基于區(qū)塊鏈的房屋租賃分配系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李瑞娥 沈文楓 楊宇華 周麗萍 王洋

摘要：傳統(tǒng)房屋租賃平臺存在著用戶隱私安全與租賃雙方權(quán)益難以得到保障等問題。區(qū)塊鏈技術(shù)是一種去中心化、不可篡改、可追溯、可編程的分布式賬本技術(shù)，基于區(qū)塊鏈的房屋租賃分配系統(tǒng)是解決當(dāng)前房屋租賃行業(yè)相關(guān)問題的綜合性解決方案。重點研究在非信任情況下通過密碼學(xué)技術(shù)保證用戶數(shù)據(jù)安全與隱私安全，結(jié)合時間戳技術(shù)將交易信息上鏈，以解決交易雙邊信用等問題。使用智能合約實現(xiàn)分布式的自適應(yīng)尋租與匹配策略，通過對上海市地區(qū)進(jìn)行實驗測試，結(jié)果表明：以智能合約為基礎(chǔ)的房屋自適應(yīng)尋租匹配策略能夠有效保證房屋租賃雙方的權(quán)益。

關(guān)鍵詞：房屋租賃;區(qū)塊鏈;自適應(yīng)尋租匹配;智能合約;用戶權(quán)益

DOI：10.11907/rjdk.191130開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2019）010-0111-06

0引言

國內(nèi)外現(xiàn)有市場下的房屋租賃平臺主要有兩種模式：①用戶個人發(fā)布租房信息的互聯(lián)網(wǎng)平臺，包括58同城、咸魚等，房東在平臺上發(fā)布房源信息;②自主提供房源的互聯(lián)網(wǎng)中介公司，其中最具代表性的是自如平臺，租客通過聯(lián)系租房中介公司進(jìn)行看房、租房。

但以上兩種房屋租賃方式都存在一定問題：對于第一種模式，房東為了節(jié)省時間和精力，大多將房源交至中介，委托中介進(jìn)行租房，因此平臺上的房源信息大多由中介發(fā)布，使租客難以確定中介發(fā)布的是否為真實房源。此外，部分中介通過發(fā)布低價房源吸引租客看房，再以低價房源已被租賃為由，帶租客去看其它房源，同時提高房源價格，使租客權(quán)益得不到保障;對于第二種模式，自主提供房源的互聯(lián)網(wǎng)中介公司由于存在房源數(shù)量少、房屋裝修存在安全隱患等問題使其發(fā)展受到限制。另外，兩種互聯(lián)網(wǎng)房屋租賃方式存在著共性問題：租賃雙方用戶的信息真實性與隱私安全性得不到保障。

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種基于時間戳的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證其不可篡改與偽造，是一種去中心化、去信任的分布式共享總賬技術(shù)。所有節(jié)點共同參與數(shù)據(jù)備份與維護(hù)，區(qū)塊鏈存儲的數(shù)據(jù)不會因為一個節(jié)點數(shù)據(jù)被篡改或破壞而產(chǎn)生影響，以此實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的安全存儲。通過P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與共識機制實現(xiàn)分布式節(jié)點驗證、通信并建立信任關(guān)系，利用智能合約實現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯功能，對交易進(jìn)行自動化操作。目前已有一些租房項目中開始應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，最早應(yīng)用該技術(shù)的是美國的Rentbrry，其主要通過區(qū)塊鏈技術(shù)保證租賃雙方信息的真實性;伊鏈區(qū)塊鏈通過引入信用機制，利用積分體系提高用戶雙方違約成本，并制定違約獎懲制度，規(guī)范租房流程;雄安新區(qū)區(qū)塊鏈將租房平臺、誠信積分系統(tǒng)及區(qū)塊鏈系統(tǒng)三者相結(jié)合，以方便內(nèi)部管理人員使用。由于用戶信息與交易信息錯綜繁雜，本文提出將用戶信息鏈與交易鏈分離的設(shè)計思想，該系統(tǒng)具有以下特點：①在非信任的情況下保證用戶信息與交易信息分離以及數(shù)據(jù)的安全性、隱私性、透明性;②采用智能中介代替人類中介的方式，既降低了房東的人力與時間成本，又保證了租客權(quán)益，解決了房屋租賃的雙邊信任問題;③通過智能合約實現(xiàn)自適應(yīng)尋租與匹配問題，節(jié)省了租客尋租時間。

