基于区块链的应急物资社会捐赠体系构建研究*

王 琳

(河南工业大学 管理学院 郑州 450001)

习近平总书记在中央全面深化改革委员会第十二次会议上强调，要健全统一的应急物资保障体系，把应急物资保障作为国家应急管理体系建设的重要内容。社会捐赠是突发事件下应急物资保障的重要组成部分，对捐赠物资的集中管控和统筹调拨是提升突发事件应急管理成效的关键因素。同时，社会参与是提高国家应急治理能力的重要路径，“共建共享共治”新治理格局也决定了我国应急管理体系向公众参与、社会协同、精准援助方向发展。然而新冠肺炎疫情防控期间，武汉市红十字会关于社会捐赠物资的使用情况公开不及时、不透明受到了社会各界的质疑，由此产生的社会信任危机严重损害了社会公众参与的积极性和获得感[1-2]。如何提高应急物资社会捐赠过程中的信息透明度、消除应急物资社会捐赠体系中的信息壁垒成为亟待解决的问题。

区块链的出现为国家应急体系创新治理带来新的契机[3]。区块链技术依靠其独特的分布式数据存储、点对点传输等技术集成，具有信息公开透明、数据不可篡改、可追溯等特点，目前已广泛应用在政府治理、应急管理、溯源监管等众多领域[4-6]，验证了其在信息共享与协同治理方面的优势。基于此，本文尝试构建基于区块链技术的应急物资社会捐赠体系，即依据应急物资社会捐赠流程，将各参与主体作为节点纳入区块链平台，并在物资流转过程中各主体通过区块链节点权限和加密机制将产生的各类数据信息及时写入区块链平台，实现数据信息的同步公开和实时共享。基于区块链的应急物资社会捐赠体系一方面实现各节点对物资捐赠流程各环节信息的实时掌握，消除信息壁垒带来的信任危机，提高社会公众参与捐赠的积极性和获得感，同时也便于相关管理部门对应急物资的统一管理和统筹调拨，有助于制定全面高效的应急物资保障决策；另一方面，区块链特有的分布式数据存储和链状数据结构便于事中管理控制和事后追溯监管。

1 相关研究综述

突发事件的不确定性、复杂性和破坏性等特点决定了应急物资需求量大且种类繁多，为国家应急物资保障体系带来巨大的挑战，应汇聚社会各界力量协同保障应急物资的供应。通过历史梳理不难发现，应急物资社会捐赠体系在应对重大突发事件时发挥了重要作用，极大提升了应急成效[7-8]。通常社会捐赠主要包括直接向目的地定向捐赠与通过红十字会等公益组织实施捐赠的非定向捐赠两种模式。应急物资捐赠链涉及主体众多，同时受突发事件复杂紧急情景的影响、传统物联网和信息系统的局限，应急物资捐赠相关信息无法及时公开，由此导致应急物资社会捐赠体系在信息透明度和公信力、效率和公平,以及协同方面都面临巨大挑战[9]。具体而言，现有的信息发布机制易产生社会危机，应急物资社会捐赠体系中的信息不对称容易造成社会参与积极性下降，不利于形成公众参与、社会协同、精准援助的应急管理体系[10]；缺乏统一的应急物资社会捐赠信息化平台，不利于国家、政府等相关部门集中管理、统筹调拨，影响突发事件的整体救援效率；当前信息传递和存储机制使得数据、信息呈碎片化分布，数据丢失、信息统计失真事件常有发生[11-12]，不利于相关部门事中和事后的管理控制。因此亟待一种新的信息技术以保障应急物资社会捐赠过程中产生的所有信息、数据、情报可以及时、准确、全面的发布、传递和存储，从而提高应急物资保障能力，推进应急管理体系和能力现代化。

而区块链正是强调数据真实可靠、实时公开共享和可全程追溯的一门技术，其依托分布式存储、点对点传输和非对称加密技术，将物品从生产到运输再到销售的全部信息记录在区块链上，确保物品的唯一性；每个环节主体都以私钥验证身份并将信息签名写入区块链，确保信息不可篡改的同时也便于出现纠纷时的举证和追责；区块链上的数据具有的统一凭证、全程记录特点能够有效解决多方参与、信息碎片化和流通环节重复审核等问题，便于物品的快速溯源验证。国内已积极开展有关商品及特色农产品的区块链溯源服务，如天猫国际、五常大米等。

