基于區塊鏈技術的藥品追溯體系研究

梁 剛 高 銀 賴 慧 周彥池 袁 淵

保障人民用藥安全是國家推進健康中國建設的重要內容，假藥的流通是影響患者安全的潛在因素[1]，確保藥品供應鏈的完整性和安全性是醫療服務面臨的最復雜和最具挑戰性的問題之一[2]。“齊二藥”“欣弗”“問題疫苗”等事件對人民的身心健康造成了巨大傷害，同時也暴露了我國藥品追溯和監管環節的短板。《中華人民共和國疫苗管理法》和《中華人民共和國藥品管理法》于2019年相繼頒布與修訂，堅決貫徹黨中央有關藥品安全的“四個最嚴”精神，明確國家建立健全藥品追溯制度的各參與方及其責任：國務院藥品監督管理部門負責制定統一的藥品追溯標準和規范，藥品上市許可持有人、藥品生產及經營企業、醫療機構均為建立并實施藥品追溯制度的責任方[3]，確保藥品“來源可查”“去向可追”“責任可究”。區塊鏈技術作為近年來國家大力倡導的新興技術，已在物聯網、產品溯源、供應鏈管理等領域逐步得到較好的應用，本研究就其在藥品追溯領域的應用前景進行分析。

1 歐美國家藥品追溯體系的建設和發展

2006年2月，歐洲制藥工業協會聯合會（EFPIA）與藥品供應鏈上的利益相關方合作建立了歐洲藥品驗證系統（EMVS），以此作為歐盟范圍內通用的藥品電子監管系統，并共同管理[4]。該系統利用二維矩陣碼作為信息載體，采用“配藥點驗證”模式運行。2008年9月，歐盟成立了專門的EMVS系統指導委員會，以推行藥品電子監管制度。2009—2010年，EFPIA在瑞典于斯德哥爾摩實施EMVS試點項目，取得了較好的效果[5]。2011年7月，歐盟頒布《歐盟反偽造藥品指令》，要求為在歐盟境內流通的每一單位藥品建立安全檔案，且其真實性必須可供驗證[6]，此外，還建立了歐盟國家通行的數據庫。歐盟藥品電子監管系統的實施以該法案為法律基礎，且仍在執行中。

2007年9月，美國頒布實施《食品藥品管理修正法案》（FDA Amendments Acts, FDAAA），要求制訂標準化數碼標識，用于處方藥追溯系統[7]，試圖便捷高效識別藥品、驗證藥品以及追溯藥品，為處方藥“一物一碼”追溯體系的形成提供了制度保障。2013年11月，奧巴馬總統簽署頒布《藥物供應鏈安全法案》（the Drug Supply Chain Security Act, DSCSA），要求藥品采取“全過程追溯”模式，供應鏈上的所有生產商、分銷商、批發商等對藥品通過產品識別碼進行序列化管理，國家藥品編碼（NDC）和標準化數碼標識（SNI）采用無線射頻識別（RFID）標簽進行展現，該法案自2015年1月至2023年11月逐步實施[8-9]。

2 我國藥品追溯體系的建設歷程和現狀

2006年，原國家食品藥品監督管理局（SFDA）啟動麻醉藥品和精神藥品電子監管政策，并陸續將麻醉藥品和精神藥品、小包裝原料藥、中藥注射劑、血液制品、疫苗及基本藥物全部納入電子監管。2012年2月27日，SFDA發布《2011—2015年藥品電子監管工作規劃》，要求在2015年年底前將藥品全品種和全過程納入電子監管[10]。2015年1月4日，國家食品藥品監督管理總局（CFDA）發布“1號公告”，要求截至2015年12月31日，將境內全部藥品制劑生產企業、進口藥品制藥廠商、藥品批發和零售企業納入中國藥品電子監管網，對已賦碼藥品“見碼必掃”[11]。電子監管碼的實施推進了藥品追溯和監管的發展，但在一定程度上也增加了企業的運行成本，同時，由于追溯數據由“阿里健康”管理和運維，其透明性和安全性引發了業界的擔憂和質疑[12]。

