qū)塊鏈3個模塊，所以界面展示部分也按照這3個模塊進(jìn)行介紹。

5.1 郵箱服務(wù)系統(tǒng)

郵箱服務(wù)系統(tǒng)在收到郵件后會進(jìn)行自動解析，得到電子票上的全部信息，并以JSON格式輸出。

5.2 電子票夾平臺

平臺可分為3大模塊：首頁、用戶模塊、電子票模塊。首頁有平臺基本介紹，以及用戶當(dāng)前狀態(tài)可進(jìn)行的一些基本操作;用戶模塊包括注冊頁面、登錄頁面以及用戶個人信息頁面。在個人信息頁面中，用戶可查看自己的郵箱、手機(jī)號碼、注冊時間以及所有電子票。電子票模塊暫時以電子發(fā)票為例進(jìn)行展示，包括“我的發(fā)票”和“曾有發(fā)票”頁面。對于用戶當(dāng)前所有發(fā)票，用戶可在“我的發(fā)票”頁面查看;對于轉(zhuǎn)發(fā)給別人的發(fā)票，用戶可在“曾有發(fā)票”頁面查看，如圖5所示。

在“我的發(fā)票”頁面，用戶可選擇一張或多張發(fā)票，點(diǎn)擊轉(zhuǎn)發(fā)按鈕將這些發(fā)票轉(zhuǎn)發(fā)給別人，或者點(diǎn)擊人賬按鈕將這些發(fā)票入賬。

5.3 電子票夾區(qū)塊鏈

可以在區(qū)塊鏈瀏覽器上查找到交易hash對應(yīng)詳情，如圖6所示。

6 結(jié)語

本文研發(fā)的系統(tǒng)將郵箱服務(wù)與電子票相結(jié)合，便于用戶管理與歸集電子票。同時，本系統(tǒng)將區(qū)塊鏈技術(shù)與電子票據(jù)相結(jié)合，通過將報(bào)銷過程的每個步驟記錄在區(qū)塊鏈中，避免了重復(fù)報(bào)銷與虛假報(bào)銷的風(fēng)險(xiǎn)，保證了電子票可信、可查、可控、可溯源。系統(tǒng)學(xué)習(xí)成本低、解析準(zhǔn)確率高，且自動化上鏈、歸集管理方便，用戶報(bào)銷簡便、全過程可追溯，因此具有巨大的市場潛力。

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（責(zé)任編輯：黃?。?/p>

作者簡介：盧光宏（1996-），男，清華大學(xué)軟件學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)榘踩?jì)算;周國浩（1996-），男，清華大學(xué)軟件學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)閰^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)安全;許駿洲（1998-），男，清華大學(xué)軟件學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄芎霞s的形式化驗(yàn)證;潘海楠（1989-），男，清華大學(xué)軟件學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)樵隽繉W(xué)習(xí);丁旋（1986-），男，博士，清華大學(xué)軟件學(xué)院助理研究員，研究方向?yàn)殡[私保護(hù)、安全計(jì)算;段春暉（1992-），女，博士，清華大學(xué)軟件學(xué)院博士后，研究方向?yàn)镽FID。