基于联盟链的养老服务可信追溯系统构建研究

高结　张翔　朱克涛

摘要：区块链具有去中心化、不可篡改、公开透明等特点，适用于解决多主体协作的养老服务应用场景中的可信追溯问题。首先提出了一种基于联盟链的养老服务可信追溯系统架构，然后采用Hyperledger Fabric分布式账本技术构建了相应架构的原型系统，实现了养老服务数据的可信追溯。原型系统的测试结果验证了该架构的可行性及有效性。

关键词：区块链；联盟链；养老服务；Hyperledger Fabric；可信追溯

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）34-0004-04

1 引言

为积极应对人口老龄化的严峻挑战，国家出台了一系列的政策文件优化老年健康和养老服务供给的重要举措。2019年国务院出台了《国务院办公厅关于推进养老服务发展的意见》[1]（国办发（2019） 5号，以下简称意见），明确提出需要强化信用为核心、质量为保障、放权与监管并重的服务管理体系，有效满足老年人多样化、多层次养老服务需求。2022年7月，国家卫健委、教育部、民政部等11部门发布《关于进一步推进医养结合发展的指导意见》[2]（国卫老龄发〔2022〕25号），要求建立完善多部门协同推进机制，以养老服务为基础，医疗卫生服务为支撑，推动医养有机衔接，强化服务监管。相关文件表明养老产业的核心要务是强化多主体协同及监管，促进养老服务质量提升。

数据可追溯是解决工农业产品及各类服务的质量问题，优化设计产品、服务、或流程的重要途径[3]。养老服务数据的可信追溯是提升养老服务质量的关键。通过建立养老服务可信追溯体系，在出现问题时能够及时追根溯源，定位问题的原因及责任人，同时能够为养老服务及流程的改进提供原始数据资料。传统的追溯平台主要通过中心化数据库存储溯源信息，存在数据易于被篡改或伪造、溯源信息在多元参与主体间流转困难、监管的即时性差等问题，难以实现可信追溯。近年来兴起的区块链技术具有去中心化、不可篡改、公开透明等特点[4]，有效解决了上述问题，在追溯平台中得到了广泛应用。

根据区块链成员节点的准入方式可将区块链分为公有链、联盟链及私有链。公有链是完全去中心化的区块链，节点不需要准入授权即可加入；联盟链是由多个组织参与的部分去中心化的区块链，各个节点通常有与之对应的实体结构组织，节点授权后才能加入或退出网络；私有链是由单一组织构建的中心化的区块链，由集中式管理者进行授权。养老服务涉及老人、养老机构、社区日间照护中心、民政部门等多类主体，养老服务数据包含较多敏感隐私信息，因此需要授权加入的联盟链结构更适用于构建养老服务区块链，联盟链也是当前我国的重点发展方向。

本文利用联盟链技术解决养老服务数据在系统内流转过程中的造假行为，构建可信追溯系统。首先提出了基于联盟链的养老服务可信追溯架构，然后基于该架构实现了养老服务可信追溯系统。本文的其余部分组织如下：第2节综述了相关工作。第3节提出了基于联盟链的养老服务可信追溯系统架构。第4节详细描述了养老服务可信追溯系统的实现方法并进行了测试。第5节对本文工作进行了总结。

2 相关工作

传统的中心化溯源系统主要存在两个问题：一是数据孤岛问题严重，在多元主体协作的业务场景中，数据共享及流动不便，难以实现全流程追溯；二是溯源数据集中存储管理，导致信息不透明，数据存在篡改或伪造风险，可信度不高。区块链是一种去中心化、可追溯、不可篡改的数据共享技术，由网络中的所有节点共同拥有、监督和管理，不受单一主体控制，被广泛应用于经济社会各领域的数据可信追溯。

在农业领域，区块链技术主要应用于农产品生产及流程过程的可追溯[5]，增强农产品质量安全保障能力。如Salah等人[6]提出了一种基于区块链的大豆可追溯方法，使用以太坊和智能合约实现大豆供应链的全流程可追溯。孙传恒等人[7]提出了一种基于区块链的果蔬产品溯源框架，将供应链各环节采集的溯源数据划分为公开和隐私数据，将隐私数据加密上链，通过密钥授权实现链上密文解密共享，解决了溯源上下游企业间的数据共享孤岛问题，满足监管部门的食品安全监管需求。孙俊等人[8]提出了基于联盟链的农产品追溯系统架构模型，以鱼肉制品为例，论证了系统架构应用的可行性。

在工业领域，区块链技术可用于工业制造、供应链等数据的安全共享开发区可信追溯。如夏景等人[9]提出了一种基于区块链技术的工业制造数据的安全共享方法，利用区块链技术对数据共享以加密方式进行保护，构建工业数据安全共享网络体系。Sun等人[10]综述了区块链和工业物联网技术的融合对供应链商业和管理模型的影响，采用企业调查和文献综述相结合的方法确定了不同供应链场景下的实际行业需求，分了工业互联网和区块链的特点和适用场景。