2016年2月，CFDA在其官網發布《關于暫停執行2015年1號公告藥品電子監管有關規定的公告（2016年第40號）》，明確指出暫停藥品電子監管碼，并于9月正式出臺《關于推動食品藥品生產經營者完善追溯體系的意見》，宣布應以企業為主體建設藥品追溯體系，這標志著藥品電子監管正式結束[13]。同年12月，國務院印發《“十三五”深化醫藥衛生體制改革規劃》，在重點任務描述中強調“要建立完善藥品信息追溯體系，形成全品種、全過程完整追溯與監管鏈條”[14-15]。2017年2月，商務部等7部門印發《關于推進重要產品信息化追溯體系建設的指導意見》，就推進重要產品信息化追溯體系建設工作展開部署，要求發揮企業主體作用、注重產品追溯實效、建立科學推進模式，力爭到2020年建成重要產品信息化追溯體系[16]。2018年11月，國家藥品監督管理局（NMPA）發布《關于藥品信息化追溯體系建設的指導意見》，要求落實企業的主體責任，加快藥品信息化追溯體系建設進程，強化信息互通共享，實現“全品種、全過程”“一物一碼，物碼同追”[17]，提高藥品質量安全保障水平。

2019年4月19日，NMPA發布《藥品信息化追溯體系建設導則》和《藥品信息追溯碼編碼要求》，提供了藥品信息化追溯體系的基本架構（圖1），進一步明確了建設原則、標準和要求，對藥品信息化追溯體系、藥品追溯協同服務平臺、藥品追溯碼、藥品標識碼、生產標識碼等相關術語和定義進行了解釋[18]。藥品上市許可持有人、生產企業、經營企業、使用單位、監管部門、消費者為參與方。

圖1 藥品追溯體系基本架構及各模塊功能

3 區塊鏈技術簡介

3.1 區塊鏈的定義

2008年，Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System由Satoshi Nakamoto學者發表，被認為是區塊鏈的奠基性論文。然而目前，業界并沒有公認的區塊鏈定義。區塊鏈既是一種鏈式數據結構，也是一種分布式賬本，其數據區塊按照時間順序相連組合，并由密碼學方式保證其不可篡改和不可偽造[19]。

3.2 區塊鏈的數據結構

區塊鏈的每個區塊由區塊頭和區塊體組合而成，前者主要包括上一個區塊的哈希值、本區塊體的哈希值、時間戳和Merkle樹根數據等，后者主要包括經過驗證的、區塊創建過程中產生的交易數據。

3.3 區塊鏈的層級結構

區塊鏈層級結構自下而上依次是數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層、應用層[19-20]。數據層是不可篡改的、分布式存儲的數據庫，包括區塊數據、鏈式結構、時間戳、公私鑰數據等；網絡層可實現區塊鏈網絡節點之間的信息交互；共識層主要封裝了各類共識機制算法，也是區塊鏈社區的治理機制；激勵層主要包括激勵機制和分配機制；合約層是區塊鏈可編程的基礎；應用層是區塊鏈的各種應用場景和案例。

3.4 區塊鏈的技術原理與特點

區塊鏈主要核心技術有分布式記賬、加密算法、智能合約及共識機制等，其數據具有去中心化、公開透明、防止篡改、完整真實、可追溯等特點。

3.4.1 分布式賬本 “中心化”網絡記賬是傳統數據庫采用的記賬模式，其數據讀寫權限僅掌握在一個中心節點或少數幾個中心節點，容易被私自篡改，而區塊鏈采用“去中心化”的P2P網絡技術，每個節點有相同的網絡權力，全網共享賬本，為分布式記賬方法[20-21]，由全體節點共同監督，無法隨意篡改，提高了網絡安全性。

3.4.2 非對稱加密 非對稱加密算法是指用戶利用公鑰密鑰和私有密鑰對數據存儲和傳輸進行加密和解密。密鑰對生成于密鑰生成算法，公鑰密鑰是公開的，私有密鑰是非公開的，公鑰密鑰加密的原數據只有與之相匹配的私有密鑰才能解密。用戶使用私有密鑰生成簽名，其他節點可使用公鑰密鑰驗證簽名的正確性，如果沒有私有密鑰，用戶無法偽造簽名。

