基于區(qū)塊鏈的醫(yī)院網(wǎng)絡安全框架設計與實現(xiàn)

于翠梅

（山東省菏澤市鄆城縣婦幼保健院，山東 菏澤 274700）

醫(yī)院作為重要的公共服務機構(gòu)，擁有大量患者的個人隱私信息與醫(yī)療數(shù)據(jù)，因此，保護醫(yī)院網(wǎng)絡安全十分重要。而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡安全防護措施，通常難以應對日益復雜的網(wǎng)絡攻擊手段，而區(qū)塊鏈作為一種新型的技術具有許多優(yōu)勢，為醫(yī)院網(wǎng)絡安全提供了新的解決方案。

1 區(qū)塊鏈技術概述

1.1 區(qū)塊鏈的概念

區(qū)域鏈是一種應用模型，在模型中能夠?qū)崿F(xiàn)兩點之間的功能傳輸，還可以對加密算法等相關功能進行運算，使不同節(jié)點形成數(shù)據(jù)信任，從而獲得相應的權(quán)益。從概念出發(fā)，區(qū)塊鏈技術通常被人們認為是一種數(shù)學算法。從廣義角度來說，對區(qū)塊鏈技術進行理解，該技術就是通過一些跨鏈式的結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的驗證與傳輸，并運用自動化的腳本代碼，達到智能合約的目的，再進行后續(xù)的操作。從狹義角度來說，分析區(qū)塊鏈技術，可以認為此技術標準是參考時間的先后順序，利用鏈接的方法形成鏈式數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。

1.2 區(qū)塊鏈的技術原理

數(shù)據(jù)的產(chǎn)生形式通常會通過一連串的密碼學方法構(gòu)建數(shù)據(jù)塊，最終形成分布式的賬簿系統(tǒng)，也就是區(qū)塊鏈的技術原理。區(qū)塊鏈技術包括鏈接與數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊屬于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠記錄交易。挖礦記錄或被驗證的轉(zhuǎn)賬記錄是交易記錄，對數(shù)據(jù)塊而言，它肩負著系統(tǒng)內(nèi)加密的數(shù)據(jù)信息，同時這些數(shù)據(jù)信息需要在一定的時期內(nèi)進行存儲，對于驗證的有效性與次生區(qū)塊的形成具有一定的作用。鏈接就是區(qū)塊和區(qū)塊間的關系，最終形成的區(qū)塊鏈。對于區(qū)塊單元而言，它包括三個部分，分別是交易信息、隨機數(shù)等，交易信息中有雙方交易的數(shù)量與交易時形成的電子貨幣數(shù)字簽名與雙方的私鑰等，這些交易信息也是區(qū)塊需要承擔的任務。數(shù)字簽名是一個證明數(shù)據(jù)的機制與依據(jù)。它對數(shù)學機制的所有權(quán)進行證明，數(shù)字簽名包含諸多內(nèi)容，比如發(fā)送者的私鑰等，從而確定發(fā)送方式，通過確認簽名發(fā)出消息，此外，還包括確定整個數(shù)據(jù)或信息的完整性[1]。

1.3 區(qū)塊鏈技術的特征

區(qū)塊鏈技術屬于分布式的數(shù)據(jù)庫技術，它能夠使數(shù)據(jù)之間實現(xiàn)共享，同時具有一些基本的特征，比如集體維護、去中心化、可靠數(shù)據(jù)庫等，去中心化的主要特征就是在運營中沒有中心化的硬件或管理機構(gòu)，每一個節(jié)點的權(quán)利與任務都是平等的。若在其中有任何一個節(jié)點沒有工作，都不會對整個運行系統(tǒng)造成影響。去信任就是在區(qū)塊鏈技術運營中，數(shù)據(jù)庫的運作與數(shù)據(jù)都是公開的，在各節(jié)點執(zhí)行交易時不需要信任，因此叫做去信任，也就是在系統(tǒng)所規(guī)定的范圍與時間內(nèi)，不同節(jié)點是不能欺負彼此的。集體維護的特征就是在系統(tǒng)中，每個節(jié)點都是受到維護的，每個節(jié)點都參與到系統(tǒng)的維護中，可靠數(shù)據(jù)庫就是在運營系統(tǒng)中，所參與的節(jié)點都是完整的信息。因此，對某個節(jié)點的數(shù)據(jù)庫進行修改是不能實現(xiàn)的，系統(tǒng)會通過自己的判斷，將頻率最多且出現(xiàn)相同的記錄認定為真實。對于其安全性而言，整個節(jié)點的參與度與計算能力成正比。參與度的高低直接決定計算能力的強弱，同時也代表了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

