基于區塊鏈的個人診療信息共享模型

丁祥武，孫 震

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基于區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）

為實現醫患之間診療信息的便利共享、快捷流轉和海量診療信息的分布式可靠存儲，本文提出一個基于區塊鏈技術，結合IPFS（InterPlanetary File System）文件系統的診療信息共享模型。該模型通過IPFS實現海量診療信息的分布式可靠存儲，通過區塊鏈技術實現診療信息的便利共享和快捷流轉。

共享模型；區塊鏈；智能合約；IPFS；哈希標識

0 引言

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

區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，為醫療數據共享帶來的創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塊鏈技術，結合IPFS（Inter-Plan-etary File System）的個人診療信息共享模型，幫助實現患者個人診療信息的便利共享、快捷流轉和海量診療信息的低成本、分布式可靠存儲。

1 研究現狀

目前，區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、互聯網等領域得到廣泛的應用，顯示出了廣闊的前景[4]。而隨著區塊鏈技術的逐步完善，在醫療領域應用也取得飛快發展，許多人認為醫療健康領域是除金融領域外的第二大區塊鏈落地領域。本文提出了基于區塊鏈技術，結合IPFS（InterPlanetary File System）文件系統的診療信息共享模型。

1.1 區塊鏈

區塊鏈是按照時間順序將數據打包成區塊，并以順序相連的方式組合成一種鏈式數據結構，是利用密碼學方式保證數據不可篡改和不可偽造的分布式賬本[5]。本模型通過區塊鏈技術實現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，從外部獲得的數據信息來識別并判斷，當程序設定的條件滿足時，隨即觸發系統自動執行相應的合約條款，以此完成交易和智能資產的轉移[6]。

1.3 IPFS (InterPlanetary File System)

總的來說，IPFS文件系統有以下三個特點：

（1）內容可尋址：通過文件內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系統中獲取原文件內容。其中，相同內容的文件在系統中只會存在一份，節約存儲空間[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據。

2 診療信息共享模型設計

2.1 模型基礎架構

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：醫生節點錄入患者診療信息，通過診療信息采集系統將診療信息存儲至IPFS（Inter-Planetary File System）文件系統；

步驟二：IPFS文件系統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塊鏈上，并且返回索引ID給患者，從而實現診療信息的分布式可靠存儲；

步驟四：當醫生節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塊鏈上的索引ID；

步驟五：獲取到診療信息在區塊鏈上的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：醫生節點通過已獲取的診療信息唯一哈希標識，基于內容尋址，在IPFS文件系統中查詢患者的診療信息，從而實現醫患診療信息的便利 共享。

因此，根據模型工作流程，本文研究的診療 信息共享模型主要分為網絡層、數據存儲層、智 能合約層和數據展示層。模型的總體架構圖如圖3所示。

圖1 診療信息共享模型基礎架構圖

2.2 模型功能設計

（1）診療信息采集模塊，醫生在給患者診療過程中，可以將患者的診療信息和診療結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，實現診療信息的不可篡改和數據的分布式可靠存儲。

（3）歷史診療信息共享模塊，跨機構就診情景下，醫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文件系統診療信息存儲

IPFS本質上是一種內容可尋址、版本化、點對點超媒體的分布式存儲、傳輸協議[8]。

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

首先利用診療信息采集系統錄入患者的診療信息，并且存儲到IPFS文件系統中。

當分布式網絡中的醫生節點將患者診療信息存儲到IPFS文件系統，會返回診療信息的哈希標識給醫生節點，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文件系統實現了診療信息的分布式、可靠存儲。為了讓醫生和患者便利安全的共享診療信息，將哈希標識存儲在區塊鏈上，并且以唯一的索引ID標識診療信息的哈希標識，當醫生需要獲取患者的診療信息時，只需要在區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塊鏈上。

圖2 診療信息唯一哈希標識區塊鏈存儲示意圖

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，根據該哈希值從IPFS文件系統中獲取患者的診療信息。

由于哈希函數具有非碰撞性[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，但是由于存儲在區塊中的唯一標識哈希值沒有被非法篡改，因此，最終醫生通過存儲在區塊鏈上的唯一哈希標識從IPFS文件系統中讀取到的診療信息數據仍然是原始未經篡改的數據，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）智能合約實現數據操作：通過智能合約實現患者診療信息索引ID的安全存取；

（2）基于IPFS（InterPlanetary File System）文件系統的診療信息存儲機制：結合區塊鏈技術與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）醫患診療網絡：用區塊鏈網絡連接不同機構的醫生和患者，使醫生和患者在同一個區塊鏈網絡內實現跨機構、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聚合。

5 結語

本文提出的基于IPFS文件系統的診療信息共享模型，將區塊鏈技術和IPFS文件系統有機結合，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，最終實現了患者診療信息的低成本、分布式可靠存儲，幫助醫患之間建立了一套便利的診療信息共享解決方案。當然，隨著整個區塊鏈行業的不斷推進，區塊鏈技術必然會不斷的發展與完善，而在診療信息共享時如何實現患者對自身診療信息的細粒度訪問控制以及如何基于區塊鏈技術對診療信息數據在線機器學習，這些也是值得研究的方向[10]。

[1] 黃建華, 江亞慧, 李忠誠, 等. 區塊鏈在醫療行業的應用前景[J]. 醫學信息學雜志, 2018(2).

[2] 梅穎. 安全存儲醫療記錄的區塊鏈方法研究[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 年中國區塊鏈產業白皮書[R]. 北京: 工業和信息化部信息中心

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

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

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

[7] Benet J. IPFS-Content Addressed, Versioned, P2P File Sys-tem[J]. Eprint Arxiv, 2014.

[8] Nizamuddin N, Hasan H R, Salah K. IPFS-Blockchain-Based Authenticity of Online Publications[M]//Blockchain–ICBC 2018. 2018.

[9] 鄒均, 張海寧, 唐屹, 李磊等. 區塊鏈技術指南[M]. 機械工業出版社, 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，研究方向為數據庫、列存儲、分布式處理技術；孫震(1995-)，男，碩士研究生，研究方向為區塊鏈技術。

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