3.4.3 智能合約 智能合約的作用在于保障節點之間的權利和義務，及對合約執行情況的判定，適用于各種程序化規則的情景和領域。

3.4.4 共識機制 共識機制是一種數學算法，在區塊鏈系統中的不同節點之間建立信任及獲取權益。各節點通過一定的共識機制選取具有打包交易權限的區塊節點，該節點需要將新區塊的前一個區塊的哈希值、當前時間戳、一段時間內發生的有效交易及其Merkle樹根值等內容打包成一個區塊，向全網廣播[19]。

3.5 區塊鏈的類型

根據應用場景和設計體系，區塊鏈系統一般分為3類：公有鏈、私有鏈及聯盟鏈，從本質上講，聯盟鏈屬于私有鏈，只是私有化程度不同。公有鏈中的各個節點在網絡中均可自由加入或者退出，并參與鏈上數據的讀寫，網絡中無任何中心化的服務端節點；聯盟鏈中的各個節點通過授權可加入和退出網絡；私有鏈的各個節點由內部控制寫入權限，選擇性地對外開放讀取權限，視實際需求而定[22]。

3.6 區塊鏈的應用場景

我國區塊鏈技術創新發展逐步成熟，區塊鏈產業規模不斷擴大，已經從金融領域發展到實體經濟，如產品溯源、物聯網、供應鏈管理等[23]。趙曉明[20]認為，區塊鏈技術能確保藥品信息真實、安全和不被篡改，進而保障藥品的合法性和安全性。胡卿漢等[24]研究發現，區塊鏈技術的特性與緊急物資供應管理高度契合，能為抗疫緊急物資供應鏈管理提供有益方案。

4 區塊鏈技術在藥品追溯體系構建中的應用

4.1 區塊鏈技術應用在藥品追溯體系中的優勢

我國藥品生產、流通環節存在的數據造假、信息封閉、監管不力等問題，一個重要原因就是傳統醫藥防偽溯源系統的所有數據都儲存在中心數據庫內，溯源認證采用中心記賬模式，數據在上傳、存儲、查詢等一系列操作中有被篡改的可能[25]。而區塊鏈技術無須中介參與，就能在互不信任或弱信任參與者之間維持不可篡改的分布式記錄賬本，使其在藥品追溯領域至少具有以下優勢：1）去中心化與分布式存儲特性保證了藥品數據的公開透明性和完整可靠性；2）可追溯與數據防篡改的特點可有效解決藥品供應鏈中的假藥劣藥問題；3）防篡改與時間戳的特點可實現舉證和追責，解決藥品市場各參與方的糾紛[21]。

4.2 藥品在區塊鏈系統中的追溯流程

利用區塊鏈技術對藥品進行身份認證和流轉過程記錄，為每個單包裝藥品建立唯一電子身份碼，用來記錄其屬性并存放至區塊鏈中，同時，其來源出處、流轉歷史記錄、歸屬地都會被忠實地記錄在鏈，一旦發生非法交易活動或欺詐造假行為，都能被及時發現。

具體追溯流程如下：生產企業按照相關規定對藥品進行編碼和賦碼，并在系統內傳遞給流通企業和銷售終端逐級驗證，銷售終端既可以是醫療機構，也可以是零售藥店。藥品售出后，標記為“已售”，并將信息逐級原路反饋至流通企業和生產企業，患者對所購藥品可自行掃碼查驗真偽，也可以要求售藥機構協助查驗，監管者僅提供建立系統的標準和監管產品信息，不參與系統的實際建設和維護，系統管理員負責系統的日常運維[26-28]。系統內的聯盟成員可以隨時查閱任何時間段所需的數據，如此一來，產品流向一目了然，真實可靠，能有效防偽。見圖2。

圖2 藥品賦碼及追溯流程

2016年12月，國務院印發《“十三五”國家信息化規劃》，首次提及區塊鏈，并明確提出加強區塊鏈等新技術的創新、試驗和應用。相關行業、國家和國際標準也在加速制定中，解決區塊鏈的關鍵技術標準問題，促進區塊鏈產業生態化發展。

區塊鏈技術被認為是互聯網之后的顛覆式創新，極有可能在世界范圍內引起一場全新的技術和產業革新。美國、日本、英國等國家對區塊鏈的發展給予高度關注，積極探索并推動其應用。我國區塊鏈產業正處于高速發展階段，已在多個領域中得到推廣應用，同樣能為藥品追溯體系的構建，實現全品種、全過程的追溯與監管提供有益方案。