2 區(qū)塊鏈技術在醫(yī)院網(wǎng)絡安全中出現(xiàn)的問題

2.1 數(shù)據(jù)存儲空間不足

在區(qū)塊鏈技術應用中，數(shù)據(jù)庫是一個重要的數(shù)據(jù)集合，每筆交易都在數(shù)據(jù)庫中存儲，因此，所有參與的節(jié)點都需要下載與更新存儲的數(shù)據(jù)，并下載與記錄自始至終的數(shù)據(jù)。在醫(yī)院網(wǎng)絡安全中，擁有數(shù)字化技術數(shù)據(jù)存儲量在不斷地攀升。若在醫(yī)院網(wǎng)絡安全技術中應用區(qū)塊鏈技術，它將承載大量的醫(yī)院信息與患者的數(shù)據(jù)，這就需要大量的數(shù)據(jù)庫資料存儲空間。若想使每個節(jié)點的數(shù)據(jù)達到同步，就需要龐大的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲空間，這也是在眾多領域中區(qū)塊鏈技術應用的關鍵。對醫(yī)療系統(tǒng)來說，其對醫(yī)療系統(tǒng)工作快速開展與醫(yī)患數(shù)據(jù)的準確性具有直接的影響[2]。

2.2 大規(guī)模交流下的抗壓問題

隨著醫(yī)院內(nèi)部與外部信息交流不斷增加，區(qū)塊鏈技術的應用也隨之擴展。然而，當大量數(shù)據(jù)同時傳輸時，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡可能面臨嚴重的抗壓問題。醫(yī)院網(wǎng)絡中的交流可能涉及大量的醫(yī)療數(shù)據(jù)，比如，患者的病歷、醫(yī)療記錄與醫(yī)囑等。這些數(shù)據(jù)的傳輸需要高速與穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接，但區(qū)塊鏈技術的分布式特性可能導致傳輸速度較慢，從而影響醫(yī)院網(wǎng)絡的正常運行。大規(guī)模交流下的抗壓問題還涉及網(wǎng)絡的帶寬和存儲容量。區(qū)塊鏈技術需要大量的存儲空間來存儲交易數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈的歷史記錄。當醫(yī)院網(wǎng)絡中的交流數(shù)據(jù)量過大時，可能會導致網(wǎng)絡帶寬和存儲容量不足的問題，從而影響數(shù)據(jù)的傳輸與存儲。區(qū)塊鏈技術的網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量也可能影響到網(wǎng)絡的抗壓能力。在醫(yī)院網(wǎng)絡中可能存在大量的節(jié)點參與區(qū)塊鏈的驗證和交易確認過程。當節(jié)點數(shù)量過多時，可能會導致網(wǎng)絡擁堵和延遲，從而影響到醫(yī)院網(wǎng)絡的正常運行[3]。

2.3 醫(yī)院網(wǎng)絡安全缺乏實踐經(jīng)驗

盡管區(qū)塊鏈技術被認為是一種安全且去中心化的解決方案，但在醫(yī)院網(wǎng)絡環(huán)境中應用時仍然面臨一些挑戰(zhàn)。醫(yī)院網(wǎng)絡安全意識的欠缺是導致問題出現(xiàn)的主要原因，由于醫(yī)療工作人員對區(qū)塊鏈技術并不熟悉，缺乏對網(wǎng)絡安全威脅的認識和理解，這會導致區(qū)塊鏈系統(tǒng)在使用與管理時出現(xiàn)漏洞，從而使醫(yī)療數(shù)據(jù)容易受到攻擊。由于醫(yī)院網(wǎng)絡環(huán)境的復雜性，區(qū)塊鏈技術的實施也會面臨一些難題，醫(yī)院網(wǎng)絡通常包含多個終端設備、傳感器、服務器等，這些設備之間的數(shù)據(jù)交互需要高度的安全性，然而，區(qū)塊鏈技術的部署與配置對于醫(yī)院網(wǎng)絡來說可能是一項復雜的任務，需要采用專業(yè)技術對醫(yī)院進行管理。醫(yī)院網(wǎng)絡中的潛在安全漏洞也十分令人擔憂，由于醫(yī)院網(wǎng)絡常常連接到外部網(wǎng)絡，如互聯(lián)網(wǎng)等，因此，存在被黑客攻擊的風險[4]。