针对应急管理中信息共享存在的跨部门相互信任困难、交换不及时、协同困难等问题[13-14]，美国等国家已构建专门的装备物资运转、系统控制等信息平台[15-17]，旨在借助区块链的数据公开、可追溯、不易篡改等优势实现应急情报共享、应急状态追踪、应急信息安全等[18-20]。王琳借助区块链技术提出了粮食应急案例库的构建方法，可以及时、准确和完整地将突发事件下粮食应急供应过程中多元主体产生的信息情报记录和存储，便于主体间的协同和粮食应急知识的重用[11]。张成虎等基于多链式区块链构建了互联网金融犯罪情报共享模型，解决了互联网金融犯罪问题的追溯监管[21]。BitGive、BitNation、Start Network、HelperBit等国际组织也已建立相应的区块链平台积极开展突发事件后资金、物资的社会捐助管理，用于强化应急资金、应急物资筹集来源及使用去向等信息的公开透明和真实准确[22]。武汉大学国家网络安全学院崔晓晖团队基于区块链技术开发的全国抗击新冠肺炎防护物资信息交流平台是国内应急物资管理区块链应用的积极探索，实现了医疗物资供需信息发布、供需业务对接和供需流程追溯。

综上所述，无论从理论还是实践层面，国内外已积极开展区块链在应急管理、物资捐赠管理场景下的应用探索，区块链能够有效解决应急管理中跨部门相互信任困难、信息公开不及时等问题已得到国内外政府和学者的共识。但目前区块链技术尚处于发展阶段，针对区块链在应急物资社会捐赠领域的应用尚处于探索阶段，相关研究尚未全面阐释基于区块链的应急物资社会捐赠体系的平台架构、组织结构和运作机制。因此，本文尝试基于区块链构建完善的应急物资社会捐赠体系，重点探索面向应急物资社会捐赠的区块链平台架构，并在此基础上提出应急物资社会捐赠体系的组织结构和运作机制。

2 基于区块链的应急物资社会捐赠信息协同平台构建

2.1平台架构应急物资社会捐赠区块链平台以分布式账本和P2P网络为基础构建应急物资捐赠信息、数据的存储结构和传递方式，通过需求方、红十字会、物流企业、捐赠者等各参与节点对物资捐赠信息的录入、传输、维护和应用，实现应急物资的供需信息发布、社会捐赠业务对接和追溯监管，其架构主要包括信息采集层、网络共识层、数据存储层和功能应用层，如图1所示。

图1 基于区块链的应急物资社会捐赠信息协同平台架构

该平台实现实时共享应急物资需求发布、采集、运输、收货分发等全流程信息数据的广播、共享和存储；通过智能合约对各类信息进行操作处理，并通过节点身份认证和交易认证机制确保信息的安全性、完整性和可靠性；基于数据区块特殊的链状结构实现应急物资捐赠信息的全程追溯，确保应急物资社会捐赠各环节信息的真实可靠和公开透明。

信息采集层的主要功能是借助ERP、RFID、GPS、IOT、NFC等自动采集应急物资需求发布、库存、运输、收货、分发等各环节产生的信息，实现应急物资的物理锚定；通过P2P网络将区块链连接到现有的API，定义信息的数据区块结构，并通过Oracle将各类信息以数据区块的形式打包上链，实现链上链下信息和数据的交互，并确保信息的真实性。

网络共识层的主要功能是通过分布式组网和共识算法保证各节点之间的数据传播、验证和更新；并通过封装一系列的共识算法和加密算法保障应急物资捐赠信息在节点间传递的安全性和高效性，解决应急物资捐赠流程中各节点之间的信任问题，主要涉及P2P组网机制、非对称加密传输机制、身份认证与交易认证机制、RPCA机制等。

数据存储层的主要功能是封装业务职能合约及脚本代码，如信息协同共享合约、情报采集合约、日志记录合约等，对应急物资社会捐赠过程中各环节和节点产生的信息和数据进行预处理，同时使平台能够主动传输、处理和存储相关数据信息，维持平台各功能的正常运行。信息数据存储在P2P网络中，各节点可以通过查询文件Hash值并访问该网络获得，存储的数据信息主要包括物资需求信息、物资库存信息、捐赠者信息、物流信息、分发信息等。

