基于區(qū)塊鏈的慈善系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

易勤 歐嵬 劉威 胡姣

摘? 要： 針對現(xiàn)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(wù)器易出錯和工作效率低等問題，設(shè)計了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的慈善募捐系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈的信息公開和數(shù)據(jù)可追溯，讓所有參與者共同記賬，并對物資、資金流通進(jìn)行監(jiān)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(xiàn)有慈善系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)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(jiān)管捐贈物資和款項。

關(guān)鍵詞： 慈善; 區(qū)塊鏈; 分布式賬本; 共識機制; 智能合約

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yuǎn)流長，隨著全面建設(shè)小康社會的推進(jìn)，慈善事業(yè)在社會救助領(lǐng)域迅速發(fā)展并取得初步成就。慈善事業(yè)受到人們關(guān)注的同時，也面臨著信任危機：①善款流向不透明，監(jiān)管力度不夠，社會公信力低[1];②集中式服務(wù)器出現(xiàn)問題，存在為謀私利而進(jìn)行篡改信息的可能[2];③政府行政干預(yù)過大[3]。事實證明，在巨大災(zāi)難面前，民間機構(gòu)的反應(yīng)速度是最快的[4]。因此，對慈善系統(tǒng)的研究成為熱點。

本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)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(tǒng)。該系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，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(qū)塊鏈技術(shù)改善當(dāng)前慈善事業(yè)的現(xiàn)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(tǒng)的目標(biāo)和意義所在。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外許多機構(gòu)都在嘗試將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于慈善領(lǐng)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(jìn)行其他的交易;國內(nèi)的代表則是“心鏈”，心鏈?zhǔn)怯杀娡袔突ブ脚_專門為公益事業(yè)而開發(fā)的產(chǎn)品，具有基本完備的功能[5]。

當(dāng)前較熱門的是將區(qū)塊鏈技術(shù)運用于慈善事業(yè)。區(qū)塊鏈的去中心特點可以將慈善公益項目相關(guān)的信息分布在網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點上[6]，目前沒有什么技術(shù)能同時篡改整個網(wǎng)絡(luò)上51%以上的節(jié)點數(shù)據(jù)，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(qū)塊鏈的公開透明特點[7]，即所有的信息都是對全網(wǎng)絡(luò)公開的，因此可以知道所捐助的每一筆款項的對應(yīng)接收人是誰、如何使用、共發(fā)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(guān)責(zé)任人。區(qū)塊鏈的信息可追溯的特點[8]，將捐贈人和受捐項目直接關(guān)聯(lián)，每筆款項流通都被儲存在鏈上，各方均可進(jìn)行查看監(jiān)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(guān)鍵技術(shù)

2.1 分布式賬本

賬本層負(fù)責(zé)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的信息存儲，包括收集交易數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)區(qū)塊，對本地數(shù)據(jù)進(jìn)行合法性校驗，以及將校驗通過的區(qū)塊加到鏈上。賬本層將上一個區(qū)塊的簽名嵌入到下一個區(qū)塊中組成塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)完整性和真實性得到保障，這正是區(qū)塊鏈系統(tǒng)防篡改、可追溯特性的來源。

賬本層有兩種數(shù)據(jù)記錄方式，分別是基于資產(chǎn)和基于賬戶?；谫Y產(chǎn)的模型中，首先以資產(chǎn)為核心進(jìn)行建模，然后記錄資產(chǎn)的所有權(quán)，即所有權(quán)是資產(chǎn)的一個字段?；谫~戶的模型中，建立賬戶作為資產(chǎn)和交易的對象，資產(chǎn)是賬戶下的一個字段。相比而言，基于賬戶的數(shù)據(jù)模型可以更方便地記錄、查詢賬戶的相關(guān)信息，基于資產(chǎn)的數(shù)據(jù)模型可以更好地適應(yīng)并發(fā)環(huán)境。為了獲取高并發(fā)的處理性能且及時查詢到賬戶的狀態(tài)信息，多個區(qū)塊鏈平臺正向兩種數(shù)據(jù)模型的混合模式發(fā)展[9]。

2.2 共識機制

共識層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和保證全網(wǎng)各個節(jié)點數(shù)據(jù)記錄一致性。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)由所有節(jié)點獨立存儲，在共識機制的協(xié)調(diào)下，共識層對每個節(jié)點的賬本進(jìn)行同步，實現(xiàn)節(jié)點選舉、數(shù)據(jù)一致性驗證、數(shù)據(jù)同步控制等功能。數(shù)據(jù)同步和一致性協(xié)調(diào)使區(qū)塊鏈系統(tǒng)的信息透明化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