1系統(tǒng)介紹與相關(guān)技術(shù)

1.1系統(tǒng)實體

用戶之間的房屋租賃交易模型包括房東、租客與智能中介節(jié)點3個實體，如圖1所示。

（1）房東：上傳房源信息，包括房源配套設(shè)施及地理位置等。

（2）租客：向智能中介節(jié)點提出租房需求，并篩選房源。

（3）智能中介節(jié)點：智能中介節(jié)點有作為中介的職責(zé)，協(xié)助房東和租客商定房源價格，以及記錄交易信息，并將交易記錄存儲到區(qū)塊鏈上。同時，智能中介節(jié)點為用戶提供通信服務(wù)，每個租客向最近節(jié)點發(fā)送一個房屋租賃請求，智能中介節(jié)點對自己管轄范圍內(nèi)的房屋資源進(jìn)行統(tǒng)計，并進(jìn)行自適應(yīng)尋租與匹配，并將信息返回給租客，同時扮演拍賣者角色，在租客與房東之間進(jìn)行反復(fù)的房價雙向拍賣。

1.2區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N新興的P2P技術(shù)，用于分布式計算與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間分散的數(shù)據(jù)共享。區(qū)塊鏈主要由3部分組成：

（1）交易。在交易過程中，交易信息包括用于隱私保護(hù)的租客與房東代用名、數(shù)據(jù)類型、原始事務(wù)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)標(biāo)記、元數(shù)據(jù)完整索引歷史、與交易記錄的加密鏈接以及事務(wù)生成的時間戳。信息經(jīng)過加密與數(shù)字簽名，保證其真實性和準(zhǔn)確性。

（2）事務(wù)數(shù)據(jù)塊。租房事務(wù)的所有原始數(shù)據(jù)都在智能中介節(jié)點之間進(jìn)行存儲、共享與審計。由于計算與存儲的限制，房東和租客只存儲元數(shù)據(jù)索引。元數(shù)據(jù)索引表示元數(shù)據(jù)位置，從而降低了系統(tǒng)成本。智能中介節(jié)點收集與管理自己的本地交易記錄，這些交易記錄在經(jīng)過授權(quán)之后，被存放到區(qū)塊中，每個區(qū)塊包含一個密碼散列以供跟蹤與驗證。在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊是以線性時間順序添加的。當(dāng)交易添加到區(qū)塊鏈之后，房東、租客可以公開訪問這些數(shù)據(jù)。

（3）智能合約。智能合約實現(xiàn)具體業(yè)務(wù)，將具體交易細(xì)節(jié)和準(zhǔn)則以腳本方式實現(xiàn)，可實現(xiàn)交易的自動執(zhí)行。智能合約通過加密算法進(jìn)行加密，保證了數(shù)據(jù)的真實性和完整性，在記錄交易全部過程的同時，還可防止交易被篡改。

2基于區(qū)塊鏈的房屋租賃分配系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

如圖2所示，用戶通過身份認(rèn)證注冊賬戶，已認(rèn)證的用戶信息以hash值方式存儲在用戶信息鏈上，從而保障了用戶信息的隱私性。房東上傳的房源信息存儲在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，租客將租房需求發(fā)送給所屬區(qū)域的智能中介節(jié)點，各區(qū)域智能中介節(jié)點擁有本地區(qū)房源信息。

智能中介根據(jù)租客要求利用智能合約完成房源自適應(yīng)匹配，并將匹配的房源信息返回給租客。待交易雙方達(dá)成共識后進(jìn)行交易，并將交易信息上鏈。交易信息上鏈保證了交易數(shù)據(jù)的真實性、不可篡改性以及可追溯性。

