基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)構(gòu)建研究

高結(jié)　張翔　朱克濤

摘要：區(qū)塊鏈具有去中心化、不可篡改、公開透明等特點，適用于解決多主體協(xié)作的養(yǎng)老服務(wù)應(yīng)用場景中的可信追溯問題。首先提出了一種基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)架構(gòu)，然后采用Hyperledger Fabric分布式賬本技術(shù)構(gòu)建了相應(yīng)架構(gòu)的原型系統(tǒng)，實現(xiàn)了養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)的可信追溯。原型系統(tǒng)的測試結(jié)果驗證了該架構(gòu)的可行性及有效性。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；聯(lián)盟鏈；養(yǎng)老服務(wù)；Hyperledger Fabric；可信追溯

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）34-0004-04

1 引言

為積極應(yīng)對人口老齡化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國家出臺了一系列的政策文件優(yōu)化老年健康和養(yǎng)老服務(wù)供給的重要舉措。2019年國務(wù)院出臺了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)養(yǎng)老服務(wù)發(fā)展的意見》[1]（國辦發(fā)（2019） 5號，以下簡稱意見），明確提出需要強化信用為核心、質(zhì)量為保障、放權(quán)與監(jiān)管并重的服務(wù)管理體系，有效滿足老年人多樣化、多層次養(yǎng)老服務(wù)需求。2022年7月，國家衛(wèi)健委、教育部、民政部等11部門發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)醫(yī)養(yǎng)結(jié)合發(fā)展的指導(dǎo)意見》[2]（國衛(wèi)老齡發(fā)〔2022〕25號），要求建立完善多部門協(xié)同推進(jìn)機制，以養(yǎng)老服務(wù)為基礎(chǔ)，醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)為支撐，推動醫(yī)養(yǎng)有機銜接，強化服務(wù)監(jiān)管。相關(guān)文件表明養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)的核心要務(wù)是強化多主體協(xié)同及監(jiān)管，促進(jìn)養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量提升。

數(shù)據(jù)可追溯是解決工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品及各類服務(wù)的質(zhì)量問題，優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)品、服務(wù)、或流程的重要途徑[3]。養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)的可信追溯是提升養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。通過建立養(yǎng)老服務(wù)可信追溯體系，在出現(xiàn)問題時能夠及時追根溯源，定位問題的原因及責(zé)任人，同時能夠為養(yǎng)老服務(wù)及流程的改進(jìn)提供原始數(shù)據(jù)資料。傳統(tǒng)的追溯平臺主要通過中心化數(shù)據(jù)庫存儲溯源信息，存在數(shù)據(jù)易于被篡改或偽造、溯源信息在多元參與主體間流轉(zhuǎn)困難、監(jiān)管的即時性差等問題，難以實現(xiàn)可信追溯。近年來興起的區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、不可篡改、公開透明等特點[4]，有效解決了上述問題，在追溯平臺中得到了廣泛應(yīng)用。

根據(jù)區(qū)塊鏈成員節(jié)點的準(zhǔn)入方式可將區(qū)塊鏈分為公有鏈、聯(lián)盟鏈及私有鏈。公有鏈?zhǔn)峭耆ブ行幕膮^(qū)塊鏈，節(jié)點不需要準(zhǔn)入授權(quán)即可加入；聯(lián)盟鏈?zhǔn)怯啥鄠€組織參與的部分去中心化的區(qū)塊鏈，各個節(jié)點通常有與之對應(yīng)的實體結(jié)構(gòu)組織，節(jié)點授權(quán)后才能加入或退出網(wǎng)絡(luò)；私有鏈?zhǔn)怯蓡我唤M織構(gòu)建的中心化的區(qū)塊鏈，由集中式管理者進(jìn)行授權(quán)。養(yǎng)老服務(wù)涉及老人、養(yǎng)老機構(gòu)、社區(qū)日間照護(hù)中心、民政部門等多類主體，養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)包含較多敏感隱私信息，因此需要授權(quán)加入的聯(lián)盟鏈結(jié)構(gòu)更適用于構(gòu)建養(yǎng)老服務(wù)區(qū)塊鏈，聯(lián)盟鏈也是當(dāng)前我國的重點發(fā)展方向。

本文利用聯(lián)盟鏈技術(shù)解決養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)流轉(zhuǎn)過程中的造假行為，構(gòu)建可信追溯系統(tǒng)。首先提出了基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯架構(gòu)，然后基于該架構(gòu)實現(xiàn)了養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)。本文的其余部分組織如下：第2節(jié)綜述了相關(guān)工作。第3節(jié)提出了基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)架構(gòu)。第4節(jié)詳細(xì)描述了養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)的實現(xiàn)方法并進(jìn)行了測試。第5節(jié)對本文工作進(jìn)行了總結(jié)。