區(qū)塊鏈有兩類現(xiàn)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(jù)數(shù)據(jù)寫入的先后順序判定，從業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求看，共識算法的實現(xiàn)應(yīng)綜合考慮應(yīng)用環(huán)境、性能等諸多要求。一般來說，許可鏈采用節(jié)點投票的共識機制，以降低安全為代價，提升系統(tǒng)性能。非許可鏈采用基于工作量、權(quán)益證明等的共識機制，主要強調(diào)系統(tǒng)安全性，但性能較差。為了鼓勵各節(jié)點共同參與進(jìn)來，維護(hù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全運行，非許可鏈采用發(fā)行Token的方式，作為參與方的酬勞和激勵機制，即通過經(jīng)濟平衡的手段，來防止對總賬本內(nèi)容進(jìn)行篡改。因此，根據(jù)運行環(huán)境和信任分級選擇適用的共識機制，是區(qū)塊鏈應(yīng)用落地應(yīng)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(fù)責(zé)以代碼的形式編譯、部署區(qū)塊鏈系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯，是一種可以在區(qū)塊鏈環(huán)境中自動談判、履行和執(zhí)行協(xié)議條款的新技術(shù)，能完成既定規(guī)則的條件觸發(fā)和自動驗證履行，最大限度的減少人工干預(yù)。智能合約的操作對象大多為數(shù)字資產(chǎn)，數(shù)據(jù)上鏈后難以修改、觸發(fā)條件強等特性決定了智能合約的使用具有高價值和高風(fēng)險，如何規(guī)避風(fēng)險并發(fā)揮價值是當(dāng)前智能合約大范圍應(yīng)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(jìn)行可追蹤且不可逆轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)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(rèn)自己的捐款去處，杜絕了個人為謀私利截取捐款的行為發(fā)生。

2.4 密碼算法

密碼學(xué)實現(xiàn)的安全并非通過對算法的實現(xiàn)過程進(jìn)行保密[12-13]，而是通過算法所依賴的數(shù)學(xué)問題來提供，也是保證區(qū)塊鏈上交易數(shù)據(jù)安全的關(guān)鍵屏障，通常分為對稱加密和非對稱加密。對稱加密實現(xiàn)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(xiàn)既加密速度快，又實現(xiàn)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(jié)合體，集成兩類加密算法的優(yōu)點。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)目標(biāo)

⑴ 充分挖掘中國潛在的慈善力量，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，增加群眾對慈善的熱情，推動慈善事業(yè)的發(fā)展;

⑵ 利用新型產(chǎn)品技術(shù)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(qū)塊鏈技術(shù)保障捐助信息的真實性，提高慈善機構(gòu)公信力度;

⑸ 采用科學(xué)技術(shù)設(shè)計慈善系統(tǒng)，將慈善事業(yè)科技化，讓廣大群眾感受新時代科技化的便利。

3.2 技術(shù)路線

3.2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計

系統(tǒng)整體設(shè)計如圖1所示。

⑴ 設(shè)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(tǒng)。

⑵ 創(chuàng)建MySQL數(shù)據(jù)庫，建立用戶信息表等，將用戶信息存儲進(jìn)數(shù)據(jù)庫中。

⑶ 采用區(qū)塊鏈技術(shù)編寫相關(guān)代碼，實現(xiàn)預(yù)期效果。

3.2.2 捐贈者登錄

捐贈者首次進(jìn)入系統(tǒng)時，需先注冊，注冊后登錄系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)首頁，可以選擇進(jìn)行捐助并且查看捐贈筆數(shù)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(dāng)求助者登錄系統(tǒng)時，可以發(fā)布有關(guān)自身詳情的一些描述，系統(tǒng)會要求求助者上傳相關(guān)材料以鑒定其真實性，如圖3所示。

4 系統(tǒng)測試

4.1 客戶端界面

當(dāng)?shù)卿浐筮M(jìn)入用戶主界面時，用戶主界面的下方會顯示所有求助者發(fā)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(jìn)行捐款。點擊該界面中的“立即籌款”按鈕進(jìn)入發(fā)起籌款頁面，如圖4所示，需要在該界面填寫“目標(biāo)金額”、“籌款標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入詳情頁面查看。

5 結(jié)束語

將區(qū)塊鏈技術(shù)用于慈善捐助，實現(xiàn)了一個去中心化、高效、透明、自治的慈善系統(tǒng)：利用分布式賬本技術(shù)實現(xiàn)參與者共同記賬，每個節(jié)點都有一個獨立完整的賬本，從而達(dá)到信息不可篡改和共同監(jiān)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(tǒng)的資源消耗;利用智能合約將一些預(yù)先定義好的規(guī)則和條款轉(zhuǎn)換為代碼，由機器自動化執(zhí)行，保證系統(tǒng)的高效性，同時減少了人為干預(yù);利用輕量級密碼算法，高效、可靠地保障了用戶隱私。

當(dāng)前，區(qū)塊鏈技術(shù)正在潤物細(xì)無聲地改變著慈善組織。未來，愿景是在逐步完善的區(qū)塊鏈技術(shù)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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