基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統構建研究

高結　張翔　朱克濤

摘要：區塊鏈具有去中心化、不可篡改、公開透明等特點，適用于解決多主體協作的養老服務應用場景中的可信追溯問題。首先提出了一種基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統架構，然后采用Hyperledger Fabric分布式賬本技術構建了相應架構的原型系統，實現了養老服務數據的可信追溯。原型系統的測試結果驗證了該架構的可行性及有效性。

關鍵詞：區塊鏈；聯盟鏈；養老服務；Hyperledger Fabric；可信追溯

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）34-0004-04

1 引言

為積極應對人口老齡化的嚴峻挑戰，國家出臺了一系列的政策文件優化老年健康和養老服務供給的重要舉措。2019年國務院出臺了《國務院辦公廳關于推進養老服務發展的意見》[1]（國辦發（2019） 5號，以下簡稱意見），明確提出需要強化信用為核心、質量為保障、放權與監管并重的服務管理體系，有效滿足老年人多樣化、多層次養老服務需求。2022年7月，國家衛健委、教育部、民政部等11部門發布《關于進一步推進醫養結合發展的指導意見》[2]（國衛老齡發〔2022〕25號），要求建立完善多部門協同推進機制，以養老服務為基礎，醫療衛生服務為支撐，推動醫養有機銜接，強化服務監管。相關文件表明養老產業的核心要務是強化多主體協同及監管，促進養老服務質量提升。

數據可追溯是解決工農業產品及各類服務的質量問題，優化設計產品、服務、或流程的重要途徑[3]。養老服務數據的可信追溯是提升養老服務質量的關鍵。通過建立養老服務可信追溯體系，在出現問題時能夠及時追根溯源，定位問題的原因及責任人，同時能夠為養老服務及流程的改進提供原始數據資料。傳統的追溯平臺主要通過中心化數據庫存儲溯源信息，存在數據易于被篡改或偽造、溯源信息在多元參與主體間流轉困難、監管的即時性差等問題，難以實現可信追溯。近年來興起的區塊鏈技術具有去中心化、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用。

根據區塊鏈成員節點的準入方式可將區塊鏈分為公有鏈、聯盟鏈及私有鏈。公有鏈是完全去中心化的區塊鏈，節點不需要準入授權即可加入；聯盟鏈是由多個組織參與的部分去中心化的區塊鏈，各個節點通常有與之對應的實體結構組織，節點授權后才能加入或退出網絡；私有鏈是由單一組織構建的中心化的區塊鏈，由集中式管理者進行授權。養老服務涉及老人、養老機構、社區日間照護中心、民政部門等多類主體，養老服務數據包含較多敏感隱私信息，因此需要授權加入的聯盟鏈結構更適用于構建養老服務區塊鏈，聯盟鏈也是當前我國的重點發展方向。

本文利用聯盟鏈技術解決養老服務數據在系統內流轉過程中的造假行為，構建可信追溯系統。首先提出了基于聯盟鏈的養老服務可信追溯架構，然后基于該架構實現了養老服務可信追溯系統。本文的其余部分組織如下：第2節綜述了相關工作。第3節提出了基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統架構。第4節詳細描述了養老服務可信追溯系統的實現方法并進行了測試。第5節對本文工作進行了總結。

2 相關工作

傳統的中心化溯源系統主要存在兩個問題：一是數據孤島問題嚴重，在多元主體協作的業務場景中，數據共享及流動不便，難以實現全流程追溯；二是溯源數據集中存儲管理，導致信息不透明，數據存在篡改或偽造風險，可信度不高。區塊鏈是一種去中心化、可追溯、不可篡改的數據共享技術，由網絡中的所有節點共同擁有、監督和管理，不受單一主體控制，被廣泛應用于經濟社會各領域的數據可信追溯。

在農業領域，區塊鏈技術主要應用于農產品生產及流程過程的可追溯[5]，增強農產品質量安全保障能力。如Salah等人[6]提出了一種基于區塊鏈的大豆可追溯方法，使用以太坊和智能合約實現大豆供應鏈的全流程可追溯。孫傳恒等人[7]提出了一種基于區塊鏈的果蔬產品溯源框架，將供應鏈各環節采集的溯源數據劃分為公開和隱私數據，將隱私數據加密上鏈，通過密鑰授權實現鏈上密文解密共享，解決了溯源上下游企業間的數據共享孤島問題，滿足監管部門的食品安全監管需求。孫俊等人[8]提出了基于聯盟鏈的農產品追溯系統架構模型，以魚肉制品為例，論證了系統架構應用的可行性。

在工業領域，區塊鏈技術可用于工業制造、供應鏈等數據的安全共享開發區可信追溯。如夏景等人[9]提出了一種基于區塊鏈技術的工業制造數據的安全共享方法，利用區塊鏈技術對數據共享以加密方式進行保護，構建工業數據安全共享網絡體系。Sun等人[10]綜述了區塊鏈和工業物聯網技術的融合對供應鏈商業和管理模型的影響，采用企業調查和文獻綜述相結合的方法確定了不同供應鏈場景下的實際行業需求，分了工業互聯網和區塊鏈的特點和適用場景。

