丁祥武，孫 震

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基于區(qū)塊鏈的個人診療信息共享模型

丁祥武，孫 震

（上海市東華大學，上海 201620）

為實現(xiàn)醫(yī)患之間診療信息的便利共享、快捷流轉(zhuǎn)和海量診療信息的分布式可靠存儲，本文提出一個基于區(qū)塊鏈技術，結(jié)合IPFS（InterPlanetary File System）文件系統(tǒng)的診療信息共享模型。該模型通過IPFS實現(xiàn)海量診療信息的分布式可靠存儲，通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)診療信息的便利共享和快捷流轉(zhuǎn)。

共享模型；區(qū)塊鏈；智能合約；IPFS；哈希標識

0 引言

在醫(yī)療領域中，患者的個人診療信息（包括化驗單、核磁共振圖等）都是寶貴的數(shù)字資產(chǎn)[1]，如果能夠為各個機構(gòu)的醫(yī)生創(chuàng)建一個共享的個人診療信息數(shù)據(jù)源，提供及時、準確和廣泛的病人健康數(shù)據(jù)，并且實現(xiàn)跨機構(gòu)醫(yī)生之間的診療信息共享，則可以幫助醫(yī)生制定更加科學的診療計劃、優(yōu)化治療方案[2]。

區(qū)塊鏈作為一種多方維護、全量備份、信息安全的分布式記賬技術，為醫(yī)療數(shù)據(jù)共享帶來的創(chuàng)新思路將是一個很好的突破點[3]。因此，本文介紹和設計了一種基于區(qū)塊鏈技術，結(jié)合IPFS（Inter-Plan-etary File System）的個人診療信息共享模型，幫助實現(xiàn)患者個人診療信息的便利共享、快捷流轉(zhuǎn)和海量診療信息的低成本、分布式可靠存儲。

1 研究現(xiàn)狀

目前，區(qū)塊鏈技術利用其去中心化、不可篡改、分布式存儲等特性，在金融、互聯(lián)網(wǎng)等領域得到廣泛的應用，顯示出了廣闊的前景[4]。而隨著區(qū)塊鏈技術的逐步完善，在醫(yī)療領域應用也取得飛快發(fā)展，許多人認為醫(yī)療健康領域是除金融領域外的第二大區(qū)塊鏈落地領域。本文提出了基于區(qū)塊鏈技術，結(jié)合IPFS（InterPlanetary File System）文件系統(tǒng)的診療信息共享模型。

1.1 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈是按照時間順序?qū)?shù)據(jù)打包成區(qū)塊，并以順序相連的方式組合成一種鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是利用密碼學方式保證數(shù)據(jù)不可篡改和不可偽造的分布式賬本[5]。本模型通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)患者診療信息的不可篡改和去中心化便利共享。

1.2 智能合約

智能合約是一個能夠自動執(zhí)行合約條款的計算機化程序，即一個預先編好的程序代碼，從外部獲得的數(shù)據(jù)信息來識別并判斷，當程序設定的條件滿足時，隨即觸發(fā)系統(tǒng)自動執(zhí)行相應的合約條款，以此完成交易和智能資產(chǎn)的轉(zhuǎn)移[6]。

1.3 IPFS (InterPlanetary File System)

總的來說，IPFS文件系統(tǒng)有以下三個特點：

（1）內(nèi)容可尋址：通過文件內(nèi)容生成唯一哈希值來標識文件，而不是通過文件保存位置來標識。可以通過該唯一哈希值直接在IPFS系統(tǒng)中獲取原文件內(nèi)容。其中，相同內(nèi)容的文件在系統(tǒng)中只會存在一份，節(jié)約存儲空間[7]；

（2）版本化：可追溯文件修改歷史；

（3）點對點超媒體：P2P 保存各種各樣類型的數(shù)據(jù)。

2 診療信息共享模型設計

2.1 模型基礎架構(gòu)

本文研究的診療信息共享模型具體的工作流程如下：

步驟一：醫(yī)生節(jié)點錄入患者診療信息，通過診療信息采集系統(tǒng)將診療信息存儲至IPFS（Inter-Planetary File System）文件系統(tǒng)；