功能应用层的主要功能是封装多种应用场景和案例，以溯源APP、小程序、H5/web等形式展现，通过API接口实现应用层和底层平台的交互，支持应急物资捐赠过程中各类信息的更新维护、查询检索、跟踪追溯、监管激励和决策制定等。

2.2组织结构根据我国《突发事件应对法》《救灾捐赠管理暂行办法》等法律法规，应急物资社会捐赠体系涉及各级红十字会、各级应急管理部门、各级监督管理部门、物流企业、需求方、社会民众及慈善机构等多元主体。应急物资社会捐赠区块链平台改变了传统自上而下的金字塔式的信息协同共享模式，构建了扁平化的信息协同组织架构，以提高跨地域、跨部门、跨层级的协同与协作效率。基于区块链的P2P分布式组网协同技术，应急物资社会捐赠区块链平台节点分为主管理节点、管理节点、普通节点三类，所有平台节点均链接在P2P网络中，具体组织架构见图2。

图2 基于区块链的应急物资社会捐赠体系组织结构

主管理节点由国家卫健委、中国红十字会总会、国家应急管理部及国家食品药品监督管理局组成。主管理节点安装完整的节点软件，可以下载完整的区块链，拥有全链条数据的完整副本；主管理节点负责身份认证证书ICert和交易认证证书TCert的颁发和撤销，以及对发出信息共享请求节点身份的验证和信息共享请求的合法性验证，为应急物资社会捐赠体系提供并维护可靠的信任环境。

管理节点由省(区、市)、地、县、乡镇(街道)级应急管理部门、食品药品监督管理部门、红十字会及卫健委组成，负责新加入节点的身份验证和资质审核、颁发数字证书；负责交易信息的合法性审核，对共享情报信息进行排序、打包、背书和广播；对主体身份进行审核，负责节点的准入和清退、访问控制与交易申请的审核认定。

普通节点由社会民众、社会企业、慈善机构、公益组织、物流企业、需求方组成，其通过节点认证协议经过管理节点许可后加入到区块链网络。普通节点充当记账节点的角色，负责对应急物资捐赠流程中产生的相关信息进行提案、上传，该信息通过交易认证后实现在网络上的发布和共享。

2.3运作模式应急物资社会捐赠区块链平台运作主要借助于区块链分布式存储、点对点传输、非对称加密等技术集成，通过链上链下融合、主体信息协同，完成应急物资社会捐赠全流程的信息共享、数据存储、决策支持和流程追溯等(见图3)。

图3 基于区块链的应急物资社会捐赠体系运作模式

基于区块链的应急物资社会捐赠流程主要包括以下环节：

a.节点准入。相关主体作为区块链节点在区块链平台进行注册认证，管理节点通过CA认证机制对节点身份进行验证，颁发数字证书，节点在获得节点秘钥、网络准入认证、区块链授权后，接入区块链核心系统。

b.需求发布。需求方借助ERP系统对应急物资库存进行统计并进行需求预测，统计所需物资品种、数量、规格等信息，提出信息发布请求；CA依据背书机制验证交易申请及信息的合法性，对验证通过的交易申请进行背书操作，添加数字签名，返回申请方进行一致性检验并经过共识排序、数据打包提交至区块链进行广播和存储。

c.供需对接。依据应急物资捐赠流程，各节点将捐赠业务产生的数据信息(如库存信息、物流信息、合规检验信息、物资去向信息等)背书、打包、广播和存储在P2P网络中，直至捐赠流程完成。具体操作参考需求发布环节。

d.追踪溯源。政府监管部门、捐赠者等通过APP、小程序、H5/Web等提出信息查询申请，经CA验证节点身份、授权后，通过数据区块中的Hash追溯可以实现对物资捐赠整个流程进行查询和溯源。

