基于Hyperledger的醫療保險與電子醫療事務聯動系統的設計與實現

錢正浩 王珺 羅金喜

摘? 要： 文章利用區塊鏈技術的安全、可信任、去中心化、不可篡改等特性，提出了一種基于Hyperledger的醫療保險與電子醫療事務聯動系統。通過對Hyperledger關鍵技術的深入分析和研究，明確其技術原理與技術特性，并結合聯動系統各使用方的實際需求，對系統進行了詳細設計。實際搭建的聯動系統經相關功能測試，驗證了整體方案的可行性與有效性。

關鍵詞： 區塊鏈; 聯動系統; 醫療保險; 不可篡改

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）12-55-05

Abstract： This paper proposes a Hyperledger based linkage system for medical insurance and electronic medical affairs by using the features of blockchain technology， such as security， trustworthiness， decentralization， and non-tamper ability， etc. The technical principle and technical characteristics are clarified by in-depth analyzing and researching the Hyperledger key technologies， and the detailed design of the system is carried on by combining with the actual needs of all the parties using the linkage system. The linkage system actually built has passed the relevant function tests， which verifies the feasibility and effectiveness of the overall scheme.

Keywords： blockchain; linkage? systems; health insurance; non-tamper

0 引言

近年來，保險行業乘著互聯網的東風發展迅速，但由于互聯網天生的缺陷，欺詐、騙保等問題屢見不鮮。區塊鏈技術的出現有助于解決這些問題，助力保險行業發展。

保險公司客戶數量龐大，收集甄別客戶信息需要花費大量的時間，且目前保險數據采用中心化數據庫的存儲方式，存在嚴重安全隱患。保險公司在工作環節需要獲取客戶身份、醫療健康等敏感信息，這些信息一旦泄露，會給客戶和保險公司帶來嚴重后果。

區塊鏈技術以其安全、可信任、自動化、可追溯等特點將成為保險行業創新的新動力。保險公司可以在審查和驗證后將用戶信息寫入區塊鏈，購買不同保險時，在區塊鏈上查詢即可，這將大大縮短投保時間。同時保險公司可以與醫院展開合作，經過授權的醫院或醫生把病人醫療信息寫入區塊鏈，這可以有效預防帶病投保，虛假賠案等欺詐行為的發生;與不同的保險公司合作，將用戶保單信息上鏈也可有效避免投保人重復購買不同公司相同險種保險的問題。區塊鏈技術還可以實現自動理賠，將理賠條件編寫在區塊鏈的智能合約中，一旦達到預定出險條件，即可快速理賠。

為了解決上述保險行業面臨的問題，本文提出了一種基于區塊鏈的醫療保險與電子醫療聯動系統設計方案。

1 區塊鏈技術的介紹與選擇

區塊鏈[1]技術就是將加密數據組成區塊，然后按照時間順序排序（上鏈）生成不可修改的記錄。區塊鏈按照準入機制的不同可以分為：公有鏈、私有鏈和聯盟鏈三類。公有鏈如比特幣[2]或以太坊[3]，任何人都可以自由加入它們，通過“挖礦”這一行為爭奪記賬權。聯盟鏈如Hyperledger Fabric[4]，沒有“挖礦”這一行為，記賬人事先指定，所有記賬人共同決定區塊的生成。私有鏈僅對單獨的個人或組織開放，對于本文應用場景無太大參考價值。下面將目前應用最廣的三種區塊鏈進行比較，結果如表1所示。

與Hyperledger Fabric相比，比特幣和以太坊都只有一個賬本，所有的記錄都在這一個賬本里面。這導致這個賬本非常臃腫，在遇到本文設想的業務場景時會帶來隱患。而Fabric采用多賬本的設計方式，杜絕了這樣的問題。在Fabric中有一個被稱為channel的概念，一個channel中包含若干成員，這些成員共享賬本數據并共同維護賬本。一個channel中可以包含多個成員，一個成員也可以在權限允許的情況下加入多個channel。并且因為采用PoW算法，為了保證數據的安全性和完整性，比特幣和以太坊處理交易的效率遠遠不及Hyperledger Fabric，無法滿足大數據量的業務要求。