步驟二：IPFS文件系統(tǒng)生成并返回唯一的哈希值標識患者診療信息；

步驟三：利用智能合約將該唯一哈希標識存儲在區(qū)塊鏈上，并且返回索引ID給患者，從而實現(xiàn)診療信息的分布式可靠存儲；

步驟四：當醫(yī)生節(jié)點需要獲取患者的診療信息時，向患者請求診療信息的唯一哈希標識在區(qū)塊鏈上的索引ID；

步驟五：獲取到診療信息在區(qū)塊鏈上的ID后，利用智能合約獲取該索引ID所指向的診療信息唯一哈希標識；

步驟六：醫(yī)生節(jié)點通過已獲取的診療信息唯一哈希標識，基于內(nèi)容尋址，在IPFS文件系統(tǒng)中查詢患者的診療信息，從而實現(xiàn)醫(yī)患診療信息的便利 共享。

因此，根據(jù)模型工作流程，本文研究的診療 信息共享模型主要分為網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)存儲層、智 能合約層和數(shù)據(jù)展示層。模型的總體架構(gòu)圖如圖3所示。

圖1 診療信息共享模型基礎架構(gòu)圖

2.2 模型功能設計

（1）診療信息采集模塊，醫(yī)生在給患者診療過程中，可以將患者的診療信息和診療結(jié)果記錄并且傳遞給診療信息存儲模塊。

（2）診療信息存儲模塊，接收來自診療信息采集模塊傳輸來的患者診療信息，將海量診療信息存儲，實現(xiàn)診療信息的不可篡改和數(shù)據(jù)的分布式可靠存儲。

（3）歷史診療信息共享模塊，跨機構(gòu)就診情景下，醫(yī)生可以通過歷史診療信息共享模塊獲取患者的歷史診療信息。

3 診療信息共享模型關鍵難點研究

3.1 海量診療信息分布式存儲

3.1.1 基于IPFS文件系統(tǒng)診療信息存儲

IPFS本質(zhì)上是一種內(nèi)容可尋址、版本化、點對點超媒體的分布式存儲、傳輸協(xié)議[8]。

基于IPFS文件系統(tǒng)以上的特性，本文研究的診療信息共享模型采用IPFS文件系統(tǒng)存儲患者的診療信息。

首先利用診療信息采集系統(tǒng)錄入患者的診療信息，并且存儲到IPFS文件系統(tǒng)中。

當分布式網(wǎng)絡中的醫(yī)生節(jié)點將患者診療信息存儲到IPFS文件系統(tǒng)，會返回診療信息的哈希標識給醫(yī)生節(jié)點，該哈希標識是唯一且不可篡改的。

3.1.2 基于以太坊的診療信息唯一哈希標識存儲

基于IPFS文件系統(tǒng)實現(xiàn)了診療信息的分布式、可靠存儲。為了讓醫(yī)生和患者便利安全的共享診療信息，將哈希標識存儲在區(qū)塊鏈上，并且以唯一的索引ID標識診療信息的哈希標識，當醫(yī)生需要獲取患者的診療信息時，只需要在區(qū)塊鏈上獲取患者的哈希標識。如圖2所示，通過智能合約將IPFS返回的哈希標識存儲到區(qū)塊鏈上。

圖2 診療信息唯一哈希標識區(qū)塊鏈存儲示意圖

3.2 診療信息安全共享

本文提出的診療信息共享模型，在診療信息共享模塊，根據(jù)診療信息的唯一索引ID獲取患者的診療信息唯一標識哈希值，根據(jù)該哈希值從IPFS文件系統(tǒng)中獲取患者的診療信息。

由于哈希函數(shù)具有非碰撞性[9]，當診療信息被非法篡改形成新的診療信息記錄并存入IPFS時，就會生成新的哈希標識值，但是由于存儲在區(qū)塊中的唯一標識哈希值沒有被非法篡改，因此，最終醫(yī)生通過存儲在區(qū)塊鏈上的唯一哈希標識從IPFS文件系統(tǒng)中讀取到的診療信息數(shù)據(jù)仍然是原始未經(jīng)篡改的數(shù)據(jù)，從而保證了患者診療信息的不可篡改性和可靠存儲。