采用交易信息與用戶信息分鏈存儲的方式，實現(xiàn)了交易信息與用戶信息的隔離，降低了信息鏈的冗余。若修改交易或用戶信息，對應(yīng)的hash值也會被修改，這一特征保證了信息的真實性，同時保證了信息的完整性與不可篡改性。此外，用戶還可以查詢交易記錄。在傳統(tǒng)的中心化存儲模式中，若存儲中心損壞將會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，在區(qū)塊鏈中，由于每個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的地位相同，網(wǎng)絡(luò)是去中心化的，從而降低了整個系統(tǒng)的癱瘓機率。

2.2業(yè)務(wù)流程

2.2.1系統(tǒng)用戶信息初始化與密鑰生成

本系統(tǒng)采用橢圓曲線數(shù)字簽名算法與非對稱加密算法進(jìn)行用戶信息初始化（見式（1））。用戶根據(jù)自己的不同需求選擇不同身份進(jìn)行注冊，每一個用戶在可信機構(gòu)（如政府部門）注冊后成為合法實體。當(dāng)用戶U_i成為合法實體后將獲得唯一標(biāo)識身份的Id_i，同時獲得該用戶的公鑰、私鑰以及證書，分別記為：PUK_i、PRK_i、CERT_i。用戶U_i向授權(quán)機構(gòu)請求一組錢包地址WTID_i，授權(quán)機構(gòu)生成初始化映射列表。

UN={PUK_i，PRK_i，CERT_i，WTID_i} （1）

2.2.2系統(tǒng)交易信息初始化

首先進(jìn)行交易信息初始化。

TN={CA，SM，T} （2）

其中CA為共識算法，SM為智能合約，房屋交易為T。

T={Id_i，Id_j，TD_ij}

其中Id_i為租客的唯一身份標(biāo)識，Id_j為房東的唯一身份標(biāo)識，TD_ij為成交細(xì)節(jié)。

TD_ij={ru_i，hu_j，hu_ij，PR_ij|ru_i∈RU，hu_j∈HU} （4）

租客請求房源資源的集合為RU，房東提供的房源資源集合為HU，其中ru_i、hu_j，分別是RU、HU中的單個租房請求資源與單個房屋資源，hu_ij是達(dá)成交易的房源。

2.2.3業(yè)務(wù)資源請求初始化

單個租房請求資源初始化。

ru_i={loc_i，r_i，fac_i|loc_i∈LOC_i，r_i∈R_i，fac_i∈FAC_i}（5）

其中LOC_i為地理位置集合，R_i為備選房源數(shù)量，F(xiàn)AC_i為房源配套設(shè)施。

2.2.4租賃交易

租客U_i通過請求房源資源ru_i，將消息發(fā)送給最近的智能中介節(jié)點，該節(jié)點通過租客提供的請求房源地理位置loc_i、房源配套設(shè)施要求fac_i與本地房源資源信息hu_j進(jìn)行白適應(yīng)尋租與匹配。其中備選房源數(shù)量為r_i，經(jīng)過匹配后節(jié)點將滿足要求的待租賃房源信息hu_ij返回給租客。租客接收到智能中介匹配的房屋資源后進(jìn)行篩選，并將篩選完成的信息返回給智能中介，智能中介將租客的請求發(fā)送給房東：

（1）當(dāng)租客篩選后預(yù)留下大于1個房源信息吋，此時智能中介需要將租客請求發(fā)送給多個房東，房東根據(jù)提供的房源價格區(qū)間設(shè)置房源租價，并將消息通過智能中介返回給租客，租客根據(jù)多個房東提供的租價，結(jié)合備選房源信息，確定租賃并更新租賃房源信息hu_ij。

（2）當(dāng)多個租客選擇同一房源吋，通過智能中介將租客請求發(fā)送給房東，房東制定房源起拍價，再通過智能中介反饋給租客，此時多個租客可通過競拍方式爭取交易達(dá)成，競拍最高價格不能超過房源價格區(qū)間的最高價。

2.2業(yè)務(wù)流程

由于區(qū)塊鏈?zhǔn)褂梅植际綌?shù)據(jù)庫，所以以地區(qū)為單位分配智能中介節(jié)點，租客與房東之間的交易通過就近原則實現(xiàn)，通過最近的智能中介節(jié)點完成房屋租賃雙方交易。