本文設計的醫療保險與電子醫療事務聯動系統，意在將保險公司方的醫療保險信息與醫院方的病人病歷信息聯合存儲，系統中各醫院與保險公司相對固定，相互信任，無需面對整個公共網絡，且二者業務對工作效率的要求較高，比特幣和以太坊的吞吐量（Transactions Per Second）無法滿足業務需求，保險公司方發布新的保險要求區塊鏈方面具備靈活的智能合約系統。此外，因為Hyperledger Fabric中channel的概念，不同的保險公司只需存儲自身與醫院相關的交易，緩解了數據存儲的壓力。綜上所述，本文利用Hyperledger 的特性，對醫療保險與電子醫療事務聯動系統進行設計與實現。

2 系統框架設計

2.1 系統模型設計

基于Hyperledger的事務聯動系統模型如圖1所示。系統主要涉及醫院、保險公司和用戶三方。各醫院和保險公司在實際的區塊鏈網絡中有自己的組織（0rg），每個組織可以設置自己的節點（Peer）。節點負責對各自的相關信息進行錄入。醫院的工作人員負責將用戶的病歷信息[5]錄入系統，保險公司的工作人員負責將用戶的保單信息錄入系統，錄入的信息在智能合約判斷合法后，通過區塊鏈節點上鏈，各個區塊鏈節點同步信息，生成區塊，形成共識的區塊鏈數據。醫院的工作人員還可以在用戶繳費時，輸入應繳費用和所患病種，智能合約通過鏈上已存的用戶保單數據，判斷出用戶的實際應繳費用返還給醫院工作人員。保險公司的工作人員同樣可以在用戶的病歷信息上鏈之后，通過智能合約獲知用戶是否具有購買保險的資格，而不再需要用戶提供健康告知。這使得用戶的病歷信息更加安全可靠，保險購買更加便捷，用戶看病理賠經由智能合約完成，更為簡便。

2.2 系統軟件架構

根據上文構建的系統模型進行該系統的軟件架構設計，分為基礎層、數據層和應用層。基礎層是Fabric區塊鏈的基礎架構;數據層包括存儲數據、共識機制、智能合約、鏈碼等，同時還提供權限管理等功能;應用層主要進行功能的編寫和調用，包括病歷信息錄入、保單信息錄入、用戶信息查詢、應繳費用查詢等操作。醫療保險與電子醫療事務聯動系統軟件架構圖如圖2所示。

3 系統模塊設計

3.1 Hyperledger Fabric基本組成及技術原理

Fabric由五個核心模塊：Peer（主節點模塊、負責存儲區塊鏈數據，運行維護鏈碼）、Orderer（交易打包、排序模塊）、Cryptogen（組織和證書生成模塊）、Configtxgen（區塊和交易生成模塊）和Configtxlator（區塊和交易解析模塊）組成。其中Peer模塊和Orderer模塊的架構如圖3所示。一個組織內有四個Peer服務器節點，這四個Peer服務器節點并不是四個Peer程序進程，而是表示一個組織內的四個角色。作為一個完整的組織，必須具備這四個角色（可以由一個Peer節點擔任）。這四個節點中Commit節點主要負責維護區塊鏈的賬本結構，Endorse節點主要負責對交易進行檢驗，Leader節點負責代表組織從Orderer節點中獲取區塊信息，Anchor節點負責代表組織和其他組織進行信息交換。

如圖3所示，Orderer模塊負責對不同客戶端發送的交易進行排序和打包，其工作原理如下。

● 客戶端向Orderer模塊發送交易。

● Orderer節點對交易進行檢查，如果符合條件，則將交易發送到排序隊列（Kafka）。

● Orderer節點從消息隊列中取出交易并進行打包。打包之后會將相關的消息存儲到本地存儲中。

● Orderer節點根據客戶端的代碼請求，將區塊鏈發送給客戶端。

3.2 聯動系統設計

對于聯動系統的設計分為三部分：網絡模塊設計、智能合約模塊設計和接口模塊設計。網絡模塊設計主要建立聯動系統的區塊鏈內部邏輯，聯動系統的區塊鏈內部邏輯結構如圖4所示。

整個聯動系統中的參與方分為醫院方和保險公司方，醫院方設為hp_org1，因為保險公司數量眾多，所以暫設為is_org1和is_org2，每個組織中設置三個節點來模擬實際工作中的情況，對用戶數據進行錄入、修改等操作。

因為實際用戶病歷信息較為復雜，所以在智能合約模塊的設計中，暫選取了兩種較為常見的重大疾病，共需要記錄用戶的六項信息，并確定了智能合約的名稱以及對應功能，對智能合約實現功能進行設計，主要設計以下幾個功能。