2.4 隱私與安全問題

盡管區(qū)塊鏈技術本身被認為是安全的，但其應用在醫(yī)院網(wǎng)絡中仍然存在一些風險。由于區(qū)塊鏈是一個公開的分布式賬本，其中的交易信息是可追溯的，這可能導致患者隱私泄露的風險。雖然區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)是匿名的，但患者的身份信息仍然可能通過其他方式與其相關聯(lián)。區(qū)塊鏈技術的去中心化特性，使得數(shù)據(jù)存儲在多個節(jié)點上，這增加了網(wǎng)絡攻擊的潛在目標。黑客可能通過攻擊這些節(jié)點來竊取敏感的醫(yī)療信息，從而對患者的隱私和安全造成威脅。由于區(qū)塊技術是基于密碼學的，一旦密碼被破解，整個網(wǎng)絡的安全性將受到威脅。區(qū)塊技術還具有可擴展性，由于每個節(jié)點都需要存儲完整的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)，就會導致數(shù)據(jù)量的快速增長，從而對網(wǎng)絡的帶寬與存儲資源提出挑戰(zhàn)。

3 基于區(qū)塊鏈的醫(yī)院網(wǎng)絡安全框架設計與實現(xiàn)策略

3.1 建立分布式的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

基于區(qū)塊鏈的醫(yī)院網(wǎng)絡安全架構(gòu)設計需要建立一個分布式的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中存在著集中式的服務器，一旦服務器被攻破，整個系統(tǒng)的安全性就會受到威脅。而區(qū)塊鏈的分布式結(jié)構(gòu)使得數(shù)據(jù)存儲在多個節(jié)點上，沒有單一的中心服務器，從而降低了被攻擊的風險。同時，區(qū)塊鏈的去中心化特點也增加了系統(tǒng)的抗攻擊能力，即使某一節(jié)點被攻破，其他節(jié)點仍然能夠運行正常，保證了數(shù)據(jù)的安全性與可靠性。建立分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以減少單點故障的風險。分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)與計算資源分散在多個節(jié)點上，即使某個節(jié)點發(fā)生故障，其他節(jié)點仍能正常運行，保證醫(yī)院網(wǎng)絡的連續(xù)性和可靠性。分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)還可以增加網(wǎng)絡的安全性，其每個節(jié)點只存儲部分數(shù)據(jù)與計算任務，大大降低了黑客獲取全部數(shù)據(jù)的難度，同時，基于區(qū)塊鏈的分布式賬本技術可以確保數(shù)據(jù)的不可篡改性與透明性，使得醫(yī)院網(wǎng)絡更加安全可信。同時，還可以提高網(wǎng)絡的性能與可擴展性，實現(xiàn)并行計算與負載均衡，提高網(wǎng)絡的處理能力和響應速度。伴隨醫(yī)院規(guī)模的不斷擴大，可以方便地添加新的節(jié)點來擴展網(wǎng)絡的容量與覆蓋范圍[5]。

3.2 引入智能合約

智能合約是一種合約的進化形式，它利用人工智能與機器學習的技術，使合約能夠自動學習和適應不斷變化的網(wǎng)絡環(huán)境。智能合約是區(qū)塊鏈中的一種自動執(zhí)行的合約，可以確保數(shù)據(jù)的安全和一致性。醫(yī)院可以通過智能合約實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動驗證與控制，確保只有授權(quán)的用戶才能訪問與修改數(shù)據(jù)。同時，智能合約還可以記錄和追蹤數(shù)據(jù)的變更歷史，任何人都無法篡改數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性。智能合約在醫(yī)院網(wǎng)絡安全中的應用是為了提高網(wǎng)絡的自我防御能力，通過對網(wǎng)絡流量進行實時監(jiān)測與分析。智能合約可以識別異常行為與潛在的威脅，并自動采取相應的應對措施，比如，當發(fā)現(xiàn)有可疑的網(wǎng)絡攻擊行為時，智能合約可以立即啟動防御機制，如封鎖攻擊源IP 地址或限制訪問權(quán)限，以保護醫(yī)院網(wǎng)絡的安全。智能合約還可以進行自我學習與優(yōu)化。通過不斷分析與整理醫(yī)院網(wǎng)絡的安全日志與歷史數(shù)據(jù)智能合約，能夠識別出網(wǎng)絡的漏洞與弱點，并提出改進的方案。這種自我學習與優(yōu)化的過程，使得醫(yī)院網(wǎng)絡安全架構(gòu)能夠不斷適應新的威脅與攻擊方式，保持較高的安全性與可靠性。