2.2.5交易上鏈

智能中介將完成的交易首先存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，并對這些交易記錄進(jìn)行加密與數(shù)字簽名，以保證交易的真實性及準(zhǔn)確性。智能中介按照一定的時間間隔將交易記錄保存到區(qū)塊中，每一個塊包含前一個區(qū)塊的加密hash值。

2.2.6共識過程

交易記錄保存到區(qū)塊之前需要對交易進(jìn)行驗證，完成交易驗證的過程就是達(dá)成共識的過程。委托權(quán)益證明算法（Delegated ProofofStake簡稱DPOS）是共識算法的一種，通過選舉部分節(jié)點為代表產(chǎn)生與驗證區(qū)塊，其在少數(shù)群體勾結(jié)的情況下以及任何自然網(wǎng)絡(luò)中都是安全的。DPOS可以在大多數(shù)生產(chǎn)者失敗的情況下繼續(xù)工作。本文對DPOS共識算法進(jìn)行改進(jìn)，將所有智能中介作為評審委員會成員，從智能中介中選舉部分節(jié)點作為共識節(jié)點，并利用這些共識節(jié)點對產(chǎn)生的區(qū)塊進(jìn)行驗證。

3房源自適應(yīng)尋租與匹配策略

以一個隨機選取的房源資源請求為例進(jìn)行闡述。首先從租客請求資源的集合RU中選取一個房源資源請求ru，相應(yīng)區(qū)域的智能中介根據(jù)租客提供的租房需求，對交通地理位置和房源設(shè)施等級進(jìn)行計算。利用該區(qū)域的房源坐標(biāo)與租客期望的租房地址坐標(biāo)，生成坐標(biāo)距離矩陣，并根據(jù)距離設(shè)置不同權(quán)重得到兩點間的距離。對房源設(shè)施與距離設(shè)置不同權(quán)重，得到最終的匹配度列表，并進(jìn)行降序排序。根據(jù)租客的備選房源數(shù)量要求n，取前n個房源，并將對應(yīng)的房源信息發(fā)送給租客。以下算法給出了房源自適應(yīng)匹配與尋租的更多細(xì)節(jié)。

首先輸入各參數(shù)變量，loc為租客期望的地理位置地址坐標(biāo)，，為租客備選房源數(shù)量，fac為租客對房源配套設(shè)施的需求，hu_ij為房源信息，HU為某區(qū)域的房源地址集合，λ為目標(biāo)距離權(quán)值，μ為距離匹配度占總匹配度的權(quán)值，η為配套設(shè)施匹配度占總匹配度的權(quán)值。

首先對輸入?yún)?shù)進(jìn)行初始化，huij、loc、facr、HU、MT均為空，λ、μ、η為常量，其中Uh表示所有區(qū)域的房源集合，HUn表示11區(qū)域所有房源。區(qū)域標(biāo)識K按照各地區(qū)情況具體制定，不同地區(qū)房源數(shù)量不同，MT為房源匹配度列表。

當(dāng)租客不提供期望地理位置地址坐標(biāo)與房源配套設(shè)施需求時，不匹配房源給租客。

當(dāng)租客只提供期望地理位置地址坐標(biāo)，不提供房源配套設(shè)施需求時，在進(jìn)行匹配度計算時只針對距離匹配度進(jìn)行計算，根據(jù)經(jīng)緯度坐標(biāo)求出兩點之間的距離LOC。按照權(quán)值比重計算方式，求出所有符合要求的房源匹配值，此時只根據(jù)房源位置進(jìn)行匹配值計算。對房源匹配值進(jìn)行降序排序得到MT_sec，按照租客的備選房源數(shù)量n=r，取前r個最高的匹配值。

當(dāng)租客提供期望地理位置地址坐標(biāo)和房源配套設(shè)施需求時，按照房源坐標(biāo)和房源設(shè)施權(quán)值比重求出所有符合要求的房源匹配值。對房源匹配值進(jìn)行降序排序得到MT_sec，按照租客的備選房源數(shù)量n=r，取前r個最高的匹配值。

