基于區塊鏈的慈善系統的研究與實現

易勤 歐嵬 劉威 胡姣

摘? 要： 針對現有慈善組織存在的公信力不足、便捷性低，以及善款流向不透明、集中式服務器易出錯和工作效率低等問題，設計了一種基于區塊鏈技術的慈善募捐系統。該系統利用區塊鏈的信息公開和數據可追溯，讓所有參與者共同記賬，并對物資、資金流通進行監管，且不收取任何費用，直接將物資、善款交至求助者手中。與現有慈善系統相比，該系統能及時、高效地對需要幫助的人施以援手，同時能夠隨時、便捷地監管捐贈物資和款項。

關鍵詞： 慈善; 區塊鏈; 分布式賬本; 共識機制; 智能合約

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1006-8228（2020）02-62-05

Research and implementation of a charity system based on blockchain

Yi Qin， Ou Wei， Liu Wei， Hu Jiao

（Department of Electronic and Information Engineering ， Hunan University of Science and Engineering， Yongzhou， Hunan 425199， China）

Abstract： Aiming at the problems existing in charitable organizations， such as lack of credibility， low convenience， opaque flow of money， centralized servers errors and low efficiency， a charity system based on blockchain technologies is designed. In this system， information disclosure and data traceability of blockchain technologies are used to allow all participants to keep accounts together and supervise materials and funds without any fees， so that the materials and funds can be directly handed over to the help-seekers. Compared with the existing charity systems， this system can efficiently help the people in time， and it also can conveniently monitor the materials and funds at any time.

Key words： charity; blockchain; distributed ledger; consensus mechanism; smart contract

0 引言

中國的慈善思想源遠流長，隨著全面建設小康社會的推進，慈善事業在社會救助領域迅速發展并取得初步成就。慈善事業受到人們關注的同時，也面臨著信任危機：①善款流向不透明，監管力度不夠，社會公信力低[1];②集中式服務器出現問題，存在為謀私利而進行篡改信息的可能[2];③政府行政干預過大[3]。事實證明，在巨大災難面前，民間機構的反應速度是最快的[4]。因此，對慈善系統的研究成為熱點。

本文利用區塊鏈技術提出了一種新的慈善模式，并基于該模式搭建了一個慈善募捐系統。該系統采用分布式架構，在政府的合理管理之下，將每筆慈善捐款的信息完全公開，并致力于利用區塊鏈技術改善當前慈善事業的現狀，提高慈善組織的公信力，呼吁更多的群眾參與慈善捐助，這也是建立該系統的目標和意義所在。

1 國內外研究現狀

目前國內外許多機構都在嘗試將區塊鏈技術應用于慈善領域，國外較為成熟的代表是Helperbit平臺，Helperbit平臺在受捐人收到捐款時需繳納一定比例的交易費用，中間成本高，但Helperbit平臺不僅是慈善平臺，還可以進行其他的交易;國內的代表則是“心鏈”，心鏈是由眾托幫互助平臺專門為公益事業而開發的產品，具有基本完備的功能[5]。

當前較熱門的是將區塊鏈技術運用于慈善事業。區塊鏈的去中心特點可以將慈善公益項目相關的信息分布在網絡各個節點上[6]，目前沒有什么技術能同時篡改整個網絡上51%以上的節點數據，杜絕了某一個組織或個人操控慈善公益項目而謀私利的行為。區塊鏈的公開透明特點[7]，即所有的信息都是對全網絡公開的，因此可以知道所捐助的每一筆款項的對應接收人是誰、如何使用、共發放幾次、救助效果如何等等，方便點對點的查詢和追溯每一筆交易的相關責任人。區塊鏈的信息可追溯的特點[8]，將捐贈人和受捐項目直接關聯，每筆款項流通都被儲存在鏈上，各方均可進行查看監督，對每一筆捐贈都了如指掌，保證公益項目的公開性和透明性。

2 關鍵技術

2.1 分布式賬本

賬本層負責區塊鏈系統的信息存儲，包括收集交易數據，生成數據區塊，對本地數據進行合法性校驗，以及將校驗通過的區塊加到鏈上。賬本層將上一個區塊的簽名嵌入到下一個區塊中組成塊鏈式數據結構，使數據完整性和真實性得到保障，這正是區塊鏈系統防篡改、可追溯特性的來源。

賬本層有兩種數據記錄方式，分別是基于資產和基于賬戶。基于資產的模型中，首先以資產為核心進行建模，然后記錄資產的所有權，即所有權是資產的一個字段。基于賬戶的模型中，建立賬戶作為資產和交易的對象，資產是賬戶下的一個字段。相比而言，基于賬戶的數據模型可以更方便地記錄、查詢賬戶的相關信息，基于資產的數據模型可以更好地適應并發環境。為了獲取高并發的處理性能且及時查詢到賬戶的狀態信息，多個區塊鏈平臺正向兩種數據模型的混合模式發展[9]。

2.2 共識機制

共識層負責協調和保證全網各個節點數據記錄一致性。區塊鏈系統中的數據由所有節點獨立存儲，在共識機制的協調下，共識層對每個節點的賬本進行同步，實現節點選舉、數據一致性驗證、數據同步控制等功能。數據同步和一致性協調使區塊鏈系統的信息透明化，實現數據共享。