2 相關(guān)工作

傳統(tǒng)的中心化溯源系統(tǒng)主要存在兩個問題：一是數(shù)據(jù)孤島問題嚴(yán)重，在多元主體協(xié)作的業(yè)務(wù)場景中，數(shù)據(jù)共享及流動不便，難以實現(xiàn)全流程追溯；二是溯源數(shù)據(jù)集中存儲管理，導(dǎo)致信息不透明，數(shù)據(jù)存在篡改或偽造風(fēng)險，可信度不高。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化、可追溯、不可篡改的數(shù)據(jù)共享技術(shù)，由網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點共同擁有、監(jiān)督和管理，不受單一主體控制，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟社會各領(lǐng)域的數(shù)據(jù)可信追溯。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，區(qū)塊鏈技術(shù)主要應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及流程過程的可追溯[5]，增強農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保障能力。如Salah等人[6]提出了一種基于區(qū)塊鏈的大豆可追溯方法，使用以太坊和智能合約實現(xiàn)大豆供應(yīng)鏈的全流程可追溯。孫傳恒等人[7]提出了一種基于區(qū)塊鏈的果蔬產(chǎn)品溯源框架，將供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)采集的溯源數(shù)據(jù)劃分為公開和隱私數(shù)據(jù)，將隱私數(shù)據(jù)加密上鏈，通過密鑰授權(quán)實現(xiàn)鏈上密文解密共享，解決了溯源上下游企業(yè)間的數(shù)據(jù)共享孤島問題，滿足監(jiān)管部門的食品安全監(jiān)管需求。孫俊等人[8]提出了基于聯(lián)盟鏈的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)架構(gòu)模型，以魚肉制品為例，論證了系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用的可行性。

在工業(yè)領(lǐng)域，區(qū)塊鏈技術(shù)可用于工業(yè)制造、供應(yīng)鏈等數(shù)據(jù)的安全共享開發(fā)區(qū)可信追溯。如夏景等人[9]提出了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的工業(yè)制造數(shù)據(jù)的安全共享方法，利用區(qū)塊鏈技術(shù)對數(shù)據(jù)共享以加密方式進(jìn)行保護(hù)，構(gòu)建工業(yè)數(shù)據(jù)安全共享網(wǎng)絡(luò)體系。Sun等人[10]綜述了區(qū)塊鏈和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合對供應(yīng)鏈商業(yè)和管理模型的影響，采用企業(yè)調(diào)查和文獻(xiàn)綜述相結(jié)合的方法確定了不同供應(yīng)鏈場景下的實際行業(yè)需求，分了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的特點和適用場景。

在公共服務(wù)領(lǐng)域，區(qū)塊鏈可被應(yīng)用于城市治理、學(xué)歷認(rèn)證、志愿服務(wù)、版權(quán)保護(hù)、醫(yī)療記錄追溯、藥品和食品供應(yīng)鏈管理等不同領(lǐng)域。如Chen等人[11]利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建時間銀行應(yīng)用，實現(xiàn)志愿服務(wù)的可信存證和追溯。Shen等人[12]綜述了區(qū)塊鏈在智慧城市中的應(yīng)用，討論了區(qū)塊鏈對城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的影響。胡漠等人[13] 基于異構(gòu)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出了智慧養(yǎng)老多元信息協(xié)同模式。

然而，現(xiàn)有的文獻(xiàn)中關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)在養(yǎng)老服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用較多停留于理論研究層面，本文將探討利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)的具體技術(shù)細(xì)節(jié)及相關(guān)注意事項。

3 養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)架構(gòu)

本節(jié)首先介紹了養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，然后提出了基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)架構(gòu)。

3.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

養(yǎng)老服務(wù)業(yè)務(wù)流程涉及養(yǎng)老機構(gòu)、社區(qū)日間照護(hù)中心、各級民政局等多種組織機構(gòu)及相關(guān)人員，具體業(yè)務(wù)流程如圖1所示。養(yǎng)老機構(gòu)主要包括敬老院、福利院、老年公寓、護(hù)理院等，包括入院、付費、護(hù)理、評價、出院等服務(wù)流程；社區(qū)日間照護(hù)中心是依托社區(qū)養(yǎng)老服務(wù)設(shè)施或場所，為老人提供生活照料、助餐服務(wù)、健康指導(dǎo)、心理慰藉等日間照護(hù)的社區(qū)養(yǎng)老服務(wù)機構(gòu)，其服務(wù)流程包括呼叫/派工、照護(hù)、服務(wù)評價、服務(wù)回訪等?；诼?lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)鏈接了養(yǎng)老機構(gòu)、社區(qū)日間照護(hù)中心、監(jiān)管部門、老人等養(yǎng)老服務(wù)主體，實現(xiàn)了養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)的上鏈存證，每筆養(yǎng)老服務(wù)的各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)經(jīng)多方記錄確認(rèn)核實，不可篡改，可完整追溯，可實時更新，極大地提升了監(jiān)管效率。進(jìn)一步，這些真實服務(wù)數(shù)據(jù)可為監(jiān)管部門開展養(yǎng)老企業(yè)服務(wù)準(zhǔn)入、等級評定、質(zhì)量監(jiān)管、補貼發(fā)放等各項業(yè)務(wù)提供有效支撐。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)包含基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)響應(yīng)層、應(yīng)用層等四層。基礎(chǔ)設(shè)施層包含用于構(gòu)建平臺的計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源；數(shù)據(jù)層采用了區(qū)塊鏈存儲與關(guān)系數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方案，向上層提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，區(qū)塊鏈存儲技術(shù)的引入降低了多主體協(xié)同過程中的信任成本；服務(wù)響應(yīng)層主要實現(xiàn)服務(wù)需求的發(fā)布及響應(yīng)，實現(xiàn)以老人為中心的智慧養(yǎng)老服務(wù)服務(wù)供給；應(yīng)用層為老人、親屬、政府、養(yǎng)老機構(gòu)、社區(qū)日間照護(hù)中心等機構(gòu)及用戶提供應(yīng)用軟件。

