分数数字资产所有权——一种基于智能分数非同质化代币的数字资产共同所有权可靠溯源方法

《Knowledge-Based Systems》：Fractional Digital Asset Ownership—An Intelligent Fractional NFT-Based Approach to the Reliable Provenance of Digital Asset Co-Ownership

　　

本研究提出了一种名为分数数字资产所有权（Fractional Digital Asset Ownership, FDAO）的创新框架，旨在为软件代码等数字工件创建非同质化代币（Non-Fungible Tokens, NFTs），并通过分数化非同质化代币（Fractionalized NFTs, FNFTs）扩展其功能。研究人员利用模型-视图-控制器（Model-View-Controller, MVC）设计模式，实现了数字资产生命周期内的有效共同所有权追踪，为定义和管理共同所有权提供了结构化且高效的机制。系统原型已在集成开发环境（Integrated Development Environment, IDE）中使用去中心化应用（Decentralised Applications, DApps）和智能合约进行开发与测试。与现有基于NFT的模型不同，FDAO融入了一种智能、自动化的分数化和验证机制，该机制结合了ERC-1155和ERC-20标准以增强共同所有权管理和可扩展性。这种集成解决了数字资产共同所有权中有关透明度、安全性和生命周期管理的关键挑战。使用Remix和OpenZeppelin实现的原型展示了FDAO如何实现数字资产安全、透明和高效的转移与管理。通过将FNFT功能与智能合约集成，该框架提供了一种稳健、可扩展且智能的数字资产管理方法，同时在资产生命周期内保持透明度和信任。

**研究背景与动机**

随着全球资产格局的演变，无形资产日益重要。照片、视频、音乐、虚拟房地产和数字艺术品等无物理形态的资产在过去几十年经历了大幅增长。向在线平台的价值交换转移反映了数字经济的扩张。随着非同质化代币（NFTs）的出现，数字资产获得了相当大的关注，NFTs为数字资产提供了额外的真实性和独特性层次。通过NFTs，数字资产现在可以以可验证的方式进行交易、购买和拥有，其独特性由区块链技术保障。这一发展使个人和投资者能够以新颖方式参与数字资产，将互联网上曾经容易被复制的物品转变为独特且可验证的资产。

分数所有权，即数字资产被划分为多份，近年来日益流行。这使得多个投资者可以持有部分所有权，从而更容易获取高价值资产。为应对数字资产的分数化，市场中各类利益相关者正在涌现新的投资与合作机会。

然而，传统单一所有者数字资产模型存在若干固有限制，尤其针对高价值资产而言。最突出的问题之一是缺乏流动性。由于市场通常有限且专业化，很难找到愿意全额购买高价值物品的买家。此外，数字资产的高昂成本对个人构成显著进入壁垒，导致仅有少数买家能够参与。这些局限性使得分数所有权等替代性所有权结构成为必要。分数非同质化代币（FNFTs）实现了数字资产的共享所有权，从而民主化了对其的获取。除了支持分数所有权和确保真实性外，FNFTs还提供了重要的安全性保障。

值得关注的是，现有模型尚未利用FNFTs来支持数字资产的分数所有权，特别是在软件代码等所有者具有积极所有权利益的情境中。这正是本研究开展的契机——研究人员提出了一种新颖且智能的方法来开发数字化工件NFTs，重点关注软件代码应用场景，并构建了FDAO框架以建立和管理资产生命周期内的共同所有权。

**主要技术方法**

研究人员采用的主要关键技术方法包括：基于以太坊区块链平台实现资产分数化功能；采用MVC设计模式构建系统架构，包含视图层（用户界面）、控制器层（智能算法模块）和模型层（数据持久化管理）；整合ERC-1155多代币标准用于创建NFT，以及ERC-20标准用于生成代表分数所有权的同质化代币；使用Remix IDE作为Solidity智能合约开发环境；利用OpenZeppelin安全合约库；通过星际文件系统（InterPlanetary File System, IPFS）实现链下去中心化存储；采用SHA-256密码学哈希函数确保软件代码工件的完整性验证；使用MetaMask钱包连接本地以太坊节点（如Ganache）进行交互测试。

**研究结果**

**FDAO框架概念开发**

研究人员将分数所有权数学表达为：∑_i=1ⁿF_i=1，其中F_i表示利益相关者i的分数所有权份额，n为共同所有者总数。该求和等于1，代表数字资产的100%所有权。FDAO架构采用MVC设计模式进行结构化，包含三个 distinct 组成部分：模型层代表数据和逻辑，视图层显示用户界面和交互，控制层协调模型与视图之间的通信以确保整个系统的无缝功能。