區塊鏈有兩類現行的共識機制[10]，即第一類共識機制和第二類共識機制。根據數據寫入的先后順序判定，從業務應用的需求看，共識算法的實現應綜合考慮應用環境、性能等諸多要求。一般來說，許可鏈采用節點投票的共識機制，以降低安全為代價，提升系統性能。非許可鏈采用基于工作量、權益證明等的共識機制，主要強調系統安全性，但性能較差。為了鼓勵各節點共同參與進來，維護區塊鏈系統的安全運行，非許可鏈采用發行Token的方式，作為參與方的酬勞和激勵機制，即通過經濟平衡的手段，來防止對總賬本內容進行篡改。因此，根據運行環境和信任分級選擇適用的共識機制，是區塊鏈應用落地應考慮的重要因素之一。各類共識算法的對比如表1所示。

2.3 智能合約

智能合約層負責以代碼的形式編譯、部署區塊鏈系統業務邏輯，是一種可以在區塊鏈環境中自動談判、履行和執行協議條款的新技術，能完成既定規則的條件觸發和自動驗證履行，最大限度的減少人工干預。智能合約的操作對象大多為數字資產，數據上鏈后難以修改、觸發條件強等特性決定了智能合約的使用具有高價值和高風險，如何規避風險并發揮價值是當前智能合約大范圍應用的難點。

智能合約[11]允許可信交易，這些交易在沒有第三方的情況下進行可追蹤且不可逆轉。該系統利用此特點，保證捐贈者的捐贈有效，且捐贈者可隨時查看自己的捐贈記錄來確認自己的捐款去處，杜絕了個人為謀私利截取捐款的行為發生。

2.4 密碼算法

密碼學實現的安全并非通過對算法的實現過程進行保密[12-13]，而是通過算法所依賴的數學問題來提供，也是保證區塊鏈上交易數據安全的關鍵屏障，通常分為對稱加密和非對稱加密。對稱加密實現了速度快，但相對容易破解，而非對稱加密算法則相反。所以在實際用戶中為了實現既加密速度快，又實現安全方便管理密鑰，一般采用對稱加密和非對稱加密算法的結合體，集成兩類加密算法的優點。

3 系統架構

3.1 系統目標

⑴ 充分挖掘中國潛在的慈善力量，利用區塊鏈技術，增加群眾對慈善的熱情，推動慈善事業的發展;

⑵ 利用新型產品技術為求助者提供一個可即時獲得幫助的去中心化平臺，為捐助者提供一個可以隨時幫助他人的公開透明平臺;

⑶ 為管理人員提供便利的審核平臺;

⑷ 利用區塊鏈技術保障捐助信息的真實性，提高慈善機構公信力度;

⑸ 采用科學技術設計慈善系統，將慈善事業科技化，讓廣大群眾感受新時代科技化的便利。

3.2 技術路線

3.2.1 系統整體設計

系統整體設計如圖1所示。

⑴ 設計美觀大方、易操作的登錄與注冊界面，讓使用者能更高效的使用該系統。

⑵ 創建MySQL數據庫，建立用戶信息表等，將用戶信息存儲進數據庫中。

⑶ 采用區塊鏈技術編寫相關代碼，實現預期效果。

3.2.2 捐贈者登錄

捐贈者首次進入系統時，需先注冊，注冊后登錄系統，進入系統首頁，可以選擇進行捐助并且查看捐贈筆數和捐贈總金額、個人信息及申請求助，如圖2所示。

3.2.3 求助者登錄

當求助者登錄系統時，可以發布有關自身詳情的一些描述，系統會要求求助者上傳相關材料以鑒定其真實性，如圖3所示。

4 系統測試

4.1 客戶端界面

當登錄后進入用戶主界面時，用戶主界面的下方會顯示所有求助者發起的募捐項目，捐助者可任意選擇某一個（或多個）籌款項目進行捐款。點擊該界面中的“立即籌款”按鈕進入發起籌款頁面，如圖4所示，需要在該界面填寫“目標金額”、“籌款標題”、“求助說明”，提交“附圖”以證明自己籌款項目的可信度。點擊“籌款項目”進入項目詳情頁面，如圖5所示。

4.2 Web端后臺審核

求助信息審核如圖6所示。對于未審核的籌款，點擊該頁面的“查看”按鈕進入籌款項目管理員審核頁面，如圖7所示，在籌款項目管理員審核頁面可以查看籌款項目的具體詳情，對于審核通過的籌款，也可進入詳情頁面查看。

5 結束語

將區塊鏈技術用于慈善捐助，實現了一個去中心化、高效、透明、自治的慈善系統：利用分布式賬本技術實現參與者共同記賬，每個節點都有一個獨立完整的賬本，從而達到信息不可篡改和共同監督的目的;利用共識機制中的實用拜占庭容錯算法，提高了共識效率，降低了系統的資源消耗;利用智能合約將一些預先定義好的規則和條款轉換為代碼，由機器自動化執行，保證系統的高效性，同時減少了人為干預;利用輕量級密碼算法，高效、可靠地保障了用戶隱私。

當前，區塊鏈技術正在潤物細無聲地改變著慈善組織。未來，愿景是在逐步完善的區塊鏈技術支持下，公益慈善工作將不再存在猜忌、糾紛，讓真正需要幫助的人得到資助。

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