在公共服務領域，區塊鏈可被應用于城市治理、學歷認證、志愿服務、版權保護、醫療記錄追溯、藥品和食品供應鏈管理等不同領域。如Chen等人[11]利用區塊鏈技術構建時間銀行應用，實現志愿服務的可信存證和追溯。Shen等人[12]綜述了區塊鏈在智慧城市中的應用，討論了區塊鏈對城市可持續發展目標的影響。胡漠等人[13] 基于異構區塊鏈網絡技術，提出了智慧養老多元信息協同模式。

然而，現有的文獻中關于區塊鏈技術在養老服務領域應用較多停留于理論研究層面，本文將探討利用區塊鏈技術構建養老服務可信追溯系統的具體技術細節及相關注意事項。

3 養老服務可信追溯系統架構

本節首先介紹了養老服務可信追溯系統的業務流程，然后提出了基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統架構。

3.1 系統業務流程

養老服務業務流程涉及養老機構、社區日間照護中心、各級民政局等多種組織機構及相關人員，具體業務流程如圖1所示。養老機構主要包括敬老院、福利院、老年公寓、護理院等，包括入院、付費、護理、評價、出院等服務流程；社區日間照護中心是依托社區養老服務設施或場所，為老人提供生活照料、助餐服務、健康指導、心理慰藉等日間照護的社區養老服務機構，其服務流程包括呼叫/派工、照護、服務評價、服務回訪等。基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統鏈接了養老機構、社區日間照護中心、監管部門、老人等養老服務主體，實現了養老服務數據的上鏈存證，每筆養老服務的各環節數據經多方記錄確認核實，不可篡改，可完整追溯，可實時更新，極大地提升了監管效率。進一步，這些真實服務數據可為監管部門開展養老企業服務準入、等級評定、質量監管、補貼發放等各項業務提供有效支撐。

3.2 系統架構

基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統的架構如圖2所示。系統包含基礎設施層、數據層、服務響應層、應用層等四層。基礎設施層包含用于構建平臺的計算、存儲及網絡資源；數據層采用了區塊鏈存儲與關系數據庫相結合的方案，向上層提供數據存儲服務，區塊鏈存儲技術的引入降低了多主體協同過程中的信任成本；服務響應層主要實現服務需求的發布及響應，實現以老人為中心的智慧養老服務服務供給；應用層為老人、親屬、政府、養老機構、社區日間照護中心等機構及用戶提供應用軟件。

4 原型系統實現及功能測試

本文采用開源的Hyperledger Fabric分布式賬本技術平臺構建養老服務聯盟鏈，使用Java Web開發技術實現養老服務可信追溯系統管理后臺。本節描述了原型系統的實現過程及測試結果。

4.1 Fabric網絡環境構建

養老服務聯盟鏈主要包含養老機構、社區照護中心及民政局等三類組織，其部署架構如圖3所示。Fabric網絡由CA節點、Peer節點、排序服務節點組成。CA節點是Hyperledger Fabric的證書頒發機構，用于客戶端應用程序的身份注冊及驗證。客戶端應用程序代表最終用戶操作的實體，發起交易時首先向背書節點提交交易提案，收集到足夠背書后向排序服務節點廣播交易，生成交易區塊。所有的Peer節點都是記賬節點，負責驗證排序服務節點生成的區塊，維護狀態數據和賬本副本；部分Peer節點會執行交易并對結果進行背書，充當背書節點角色；Peer節點的另一種角色是主節點，負責與排序服務節點通信獲取最新區塊，通過強制指定或動態選舉產生。排序服務節點接收包含背書簽名的交易，對未打包的交易進行排序，生成區塊后廣播給Peer節點。

4.2 Web管理系統實現

本文采用SpringBoot框架實現養老服務可信追溯系統管理后臺，使用MySQL數據庫存儲養老服務業務數據，使用Vue、ECharts及DataV可視化數據組件庫實現可視化數據大屏。Web管理系統與Fabric網絡間使用Fabric-Java-SDK連接，Fabric-Java-SDK通過RPC協議訪問Peer節點，使用Shim API封裝的鏈碼通信協議訪問鏈碼，使用文件系統操作訪問分布式賬本，如圖4所示。通過數據上鏈存證實現養老服務數據全流程可信追溯。

4.3 系統功能測試

本文設計的養老服務可信追溯系統的主界面如圖5所示，實現了養老服務管理、訂單管理、員工管理、用戶管理、數據管理、賬單管理等功能。

本文設計的可視化數據大屏界面如圖7所示，該界面以餅圖、折線圖、柱狀圖、雷達圖等不同形式展示了不同類型、人員、地區的養老服務數據統計分析情況，同時實時展示了上鏈區塊鏈信息。

測試表明本文設計的方案實現了養老服務數據的可信追溯，達到了預期效果，驗證了本文提出的基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統架構的可行性及有效性。

5 結論

本文介紹了聯盟鏈在養老服務可信追溯系統中的應用，提出了基于聯盟鏈的養老服務可信追溯系統的分層架構，使用Hyperledger Fabric、SpringBoot、MySQL等技術構建了原型系統，測試結果驗證了該架構的可行性及有效性。

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【通聯編輯：王力】