基于區(qū)塊鏈和“時間銀行”的互助式服務(wù)平臺的設(shè)計和開發(fā)

向佳欣，王宏杰，梁桂萍，賴沛鑫

（廣州華商學院數(shù)據(jù)科學學院，廣州 511300）

0 引言

近年來我國社會老齡化加重，傳統(tǒng)的社區(qū)養(yǎng)老模式［1］已不能滿足我國的養(yǎng)老需要，需尋求新的養(yǎng)老模式作為補充。“時間銀行”顧名思義是儲蓄時間、提取時間的銀行。一般表現(xiàn)為，需要幫助的老年人在平臺上發(fā)布需求，志愿者接單后為其提供服務(wù)，以此獲得一定的時間幣，未來志愿者有需要時可以通過支付時間幣為自己或者親人換取養(yǎng)老服務(wù)，簡單來說是用現(xiàn)在的服務(wù)時間換取以后的服務(wù)時間。時間銀行通過一種將服務(wù)時間轉(zhuǎn)換成時間幣的方式來鼓勵公眾參與志愿者活動，提高人們對志愿服務(wù)的積極性。

現(xiàn)今中國部分地區(qū)已開展試行時間銀行的志愿服務(wù)，然而在開展過程中存在一定的缺陷和不足，以時間幣為例，現(xiàn)有的時間銀行在時間幣的發(fā)行和流通方面缺乏透明度，用戶無法了解時間幣的發(fā)行量。此外，時間幣交易數(shù)據(jù)存儲在一個中心化的數(shù)據(jù)庫中，一旦數(shù)據(jù)庫受到攻擊，就會造成數(shù)據(jù)庫損壞，導致數(shù)據(jù)丟失、篡改，甚至產(chǎn)生數(shù)據(jù)無法恢復的嚴重后果。區(qū)塊鏈是一種新型去中心化協(xié)議，由不同節(jié)點組成，它不依賴第三方機構(gòu)的審核，可以自動執(zhí)行智能合約，實現(xiàn)分布式存儲時間幣交易信息或其它數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全性［2］。利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以使時間幣的發(fā)行和流通公開透明，時間幣的結(jié)算不依賴某個中心化的節(jié)點。

針對上述情況，本文提出將區(qū)塊鏈技術(shù)與“時間銀行”概念相結(jié)合的互助式服務(wù)平臺。平臺以政府為主導，以“時間銀行”為媒介，借助“時間幣”進行價值衡量。同時，應(yīng)用區(qū)塊鏈去中心化管理數(shù)據(jù)實現(xiàn)時間幣的結(jié)算流通，促進服務(wù)供需雙方完成服務(wù)交換。

平臺分為用戶端和管理端。用戶端主要采用uni?app框架完成前端開發(fā)，使用Web3.js和智能合約作為接口連接以太坊區(qū)塊鏈；而管理端主要利用Thymeleaf 模板完成前端開發(fā)。二者均利用Spring Boot框架及Spring Security框架完成后端開發(fā)，Solidity編寫智能合約連接服務(wù)端和區(qū)塊鏈，進行數(shù)據(jù)交互，用MySQL完成數(shù)據(jù)存儲。

1 技術(shù)基礎(chǔ)

1.1 uni?app和Thymeleaf

uni?app是一個基于Vue.js開發(fā)所有前端應(yīng)用的框架，實現(xiàn)一套代碼可發(fā)布到iOS、Android、Web 以及各種小程序（如微信、支付寶、百度等）、快應(yīng)用等多個平臺［3］。

Thymeleaf是一個能夠處理HTML、JS、XML并服務(wù)于Java 的模板引擎，它可用于Web 與非Web 環(huán)境中的應(yīng)用開發(fā)。使用Thymeleaf 可以提高平臺開發(fā)的速度，實現(xiàn)完美的頁面渲染［4］。

1.2 Web3.js

Web3.js 是一個JavaScript 庫集合，它封裝了以太坊的JSON RPC API，可以提供一系列Javascript 對象和函數(shù)與以太坊區(qū)塊鏈交互，包括查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，檢索用戶賬戶，發(fā)送交易，與智能合約交互等［5］。

1.3 Spring Boot和Spring Security

Spring Boot 是Spring 項目的一個子項目，它由Pivotal 團隊提供，其樣板化的配置可以精簡Spring應(yīng)用的初始搭建以及開發(fā)過程，使項目開發(fā)變得簡單、方便和快捷［6］。