3 基于区块链的应急物资社会捐赠的关键流程

基于应急物资社会捐赠流程和区块链技术特点，本部分描述基于区块链的应急物资社会捐赠体系运作的关键环节，并采用Python语言对其核心步骤的实现进行说明。

3.1需求发布环节应急物资需求方根据当前库存信息和需求预测计划制定物资需求文件，并将此需求信息发布至区块链上进行广播(见图4)。

图4 基于区块链的应急物资捐赠体系需求发布环节

数据区块是应急物资社会捐赠信息的载体，是物资捐赠过程中信息共享的基础。每个数据区块包含时间戳、可选地索引、数据信息、当前区块哈希值和前一区块哈希值。Python中用class创建类，用def __init__()定义类的属性，因此定义数据区块结构如下：

class Block:

def __init__(self, index, timestamp, data, previous_hash):

self.index = index

self.timestamp = timestamp

self.data = data

self.previous_hash = previous_hash

self.hash = self.hash_block()

在区块链中手动创建第一个数据区块实现需求信息的发布。这里以“需求N95口罩10 000枚”为例进行说明。

def create_genesis_block(self):

return Block(0, date.datetime.now(), "10 000 N95 masks are required" , “0”)

3.2物资募集环节捐赠方接收到需求方的物资需求信息后开展应急物资的链下募集。根据捐赠类型的不同，物资募集环节具体操作也不同。针对于定向捐赠，捐赠者直接将物资打包交付第三方物流公司进行运输。针对非定向捐赠，捐赠者将物资送至红十字会基层组织，由相关工作人员对物资进行合规检验。红十字会将合规物资相关信息(名称、种类、规格、数量、来源等)等信息打包上传区块链并生成电子溯源码，便于日后追溯查询(见图5)。

图5 基于区块链的应急物资捐赠体系物资募集环节

区块链中新增数据区块需要基于前一数据区块的信息，需要一个函数将相邻两个区块进行联系。该函数以前一区块为参数，通过函数关系生成新的区块，从而实现应急物资捐赠相关信息在链上的同步和更新。此处以“10 000枚N95口罩募集完成”为例，解释数据区块的生成过程。

def next_block(previous_block):

this_index = previous_block.index + 1

this_timestamp = date.datetime.now()

this_data = "10000 N95 masks are ready" + str(this_index)

this_hash = previous_block.hash

return Block(this_index, this_timestamp, this_data, this_hash)

3.3物资运输环节应急物资经上一级组织整理打包送至物流企业后，该企业会将接收到的所有物资进行分类打包、装车、运输以及搬卸至下一级组织。打包过程中针对物资的种类、数量、用途进行分类打包的信息，装车过程中每辆车对应的装货人、物资信息及车辆自身信息，运输过程中每辆车的运货司机信息、物资实时地理位置信息，搬卸过程中搬运人、搬运时间、搬运物资相关信息都将进行数据上链，储存到区块链中，并实时更新每件物资对应的电子溯源码，完善物资信息(见图6)。数据区块生成过程参考物资募集环节，此处不再赘述。

图6 基于区块链的应急物资捐赠体系物资运输环节

3.4收货分发环节红十字会或者物资需求方收到物资进行合规检验和收货确认，并将该信息上传至区块链平台，物流运输环节完成。针对非定向捐赠物资，红十字会制定分发方案，将物资分发至具体的接收方，物资名称、类型、数量、去向等分发信息及时上链，实现信息的公开透明与实时共享(见图7)。

图7 基于区块链技术的应急物资捐赠体系的物资收货分发环节

3.5监管追溯环节卫健委、药监局和国家应急管理部门以及捐赠者随时可以通过区块链对物资捐赠流程信息进行查询和追溯。从需求发布到物资分发使用全过程的信息均记录和存储在区块链上，相关人员可通过追溯APP、小程序等实时查询物流的流动信息，卫健委和药监局以及国家应急管理部门等也可以对应急物资捐赠全程进行追溯和监管(见图8)。

图8 基于区块链的应急物资捐赠体系物资追溯环节

应急物资捐赠体系追溯是基于区块链的数据连续性特点实现的，每一个数据区块中都包含当前区块的哈希值和前一区块的哈希值，因此根据当前区块中的前一区块哈希值就可以追溯到前一区块，并检索到前一区块的数据信息。通过Python中的for循环函数，可以实现应急物资社会捐赠区块链平台中全链信息数据的遍历，实现过程如下：

for i in reversed(range(0, num_of_block)):

print(block.data)

block= previous_block

return

4 基于区块链的应急物资社会捐赠实例

面向突发事件的应急物资社会捐赠体系是一个复杂的系统工程，涉及主体、环节众多。考虑到数据信息的可获得性，本节以新冠肺炎防疫期间全国抗击新冠肺炎防护物资信息交流平台中的一项捐赠为例，阐释基于区块链的应急物资社会捐赠体系运作过程，验证该体系的科学性和可行性。