3.3 加強身份認證與訪問控制

基于區(qū)塊鏈的醫(yī)院網(wǎng)絡安全架構(gòu)設計需要加強身份認證和訪問控制。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡安全系統(tǒng)往往通過用戶名和密碼來進行身份認證，但這種方式容易被攻擊者破解，而區(qū)塊鏈技術可以通過公鑰和私鑰的加密方式來進行身份認證，只有擁有私鑰的用戶才能訪問和修改數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈技術的去中心化特性為醫(yī)院提供了更加安全和可信的身份驗證機制。通過使用區(qū)塊鏈，醫(yī)院可以建立一個分布式的身份認證系統(tǒng)，確保其有被授權(quán)的用戶可以訪問敏感的醫(yī)療信息。醫(yī)院可以將所有醫(yī)護人員的身份信息存儲在區(qū)塊鏈上，這些身份信息包括醫(yī)生、護士和其他醫(yī)療人員的資質(zhì)、執(zhí)業(yè)證書與許可證等，每個醫(yī)務人員都有一個唯一的身份標識符，該標識符被記錄在區(qū)塊鏈上，并與其身份信息進行關聯(lián)。當醫(yī)務人員需要訪問醫(yī)療信息時，他們需要使用其身份標識進行身份驗證。區(qū)塊鏈技術可以確保這些身份信息的真實性與安全性，防止身份欺詐和冒名頂替。加強訪問控制也是保護醫(yī)療網(wǎng)絡安全的重要手段。醫(yī)院可以實現(xiàn)細粒度的訪問控制，確保只有授權(quán)的用戶可以訪問特定的醫(yī)療信息。同時，基于區(qū)塊鏈的訪問控制，可以將權(quán)限管理的過程透明化，確保只有授權(quán)人員才能進行敏感操作，提高了系統(tǒng)的安全性[6]。

3.4 加強數(shù)據(jù)隱私保護

基于區(qū)塊鏈的醫(yī)院網(wǎng)絡安全架構(gòu)設計，需要加強數(shù)據(jù)隱私保護。患者個人隱私信息和醫(yī)療數(shù)據(jù)的泄露，將對患者造成嚴重的損害，區(qū)塊鏈技術可以通過加密算法和匿名化技術來保護數(shù)據(jù)的隱私性，確保只有授權(quán)的用戶才能訪問和使用數(shù)據(jù)，同時，區(qū)塊鏈的不可篡改性，也可以防止數(shù)據(jù)被篡改或刪除，保護數(shù)據(jù)的完整性與可信度。通過使用區(qū)塊鏈技術語言，可以實現(xiàn)匿名化的數(shù)據(jù)存儲和傳輸。區(qū)塊鏈是一種分布式賬本技術，每個參與者都可以驗證和記錄交易，而不需要透露個人身份信息，這意味著患者的個人身份和健康數(shù)據(jù)可以被加密，只有授權(quán)的參與者才能解密與訪問，這將大大降低患者隱私被泄露的風險，并增加醫(yī)院網(wǎng)絡的安全性。區(qū)塊鏈的不可篡改性是提高數(shù)據(jù)隱私保護的關鍵特性之一，一旦數(shù)據(jù)被寫入?yún)^(qū)塊鏈，就無法被刪除或修改，只能添加新的交易記錄。這確保了患者健康數(shù)據(jù)的完整性與真實性，防止任何未經(jīng)授權(quán)的篡改。通過這種方式患者可以更加信任醫(yī)院網(wǎng)絡，并且對他們的個人數(shù)據(jù)的安全性與隱私保護有更多的控制權(quán)。同時，采用智能合約，也可以加強數(shù)據(jù)隱私保護，智能合約可以在區(qū)塊鏈上執(zhí)行。通過編寫智能合約，醫(yī)院可以定義與實施嚴格的訪問控制策略，確保只有經(jīng)過授權(quán)的參與者，才能訪問患者的健康數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

基于區(qū)塊鏈的醫(yī)院網(wǎng)絡安全架構(gòu)設計，可以有效提升醫(yī)院網(wǎng)絡的安全性與可靠性。通過建立分布式的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，引入智能合約、加強身份認證與訪問控制以及加強數(shù)據(jù)隱私保護，可以有效防止網(wǎng)絡攻擊和數(shù)據(jù)的泄露，保護患者的個人隱私信息與醫(yī)療數(shù)據(jù)的安全。然而，區(qū)塊鏈技術也存在一定的挑戰(zhàn)與限制，因此，在實際應用中需要進一步研究與改進。