**分层架构设计**

视图层为用户界面（UI），使用户能够与FDAO交互并参与数字资产（如软件代码）的共享所有权，提供分数化NFT创建和验证功能。

控制器层执行由三个模块组成的智能算法：FNFT创建模块负责铸造NFT并分配分数所有权，包括NFT铸造子模块、分数所有权配置子模块和共享分配功能；FNFT验证模块验证FNFT的真实性和有效性，包括所有权证明与共享验证、一致性与完整性验证。

模型层管理持久数据，包括分数所有权记录、交易历史和治理记录。系统通过包含星际文件系统（IPFS）实现数据持久性和去中心化，IPFS为区块链账本提供补充，用于链下存储大型资产文件，同时元数据和密码学哈希保持在链上以确保链下资产的不可篡改性和可验证性。

**设计与实现**

研究人员选择以太坊区块链作为框架基础，因其支持资产分数化功能且其他平台尚不具备此能力。NFT使用ERC-1155标准创建，该标准支持在单一智能合约中管理多类型代币。分数化通过智能合约实现，生成与原始NFT直接关联的ERC-20代币，每个共同所有者根据其商定的所有权百分比获得相应比例的代币份额。

研究人员开发了自定义智能合约来铸造和分数化NFT。智能合约中的mintWithShares函数将每个NFT划分为100份（NUM_SHARES），总供应量上限为1000（MAX_SUPPLY）。该函数验证输入长度一致性、确保总分数分配符合预定义约束、检查代币ID在允许供应范围内，然后将分数份额分配给指定账户。

getSharesOwned函数用于验证个人所有权，计算指定账户对特定代币ID的总份额数。该函数首先验证tokenID在现有代币的可接受范围内，然后迭代sharesOwned[tokenId]数组，累加与输入账户地址匹配的所有份额条目，最终返回该账户对给定tokenId的总份额数。

**性能评估**

实验在Remix IDE中进行，使用OpenZeppelin库生成NFT。研究人员测试了偶数和奇数分数数量（从1或2份至99或100份）的性能指标。

响应时间方面，随着分数数量增加，总响应时间增加（如2份时0.014048秒，100份时0.035255秒），但增长趋势非严格线性，超过32份后增长更为平缓。每份平均响应时间随分数数量增加而降低（如2份时0.007024秒/份，100份时0.000353秒/份）。

Gas费用方面，总gas费用随分数数量增加而增加（如2份时0.000968，100份时0.005693），但每份平均gas费用显著下降（如2份时0.000484/份，100份时0.000057/份），表明固定每笔交易开销在更多分数间摊薄。

所有权分配准确性方面，所有测试场景（包括偶数和奇数分数）均达到100%准确率，确认模型按预期准确描述所有权。

**安全与隐私考量**

研究人员指出FNFT系统继承传统区块链系统的安全威胁，包括访问控制配置错误、重入风险、不安全外部调用、抢先交易和意外数据暴露等。建议采用广泛使用的审计库（如OpenZeppelin访问控制和重入保护模式）缓解风险，并确保所有状态转换遵循检查与平衡原则。

隐私方面，不建议在链上存储个人标识符（如电子邮件地址），因为区块链数据公开且不可篡改。敏感身份和联系数据应存储在链外，或使用加盐哈希等伪匿名标识符。若需在代币层面强制执行不可转让性，钱包必须关联不可转让身份凭证。软件代码资产需保持机密性，仅在区块链上存储内容寻址引用，实际代码加密存储于链外，解密密钥按治理或所有权策略共享。

**讨论与结论**

FDAO框架通过结合FNFT与智能合约，实现了安全、透明和高效的数字资产交易。该功能通过FNFT和智能合约的联合使用确保数据完整性和不可篡改性。系统有效管理不同规模的分数分配，确保所有权记录的准确性和透明度。此外，该模型通过使投资者能够持有分数NFT份额，支持更具包容性的数字市场，从而使资产所有权格局更加多元和可及。

然而，NFT分数化模型存在若干局限性：FNFTs目前处于不确定的监管环境中，不同司法管辖区的解释可能各异，可能被归类为证券而面临额外监管要求；系统依赖以太坊等区块链网络，引入交易成本和可扩展性限制，高gas费用和潜在网络拥堵可能限制大额共同投资者或高频交易的可及性；智能合约自动化的共同所有权管理在处理共同所有权期间复杂而细致的治理问题方面尚存在局限。

未来技术扩展方向包括：实施Layer-2执行方法（如rollups）以降低高分数数量下的gas成本；以基于映射的份额账本替代数组扫描所有权查询，实现直接所有权验证而非扫描所有分配；实施隐私保护所有权证明（如选择性披露或零知识证明）；确保治理控制的代码更新（包括阈值投票）；以及使用所有者控制的密钥释放策略对链下软件化工件进行加密。