⑴ createUser（）：該功能需要傳入共二個參數，第一個參數為用戶的身份證號，第二個參數為用戶的姓名。

⑵ queryUser（）：該功能實現對用戶信息的查詢，需要傳入一個參數，參數為用戶身份證號，查詢結果返回用戶的病歷信息和保單信息。

⑶ queryUserMrd（）：該功能實現對用戶病歷信息的查詢，需要傳入一個參數，參數為用戶身份證號，查詢結果返回用戶的病歷信息。

⑷ queryUserPd（）：該功能實現對用戶保單信息的查詢，需要傳入一個參數，參數為用戶身份證號，查詢結果返回用戶的保單信息。

⑸ changeUserMrInfo（）：該功能實現對用戶病歷信息的修改，需要傳入三個參數，第一個參數為用戶身份證號，第二個參數為用戶心血管病史，第三個參數為用戶腫瘤病史。

⑹ changeUserIsInfo（）：該功能實現對用戶保單信息的修改，需要傳入四個參數，第一個參數為用戶身份證號，第二個參數為用戶保險名稱，第三個參數為保險開始時間，第四個參數為保險結束時間。

⑺ cmiClaims（）：該功能實現綜合醫療險理賠功能，需要傳入三個參數，第一個參數為用戶身份證號，第二個參數為用戶需要繳納的費用，第三個參數為用戶所患疾病類型如腫瘤、心血管等。該功能會返回用戶理賠后需要繳納的費用。

接口模塊設計主要通過Fabric-Go-SDK進行實現，主要分為query.go腳本與invoke.go腳本。query.go腳本主要調用queryUser_mrd（）和queryUser_pd（）還有queryUser（）三種功能;invoke.go腳本主要調用createUser（）、changeUserMrInfo（）、changeUserIsInfo（）、cmiClaims（）四種功能。

4 系統實現與測試

4.1 系統實現

基于Hyperledger Fabric的醫療保險與電子醫療事務聯動系統搭建的硬件環境采用Ubuntu虛擬機完成，利用Docker容器模擬多機環境進行封裝，具體性能如表2所示。

系統搭建的軟件環境如表3所示。環境搭建完成后，利用Hyperledger Fabric提供的5個核心模塊對醫療保險與電子醫療事務聯動系統進行實際搭建。

4.2 原型系統測試

基于Hyperledger Fabric的醫療保險與電子醫療事務聯動系統搭建完成后，以User1為例，對相關功能進行測試。

⑴ createUser（）：創建User1，并寫入User1的姓名，其余信息置空，結果如圖5所示。

⑵ queryUser（）：對User1進行查詢，結果如圖6所示，可以看出User1已經被創建，且姓名已顯示。

⑶ changeUserIsInfo（）：對User1中的保單信息進行寫入，并進行queryUserPd（）操作，結果如圖7所示，可以看出User1的相關信息已經改變，病歷信息不再為空。

⑷ cmiClaims（）：對User1進行出院自動理賠輸出應付醫藥費（這里假設張三因腫瘤方面疾病需繳納20000元），并進行queryUserMrd（）操作查詢其理賠后的病歷信息，結果如圖8、圖9所示，可以看出因為檢測到User1在保險有效期內，所以無需繳納醫藥費，且在理賠過后病歷信息已錄入。

⑸ changeUserMrInfo（）：對User1中的病歷信息進行寫入（假設張三在2008-02-03，有過心血管疾病），并再次進行queryUserMrd（）操作，結果如圖10所示，可以看出User1的相關信息已經改變。

5 結束語

本文研究了一種基于Hyperledger Fabric區塊鏈的醫療保險與電子醫療事務聯動系統，分析了目前保險行業存在的痛點;對目前主流的三種區塊鏈系統進行了比較篩選，選定Hyperledger Fabric聯盟鏈作為平臺構建事務聯動系統并進行了實際搭建;搭建完成后對醫療保險與電子醫療事務聯動系統中的相關功能進行了模擬測試。

從測試結果看，本文提出的基于HyperledgerFabric區塊鏈的醫療保險與電子醫療聯動系統基本滿足當前保險行業對聯動系統的需求，解決了保險業現存的帶病投保、虛假配案等風險問題，保證了用戶信息的安全性、真實性、有效性以及不可篡改性。

參考文獻（References）：

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[3] Wood G. Ethereum： a secure decentralised generalised transaction ledger，2014.

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[5] 薛騰飛，傅群超，王樅，王新宴.基于區塊鏈的醫療數據共享模型研究[J].自動化學報，2017.43（9）：1555-1562