在公共服务领域，区块链可被应用于城市治理、学历认证、志愿服务、版权保护、医疗记录追溯、药品和食品供应链管理等不同领域。如Chen等人[11]利用区块链技术构建时间银行应用，实现志愿服务的可信存证和追溯。Shen等人[12]综述了区块链在智慧城市中的应用，讨论了区块链对城市可持续发展目标的影响。胡漠等人[13] 基于异构区块链网络技术，提出了智慧养老多元信息协同模式。

然而，现有的文献中关于区块链技术在养老服务领域应用较多停留于理论研究层面，本文将探讨利用区块链技术构建养老服务可信追溯系统的具体技术细节及相关注意事项。

3 养老服务可信追溯系统架构

本节首先介绍了养老服务可信追溯系统的业务流程，然后提出了基于联盟链的养老服务可信追溯系统架构。

3.1 系统业务流程

养老服务业务流程涉及养老机构、社区日间照护中心、各级民政局等多种组织机构及相关人员，具体业务流程如图1所示。养老机构主要包括敬老院、福利院、老年公寓、护理院等，包括入院、付费、护理、评价、出院等服务流程；社区日间照护中心是依托社区养老服务设施或场所，为老人提供生活照料、助餐服务、健康指导、心理慰藉等日间照护的社区养老服务机构，其服务流程包括呼叫/派工、照护、服务评价、服务回访等。基于联盟链的养老服務可信追溯系统链接了养老机构、社区日间照护中心、监管部门、老人等养老服务主体，实现了养老服务数据的上链存证，每笔养老服务的各环节数据经多方记录确认核实，不可篡改，可完整追溯，可实时更新，极大地提升了监管效率。进一步，这些真实服务数据可为监管部门开展养老企业服务准入、等级评定、质量监管、补贴发放等各项业务提供有效支撑。

3.2 系统架构

基于联盟链的养老服务可信追溯系统的架构如图2所示。系统包含基础设施层、数据层、服务响应层、应用层等四层。基础设施层包含用于构建平台的计算、存储及网络资源；数据层采用了区块链存储与关系数据库相结合的方案，向上层提供数据存储服务，区块链存储技术的引入降低了多主体协同过程中的信任成本；服务响应层主要实现服务需求的发布及响应，实现以老人为中心的智慧养老服务服务供给；应用层为老人、亲属、政府、养老机构、社区日间照护中心等机构及用户提供应用软件。

4 原型系统实现及功能测试

本文采用开源的Hyperledger Fabric分布式账本技术平台构建养老服务联盟链，使用Java Web开发技术实现养老服务可信追溯系统管理后台。本节描述了原型系统的实现过程及测试结果。

4.1 Fabric网络环境构建

养老服务联盟链主要包含养老机构、社区照护中心及民政局等三类组织，其部署架构如图3所示。Fabric网络由CA节点、Peer节点、排序服务节点组成。CA节点是Hyperledger Fabric的证书颁发机构，用于客户端应用程序的身份注册及验证。客户端应用程序代表最终用户操作的实体，发起交易时首先向背书节点提交交易提案，收集到足够背书后向排序服务节点广播交易，生成交易区块。所有的Peer节点都是记账节点，负责验证排序服务节点生成的区块，维护状态数据和账本副本；部分Peer节点会执行交易并对结果进行背书，充当背书节点角色；Peer节点的另一种角色是主节点，负责与排序服务节点通信获取最新区块，通过强制指定或动态选举产生。排序服务节点接收包含背书签名的交易，对未打包的交易进行排序，生成区块后广播给Peer节点。

4.2 Web管理系统实现

本文采用SpringBoot框架实现养老服务可信追溯系统管理后台，使用MySQL数据库存储养老服务业务数据，使用Vue、ECharts及DataV可视化数据组件库实现可视化数据大屏。Web管理系统与Fabric网络间使用Fabric-Java-SDK连接，Fabric-Java-SDK通过RPC协议访问Peer节点，使用Shim API封装的链码通信协议访问链码，使用文件系统操作访问分布式账本，如图4所示。通过数据上链存证实现养老服务数据全流程可信追溯。

4.3 系统功能测试

本文设计的养老服务可信追溯系统的主界面如图5所示，实现了养老服务管理、订单管理、员工管理、用户管理、数据管理、账单管理等功能。

本文设计的可视化数据大屏界面如图7所示，该界面以饼图、折线图、柱状图、雷达图等不同形式展示了不同类型、人员、地区的养老服务数据统计分析情况，同时实时展示了上链区块链信息。

测试表明本文设计的方案实现了养老服务数据的可信追溯，达到了预期效果，验证了本文提出的基于联盟链的养老服务可信追溯系统架构的可行性及有效性。

5 结论

本文介绍了联盟链在养老服务可信追溯系统中的应用，提出了基于联盟链的养老服务可信追溯系统的分层架构，使用Hyperledger Fabric、SpringBoot、MySQL等技术构建了原型系统，测试结果验证了该架构的可行性及有效性。

参考文献：

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【通联编辑：王力】