Spring Security 是基于企業(yè)級應(yīng)用系統(tǒng)，為應(yīng)用程序開發(fā)提供聲明式安全訪問控制的框架。它對安全性的支持依賴于Servlet 過濾器。過濾器可對進入的請求進行安全檢測，檢測通過后應(yīng)用程序才會對該請求進行處理［7］。

1.4 Solidity

Solidity是Ethereum 的一種契約型編程語言，屬靜態(tài)類型，支持繼承庫和用戶自定義類型以及其他功能，旨在定位到以太坊虛擬機。

1.5 MySQL

MySQL 由MySQL AB 公司開發(fā)，是一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)［8］，與其他數(shù)據(jù)庫將所有數(shù)據(jù)放在一個中央倉庫不同，關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，從而增加了數(shù)據(jù)存儲速度并提高了數(shù)據(jù)查詢的靈活性。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

與傳統(tǒng)意義上的社會互助不同，新型互助服務(wù)平臺是基于“時間銀行”概念開發(fā)的，由政府加強政策引導，提高統(tǒng)籌層次，服務(wù)交換雙方通過線上交流，以“時間銀行”為媒介，借助“時間幣”進行價值衡量，同時應(yīng)用區(qū)塊鏈去中心化管理數(shù)據(jù)并實現(xiàn)時間幣的結(jié)算流通，促進服務(wù)供需雙方完成服務(wù)交換，最終實現(xiàn)全社會所有群體共同幫助有需要的老年人的互助服務(wù)平臺。因此平臺服務(wù)主要設(shè)計了用戶端和管理端。

用戶端，利用uni?app、Spring Boot以及Web3.js構(gòu)建移動端，它主要是為供需雙方提供服務(wù)交換的線上平臺，入駐平臺的社會組織發(fā)布志愿服務(wù)信息和已認證老年人發(fā)布個人需求，志愿者接收需求，完成服務(wù)并獲得時間幣。同時，利用區(qū)塊鏈去中心化協(xié)議，使時間幣的發(fā)行和流通公開透明，時間幣的結(jié)算不依賴某個中心化的節(jié)點。

管理端，利用Thymeleaf、Spring Boot和Spring Security 實施，它是一個B/S 結(jié)構(gòu)的在線Web 系統(tǒng)，管理員通過瀏覽器實現(xiàn)對平臺的管理。

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 功能設(shè)計

平臺主要為用戶端和管理端，用戶端和管理端又分別包含若干個功能模塊，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

用戶端按時間幣交易流程分為發(fā)布需求、接收服務(wù)、服務(wù)資訊、兌換商城以及家庭通訊錄等五個模塊。

（1）發(fā)布需求。發(fā)布需求形式有兩種：第一種為政府主導，政府鼓勵社會組織入駐平臺并在平臺上發(fā)布志愿服務(wù)信息，同時發(fā)放時間幣；第二種為個人主導，已在平臺認證的老年人，發(fā)布個人需求。在需求者發(fā)布需求前，平臺會收集需求者的服務(wù)地點、服務(wù)時間、服務(wù)時長、服務(wù)內(nèi)容等具體信息，以便平臺為志愿者提供具體的服務(wù)信息。

（2）接收需求。“接服務(wù)”分為志愿服務(wù)隊發(fā)布的志愿服務(wù)和個人認證后允許發(fā)布的需求，用戶可以選擇需求類型并報名，為了提高報名的通過率，志愿者需要在申請過程中填寫詳細的申請信息，通過審核后才算報名成功。報名后按照規(guī)定進行服務(wù)，志愿者服務(wù)完成后經(jīng)過審核平臺認證后獲得相應(yīng)時間幣，如果未能按照要求完成任務(wù)或超時完成，平臺會扣除志愿者的積分。

（3）服務(wù)資訊。平臺主頁設(shè)有關(guān)于公益宣傳的咨詢，同時提供社區(qū)論壇功能，志愿者和被服務(wù)群體均可在論壇里進行交友，分享心得體會，豐富平臺的娛樂功能。