4.1捐赠事件描述全国抗击新冠肺炎防护物资的信息交流平台为武汉大学国家网络安全学院、武汉珞樱联创信息科技有限公司和北京众享比特科技有限公司联合开发的区块链平台，主要服务于紧急防护物资的需求发布、供需对接和流程追溯。

本实例为杭州可靠护理用品有限公司向同济儿童医院、武汉市中心医院、湖北省人民医院东院基于区块链平台的定向捐赠，其中杭州可靠护理用品有限公司为捐赠方，同济儿童医院、武汉市中心医院、湖北省人民医院东院为需求方，卫健委、药监局与国家应急管理部承担监督管理，众享比特有限公司联合武汉大学网络安全学院大数据和云计算实验室、武汉珞樱联创信息科技有限公司提供技术支持以及第三方物流企业共同形成该实例组织节点(见图9)。

图9 基于区块链技术的应急物资捐赠实例组织架构

4.2捐赠运作流程本捐赠实例为定向捐赠，因此参与节点缺少红十字会基层组织及其各层机构，捐赠流程也缺少物资募集及其他红十字会的参与行为。为更清晰阐释基于区块链的应急物资社会捐赠体系运作流程，将本实例的具体流程细化为物资需求发布、物资需求响应、物资捐赠运输、物资收货分发和物资追踪溯源5个环节。

4.2.1 物资需求发布环节 2020年2月3日，需求方：同济儿童医院、湖北省人民医院东院、武汉市中心医院发生应急物资短缺，分别将应急物资需求计划上传至区块链并进行全网广播，其中包含应急物资——成人纸尿裤。

4.2.2 物资需求响应环节 杭州可靠护理用品有限公司在看到三所医院发出的成人纸尿裤物资短缺信息后，作为捐赠方进行需求应答。首先进行身份信息验证即验证其是否存在营业执照与生产许可证明，再检验其所捐赠的物资可靠亲肤型成人纸尿裤是否符合检测标准，之后将所捐赠的合规物资信息上传至区块链(见表1)，同时相应生成电子溯源码。

表1 捐赠物资详情信息

4.2.3 物资捐赠运输环节 杭州可靠护理用品有限公司委托第三方物流公司进行物资运输，2月3日，第三方物流公司将捐赠物资可靠亲肤型成人纸尿裤进行分类打包、装车、运输、卸货等环节，同时将其各环节相应信息包括分类打包、物资运输状态等上传至区块链，该环节生成电子物流码。

4.2.4 物资收货分发环节 第三方物流公司于2月3日到达武汉市，将捐赠物资可靠亲肤型成人纸尿裤分发到相应医院——武汉市中心医院：50件；湖北省人民医院东院：50件；同济儿童医院：20件，同时将相应物资分发信息上传至区块链，此时电子溯源码更新。

4.2.5 物资追踪溯源环节 武汉市中心医院、湖北省人民医院东院、同济儿童医院于2020年2月6日接收到分发物资，进行信息验证后确认收货并广播。此时捐赠方即杭州可靠护理用品有限公司可根据电子溯源码查询自己所捐赠的物资信息，至此物资捐赠全流程终止。

5 结 论

社会捐赠是国家应急管理体系的重要组成部分，在应对突发事件、保障民生安全方面起到重要的作用。当前社会捐赠体系由于信息公开不及时、管理流程不透明等问题而面临重大信任危机，成为应急管理体系和能力现代化进程中的主要障碍。基于此，本文构建基于区块链的应急物资社会捐赠体系，提出其平台架构、组织结构和运作模式，旨在借助区块链技术优势解决应急物资社会捐赠过程中的信息不对称，消除信息壁垒，重塑社会信任，为推进“共建共治共享”新治理格局形成奠定基础。

本文重点阐释了基于区块链的应急物资社会捐赠体系框架和运作机制，尚未涉及应急物资捐赠信息在P2P网络间的传输以及加密机制，也未经过系统编程构建完整的应急物资社会捐赠区块链平台对本文提出的理论进行验证，未来的研究将从这些方面展开。