4 模型評估

（1）智能合約實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作：通過智能合約實現(xiàn)患者診療信息索引ID的安全存?。?/p>

（2）基于IPFS（InterPlanetary File System）文件系統(tǒng)的診療信息存儲機制：結(jié)合區(qū)塊鏈技術與IPFS文件存儲技術，將患者診療信息存儲在IPFS文件系統(tǒng)中，生成唯一的哈希值標識診療信息，解決了海量診療信息的分布式安全存儲問題；

（3）醫(yī)患診療網(wǎng)絡：用區(qū)塊鏈網(wǎng)絡連接不同機構(gòu)的醫(yī)生和患者，使醫(yī)生和患者在同一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡內(nèi)實現(xiàn)跨機構(gòu)、跨部門的診療信息便利共享，讓患者的診療信息快捷的流轉(zhuǎn)聚合。

5 結(jié)語

本文提出的基于IPFS文件系統(tǒng)的診療信息共享模型，將區(qū)塊鏈技術和IPFS文件系統(tǒng)有機結(jié)合，在兼顧診療信息的安全、不可篡改的同時，解決了海量診療信息的存儲問題，最終實現(xiàn)了患者診療信息的低成本、分布式可靠存儲，幫助醫(yī)患之間建立了一套便利的診療信息共享解決方案。當然，隨著整個區(qū)塊鏈行業(yè)的不斷推進，區(qū)塊鏈技術必然會不斷的發(fā)展與完善，而在診療信息共享時如何實現(xiàn)患者對自身診療信息的細粒度訪問控制以及如何基于區(qū)塊鏈技術對診療信息數(shù)據(jù)在線機器學習，這些也是值得研究的方向[10]。

[1] 黃建華, 江亞慧, 李忠誠, 等. 區(qū)塊鏈在醫(yī)療行業(yè)的應用前景[J]. 醫(yī)學信息學雜志, 2018(2).

[2] 梅穎. 安全存儲醫(yī)療記錄的區(qū)塊鏈方法研究[J]. 江西師范大學學報(自然科學版), 2017, 41(5): 481-487.

[3] 陳賽, 狄前防等. 2018 年中國區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)白皮書[R]. 北京: 工業(yè)和信息化部信息中心

[4] 王珺琦, 夏詩園. 區(qū)塊鏈金融應用風險與監(jiān)管研究[J]. 新金融, 2018(5).

[5] 袁勇, 王飛躍. 區(qū)塊鏈技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 自動化學報, 2016, 42(4): 481-494.

[6] 張健. 區(qū)塊鏈: 定義未來金融與經(jīng)濟新格局[J]. 中國商界, 2016(9).

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[9] 鄒均, 張海寧, 唐屹, 李磊等. 區(qū)塊鏈技術指南[M]. 機械工業(yè)出版社, 2017(10).

[10] Kuo T T, Ohnomachado L. ModelChain: Decentralized Privacy-Preserving Healthcare Predictive Modeling Framework on Private Blockchain Networks[J]. 2018.

A Diagnosis and Treatment Information Sharing Model Via Blockchain

DING Xiang-wu, SUN Zhen

(Shanghai Donghua University Shanghai City 201620)

In order to realize convenient sharing, quick transfer and reliable distributed storage of diagnosis and treatment information between doctors and patients, This paper proposes a diagnosis information sharing model based on blockchain combined with IPFS (InterPlanetary File System). This model realizes the distributed and reliable storage of mass diagnosis and treatment information through the IPFS, and realizes the convenient sharing and quick circulation of diagnosis and treatment information by blockchain technology.

Sharing model; Blockchain; Smart contract; IPFS; Hash identifier

TP391

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.08.026

丁祥武(1963-)，男，博士，副教授，研究方向為數(shù)據(jù)庫、列存儲、分布式處理技術；孫震(1995-)，男，碩士研究生，研究方向為區(qū)塊鏈技術。

本文著錄格式：丁祥武，孫震. 基于區(qū)塊鏈的個人診療信息共享模型[J]. 軟件，2018，39（8）：131-133