（4）兌換商城。為鼓勵志愿者進行志愿服務(wù)，本系統(tǒng)設(shè)置了兌換功能。在兌換商城中，用戶可利用時間幣進行物品兌換。

（5）家庭通訊錄。在家庭通訊錄功能中，用戶可以邀請自己的朋友和親人加入，形成好友鏈，好友鏈間用戶可以共享時間幣。

管理端根據(jù)時間幣交易流程，分為賬戶管理、存取管理、系統(tǒng)信息管理、查詢管理以及基本業(yè)務(wù)管理等五個模塊。

（1）賬戶管理。管理員可以對用戶的相關(guān)信息進行管理，包括志愿服務(wù)隊和個人的賬戶開戶、賬戶信息修改和掛失與銷戶等功能。

（2）存取管理。主要包括賬戶中時間幣的存與取，系統(tǒng)發(fā)放用戶時間幣，以及家人賬戶之間的時間幣共享和轉(zhuǎn)發(fā)，商城兌換的時間幣交易等功能。

（3）系統(tǒng)信息管理。主要包括社區(qū)活動信息、用戶信息、活動額度設(shè)置、商品兌換展示和數(shù)據(jù)備份等管理。也包括賬戶查詢、導出、打印等功能。

（4）查詢管理。主要包括查詢社區(qū)居民的賬戶信息、活動申請和完成信息、捐贈信息等功能。

（5）基本業(yè)務(wù)管理?；緲I(yè)務(wù)包括商品管理、需求管理、消息管理和資訊管理等。主要是對用戶的數(shù)據(jù)進行讀取、新增、修改、保存和刪除等操作。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)采用MySQL 作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則，在服務(wù)器的MySQL數(shù)據(jù)庫中設(shè)計用戶信息表（用戶id、用戶姓名、用戶密碼、用戶電話、用戶類型、賬戶余額等）、新聞資訊表（新聞id、新聞名、新聞作者名、發(fā)表時間、新聞圖片、新聞詳情等）、兌換商城信息表（商品id、商品名稱、商品圖片、商品價格、商品數(shù)量等）、活動需求表（需求id，需求名稱、需求類型、需求時間、需求備注等）和時間幣交易記錄表等多個數(shù)據(jù)表，如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計

2.4 區(qū)塊鏈設(shè)計

為保證用戶時間幣交易安全，用戶端需要把提交到服務(wù)端的數(shù)據(jù)分為個人信息、服務(wù)信息和時間幣交易信息等，服務(wù)端通過消息摘要算法運算得到摘要信息，通過Web3.js 與以太坊節(jié)點進行連接，將摘要信息提交到區(qū)塊鏈存儲，同時用戶端將信息存儲到本地數(shù)據(jù)庫。管理端定期檢查數(shù)據(jù)并判斷信息是否被篡改，管理端首先發(fā)出請求，通過智能合約查詢從而獲取區(qū)塊鏈中存儲的信息，然后與本地數(shù)據(jù)庫中存儲的信息進行對比。信息一致則證明數(shù)據(jù)沒有被篡改，信息不相同就表明數(shù)據(jù)存在被篡改的可能性。

2.5 智能合約設(shè)計

智能合約以Solidity 為開發(fā)語言，在以太坊區(qū)塊鏈環(huán)境下，主要完成客戶端到區(qū)塊鏈端摘要信息的上傳，以及管理端到區(qū)塊鏈端摘要信息的查詢。智能合約中使用mapping 存儲數(shù)組［9］，設(shè)計userInfo、serviceInfo和billInfo三個變量。userInfo 存儲用戶個人信息數(shù)組，其中user為用戶對象，包含用戶名和用戶的以太坊地址；serviceInfo存儲用戶服務(wù)信息的摘要；billInfo存儲用戶的時間幣交易信息的摘要，具體如表2所示。

圖3 區(qū)塊鏈設(shè)計方案

表2 智能合約變量設(shè)計表

3 系統(tǒng)開發(fā)

3.1 開發(fā)過程

平臺的原型設(shè)計、功能設(shè)計以及針對各個操作交互設(shè)計均基于“時間幣”交易流程開發(fā)，時間幣開發(fā)以政府公信力為背書，同時需要建立一個審核平臺對時間幣進行審核認證，整個過程如下：

（1）時間幣的發(fā)行?！皶r間幣”由政府主導發(fā)行，平臺以各政府單位為全節(jié)點，以用戶為輕節(jié)點，構(gòu)建公有鏈網(wǎng)絡(luò)；以政府公信力為背書，為志愿者發(fā)放時間幣，主要表現(xiàn)在政府引導各大志愿組織在平臺上發(fā)布志愿服務(wù)內(nèi)容，志愿者參加服務(wù)，完成服務(wù)后由審核平臺進行審核，審核完成后向志愿者支付相應(yīng)時間幣［10］。