最后輸出r個備選房源信息，供租客選擇。

4實驗結(jié)果及分析

4.1參數(shù)說明

為了驗證區(qū)塊鏈技術(shù)在基于區(qū)塊鏈的房屋租賃資源調(diào)度分配上的適用性，本文設(shè)計以下實驗方案。使用Java腳本構(gòu)建相應(yīng)模型和策略，調(diào)用谷歌地圖，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析與說明。對模型作以下幾點假設(shè)和說明：

（1）房屋基礎(chǔ)設(shè)施等級設(shè)置如表2所示，目標(biāo)距離矩陣參數(shù)權(quán)重如表3所示，房源匹配度影響因素權(quán)重如表4所示。

（2）為了突出研究對象的典型性，以上海地區(qū)為例進(jìn)行實驗。智能中介以上海各區(qū)域為維度，每個區(qū)分配一個智能中介，對應(yīng)區(qū)域的房源尋租與匹配由該區(qū)域中介負(fù)責(zé)。從上海市兩個區(qū)域的租房需求著手，其中一個為市中心的靜安區(qū)，另一個為相對偏遠(yuǎn)的寶山區(qū)。本文從Uber上分別獲取寶山區(qū)與靜安區(qū)100個在租房源信息，并隨機在兩個地區(qū)選取5個租房需求。

（3）所有節(jié)點均在分布式網(wǎng)絡(luò)中，并按照本文提出的規(guī)則和策略完成房屋租賃資源供需之間的尋租、匹配與交易。

4.2實驗結(jié)果及分析

將實驗中的所有租房需求及房源在區(qū)塊鏈技術(shù)作用下進(jìn)行自適應(yīng)匹配與尋租，將所有租房需求及匹配結(jié)果顯示在谷歌地圖上，以驗證區(qū)塊鏈技術(shù)對房屋租賃分配的可行性和適用性。由于獲取的是最高坐標(biāo)層級，所以本文只以某幾個租房需求點為例進(jìn)行說明。圖4為上海市寶山區(qū)房屋租賃資源請求與分配的部分結(jié)果坐標(biāo)圖，圖5為上海市靜安區(qū)房屋租賃資源請求和分配的部分結(jié)果坐標(biāo)圖。其中五角星為租房需求點，坐標(biāo)點為滿足要求的備選房源中匹配度最高的房源地點。所有租房需求分配匹配度如表5、表6所示。

從實驗結(jié)果可以看出，所有租房需求都能夠通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)自適應(yīng)匹配與尋租，充分說明區(qū)塊鏈技術(shù)通過分布式的智能中介節(jié)點，能夠讓分散的租房請求與房屋資源之間自動完成尋租與匹配，使房屋資源調(diào)度僅與租房需求相關(guān)，而與房屋資源中介掌握的房源信息無關(guān)，從而避免了傳統(tǒng)中介中的交易信息不對稱問題，既節(jié)省了房東的時間和精力，又保證了租客的租房權(quán)益，并解決了房屋租賃雙方的信用問題，這與傳統(tǒng)模式下的房屋租賃調(diào)度和管理有著本質(zhì)區(qū)別。中介的房源價格制定由智能中介直接給出價格區(qū)間，且租賃雙方可以商定價格，免除了中介手續(xù)費，同時租客也不用擔(dān)心中介從中獲取暴利而損害了自身利益。

5結(jié)語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了區(qū)塊鏈技術(shù)與房屋租賃系統(tǒng)的結(jié)合，針對現(xiàn)有房屋租賃平臺中存在的關(guān)鍵問題，提出基于區(qū)塊鏈的房屋租賃分配系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，基于區(qū)塊鏈的房屋租賃分配系統(tǒng)能夠為租客提供自適應(yīng)性的房源尋租與匹配策略，同時能夠保障交易信息的公開性、防篡改性及用戶信息的隱私性，保證了房屋租賃雙方的利益。然而，該系統(tǒng)仍存在不足之處：①本文提出的改進(jìn)DPOS算法效率有待提高;②本文設(shè)計的實驗環(huán)境較為理想，房屋租賃分配策略只考慮了交通與房源配套設(shè)施，且交通方面未考慮實際道路分布，僅考慮了兩點間的直線距離，對房源配套設(shè)施的考慮也不夠全面等。因此，在未來研究中需設(shè)計更符合用戶實際需求的房屋租賃分配策略以解決上述問題。