4 原型系統(tǒng)實現(xiàn)及功能測試

本文采用開源的Hyperledger Fabric分布式賬本技術(shù)平臺構(gòu)建養(yǎng)老服務(wù)聯(lián)盟鏈，使用Java Web開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)管理后臺。本節(jié)描述了原型系統(tǒng)的實現(xiàn)過程及測試結(jié)果。

4.1 Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建

養(yǎng)老服務(wù)聯(lián)盟鏈主要包含養(yǎng)老機構(gòu)、社區(qū)照護(hù)中心及民政局等三類組織，其部署架構(gòu)如圖3所示。Fabric網(wǎng)絡(luò)由CA節(jié)點、Peer節(jié)點、排序服務(wù)節(jié)點組成。CA節(jié)點是Hyperledger Fabric的證書頒發(fā)機構(gòu)，用于客戶端應(yīng)用程序的身份注冊及驗證。客戶端應(yīng)用程序代表最終用戶操作的實體，發(fā)起交易時首先向背書節(jié)點提交交易提案，收集到足夠背書后向排序服務(wù)節(jié)點廣播交易，生成交易區(qū)塊。所有的Peer節(jié)點都是記賬節(jié)點，負(fù)責(zé)驗證排序服務(wù)節(jié)點生成的區(qū)塊，維護(hù)狀態(tài)數(shù)據(jù)和賬本副本；部分Peer節(jié)點會執(zhí)行交易并對結(jié)果進(jìn)行背書，充當(dāng)背書節(jié)點角色；Peer節(jié)點的另一種角色是主節(jié)點，負(fù)責(zé)與排序服務(wù)節(jié)點通信獲取最新區(qū)塊，通過強制指定或動態(tài)選舉產(chǎn)生。排序服務(wù)節(jié)點接收包含背書簽名的交易，對未打包的交易進(jìn)行排序，生成區(qū)塊后廣播給Peer節(jié)點。

4.2 Web管理系統(tǒng)實現(xiàn)

本文采用SpringBoot框架實現(xiàn)養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)管理后臺，使用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲養(yǎng)老服務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，使用Vue、ECharts及DataV可視化數(shù)據(jù)組件庫實現(xiàn)可視化數(shù)據(jù)大屏。Web管理系統(tǒng)與Fabric網(wǎng)絡(luò)間使用Fabric-Java-SDK連接，F(xiàn)abric-Java-SDK通過RPC協(xié)議訪問Peer節(jié)點，使用Shim API封裝的鏈碼通信協(xié)議訪問鏈碼，使用文件系統(tǒng)操作訪問分布式賬本，如圖4所示。通過數(shù)據(jù)上鏈存證實現(xiàn)養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)全流程可信追溯。

4.3 系統(tǒng)功能測試

本文設(shè)計的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)的主界面如圖5所示，實現(xiàn)了養(yǎng)老服務(wù)管理、訂單管理、員工管理、用戶管理、數(shù)據(jù)管理、賬單管理等功能。

本文設(shè)計的可視化數(shù)據(jù)大屏界面如圖7所示，該界面以餅圖、折線圖、柱狀圖、雷達(dá)圖等不同形式展示了不同類型、人員、地區(qū)的養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析情況，同時實時展示了上鏈區(qū)塊鏈信息。

測試表明本文設(shè)計的方案實現(xiàn)了養(yǎng)老服務(wù)數(shù)據(jù)的可信追溯，達(dá)到了預(yù)期效果，驗證了本文提出的基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)架構(gòu)的可行性及有效性。

5 結(jié)論

本文介紹了聯(lián)盟鏈在養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出了基于聯(lián)盟鏈的養(yǎng)老服務(wù)可信追溯系統(tǒng)的分層架構(gòu)，使用Hyperledger Fabric、SpringBoot、MySQL等技術(shù)構(gòu)建了原型系統(tǒng)，測試結(jié)果驗證了該架構(gòu)的可行性及有效性。

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【通聯(lián)編輯：王力】