（2）時間幣的交易。平臺允許經(jīng)過審核的個人用戶在平臺上發(fā)布需求，主要表現(xiàn)在老年人向平臺提供相關(guān)證明材料，審核平臺對證明材料進行審核，審核完成后即可發(fā)布個人需求。依據(jù)個人需求，志愿者向有服務(wù)需求的老年人提供相應(yīng)的服務(wù)。審核平臺在服務(wù)完成后將會對整個服務(wù)過程進行審核。服務(wù)通過審核后，結(jié)合被服務(wù)者的滿意程度以及服務(wù)類型等綜合因素，平臺將服務(wù)時間進行服務(wù)資產(chǎn)數(shù)字化，即將服務(wù)時間轉(zhuǎn)換為等值的時間幣。

（3）時間幣的轉(zhuǎn)讓。平臺用戶可以邀請自己的朋友和親人加入，形成好友鏈，用戶在好友鏈中進行賬號關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)后的賬號平臺可以實現(xiàn)時間幣共享。

（4）時間幣的支付。平臺設(shè)置線上商城，政府與商家達成合作，商家通過平臺宣傳產(chǎn)品，并為平臺提供產(chǎn)品贊助，用戶可以在商城頁面換取贊助商的產(chǎn)品。

3.2 用戶端

（1）用戶登錄。iOS 和Android 系統(tǒng)中，點擊首頁下方“我的”按鈕進入用戶個人界面，點擊頭像或未登錄進入登錄界面，用戶輸入手機號和密碼，點擊登錄。小程序中，點擊首頁下方“我的”按鈕進入用戶個人界面，點擊頭像或未登錄，平臺跳轉(zhuǎn)至微信授權(quán)界面，用戶點擊允許，“我的”界面即可獲取用戶信息，如圖4所示。

圖4 登陸界面

（2）發(fā)布需求。用戶在首頁選擇“發(fā)需求”進入頁面填寫表單，其中，用戶可點擊“服務(wù)類型選擇”進行修改，如圖5所示。

圖5 發(fā)布需求表單

（3）接收需求。用戶在首頁選擇“接收服務(wù)”進入界面選擇服務(wù)，其中用戶可以在頁面上方進行服務(wù)類型、時間幣排序、時間排序的篩選，選擇完成后進入詳情頁報名，系統(tǒng)生成活動需求信息上傳至區(qū)塊鏈存儲以及保存到本地數(shù)據(jù)庫，服務(wù)完成后志愿者獲得相應(yīng)時間幣，同時時間幣交易信息上傳至區(qū)塊鏈和本地數(shù)據(jù)庫存儲，如圖6所示。

圖6 接收需求界面

（4）兌換商城。用戶點擊首頁下方“我的”按鈕進入用戶個人界面，選擇兌換商城，點擊商品進入商品詳情頁兌換，如圖7所示。

圖7 兌換商城界面

（5）家庭通訊錄。用戶點擊首頁下方“我的”按鈕進入用戶個人界面，選擇家庭通訊錄，點擊邀請按鈕跳轉(zhuǎn)至微信邀請界面，點擊同意關(guān)聯(lián)即可綁定賬號，同時將兩者時間幣余額進行相加后作為新的賬戶余額數(shù)據(jù)，修改用戶信息，同時形成時間幣交易信息并上傳至區(qū)塊鏈和本地數(shù)據(jù)庫存儲，如圖8所示。

圖8 家庭通訊錄界面

3.3 管理端

管理端是利用Spring Boot 和Thymeleaf 實施的在線系統(tǒng)，包括賬戶、存取、信息、查詢、基本業(yè)務(wù)等各種管理功能，由于篇幅原因，其實施過程在此不展開論述。

4 結(jié)語

互助式服務(wù)平臺把區(qū)塊鏈技術(shù)與“時間銀行”概念結(jié)合起來，以政府為主導，以“時間銀行”為媒介，借助“時間幣”進行價值衡量，同時應(yīng)用區(qū)塊鏈去中心化管理數(shù)據(jù)并實現(xiàn)時間幣的結(jié)算流通，最終促進服務(wù)供需雙方完成服務(wù)交換。本平臺的設(shè)計與實現(xiàn)，可以有效解決社會老齡化過程中關(guān)于“時間銀行”概念的新型服務(wù)模式探索過程中的問題，為促進我國老年人鏈接多元的社會資源，為我國養(yǎng)老公益志愿服務(wù)常態(tài)化、規(guī)范化、機制化發(fā)展作出貢獻。