区块链技术在医疗领域中的应用探讨

发布时间：2020-04-06所属分类：医学论文浏览：1258次

摘 要： 【摘要】：区块链技术是一种通过去中心化、高信任的方式来集体维护一个可靠数据库的技术方案 ，是继云计算、物联网、大数据之后的一项颠覆性信息应用技术。其核心技术包括分布式账本技术、非对称加密算法以及智能合约等，具有去中心化、共识机制、可追溯性以

　　【摘要】：区块链技术是一种通过去中心化、高信任的方式来集体维护一个可靠数据库的技术方案 ，是继云计算、物联网、大数据之后的一项颠覆性信息应用技术。其核心技术包括分布式账本技术、非对称加密算法以及智能合约等，具有去中心化、共识机制、可追溯性以及高度信任等特征。区块链技术作为比特币的底层技术在金融和其他商业领域应用已日趋成熟，同时在医疗领域也具有较大的应用潜力，有助于推动医疗体系变革，医疗数据的安全共享和协作。借鉴金融领域区块链应用的经验，医疗领域的区块链主要体现为七大应用模式，包括医联体、医疗去中心化、电子健康档案、医疗器械追溯管理、可穿戴设备、医院信息集成平台以及保障信息安全等。鉴于医疗服务本身的高风险和复杂性，区块链技术在医疗领域的应用存在运行推广难、存储空间有限以及其自身安全隐患可能面临的数据隐私保护风险等挑战。

　　【关键词】：区块链;医疗领域;去中心化;隐私保护;数据共享

　　区块链技术( blockchain technology)是一^种被称之为分布式账本技术的互联网数据库技术[]，是继云计算、物联网、大数据之后的又一项颠覆性的应用技术 。它将许多已有跨领域的学科整合到一起，从而形成一种涉及数学、密码学、计算机科学等领域的技术，是互联网TCP/I P 比特的升级版[]。具有去中心化、高度信任、集体维护数据库可靠性及分布式技术解决方案的特点[3]，最早应用于金融机构，未来将被拓展到健康医疗、供应链及资产管理等多个领域。

　　2 0 1 6年 ，美国、英国、日本等发达国家相继将区块链技术上升至国家战略层面，成立了区块链发展联盟 。同年，区块链首次被列入中国国务院《十三五” 国家信息化规划》，将其确定为我国战略性前沿技术。随着区块链技术的快速发展，医疗领域区块链的研究备受关注。区块链为医疗领域提供了集互通性、数据库 、安全性等功能为一体的创新技术。国内首个医疗场景常州市合作医联体携手阿里健康，成功将最前沿的区块链技术应用于医联体底层技术架构体系中，并已实现当地部分医疗机构之间安全、可控的数据互联互通，用低成本、高安全的方式，解决长期困扰医疗机构的“信息孤独”和数据安全问题。

　　由于全人类几乎人人都涉及的庞大个体数量及各个个体信息的个性化和动态分散分布特点，医疗健康领域有可能成为区块链技术继金融领域之后的第二大应用领域，具有巨大的应用潜力。文章在介绍区块链技术的基本概念和技术原理的基础上，分析区块链应用对医疗实践的启示、建设思路与经验，并提出其可能存在的问题和思考，以期推动区块链技术在医疗领域的应用。

　　1 区块链技术

　　1 . 1 区块链的概念

　　区块链(blockchain)技术由中本聪( satoshi nakamoto)于 2008年在密码学邮件组发表的奠基性论文《比特币：一种点对点电子现金系统》(Bitcoin: A P eer-to-PeerElectronicCashSystem)所首倡[4]，目前尚 未形成行业公认的定义。狭义的区块链是一种按照时间顺序将数据区块以链条方式组合成特定数据结构 ，以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的去中心化共享总账(decentralized shared ledger)，能够安全存储简单的、有先后关系的、能在系统内验证的数据。广义的区块链技术则是利用加密链式区块结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法生成和更新数据、利用自动化智能合约脚本代码来编程和操作数据的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式[5]。2009年 ，中本聪将区块链用于比特币的构建。随着比特币的迅速普及，从比特币中提炼而出的区块链及其相关技术得到了各界广泛关注。

　　1 . 2 区块链的技术原理

　　区块链是由一连串使用密码学方法产生的数据块组成的分布式账簿系统。区 块 链 包 括 “数 据 块 ” (block)和“链接”(chain)。区块是一种记录交易的数据结构，交易记录就是被验证的转账或是挖矿记录。每个数据块包含系统中一定时间内全部加密的交流信息数据，用于验证信息的有效性并生成次个区块; 链接则指每一^区块与下一^区块间的链接关系，从而构成区块链[]。一个区块包含交易信息、前个区块形成的哈希散列、随机数等三个部分。交易双方的私钥、交易数量、电子货币数字签名等组成交易信息，是区块所承载的任务数据。数字签名( digital signature)是一个可以证明所有权的数学机制，涉及哈希函数、发送者的公钥、发送者的私钥。它能确定消息确实是由发送方签名、发出，并能确定消息的完整性;哈希散列 (Hash)是把任意长度的输入经哈希算法变换成由字母和数字组成的固定长度的输出，前一个区块形成的哈希散列将区块连接起来，实现过往交易的按顺序排列 。随机数(nonce)在密码学中是一个只被使用一次的任意或非重复的随机数值，在各类验证协议的通信应用中确保验证信息不被重复使用以对抗重放攻击。它是交易达成的核心，是用来判断是否完成了本区块的验证工作[7]。图 1 为区块和区块链的组成示意

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　　区块链技术的核心是所有当前参与的节点共同维护交易及数据库，交易是基于密码学原理而不基于信任，使得任何达成一致的双方，能够直接进行支付交易而不需要第三方的参与。区块链技术的交易过程和原理涉及到工作量POW(Proofofw ork)。工作量证明是依赖机器进行数学运算来获取记账权，工作量大小是通过计算符合某一个标准的比特币区块头的哈希散列值来体现的，节点通过反复尝试找到这个随机数从而构建一个工作量证明机制。基于区块链技术的交易过程和原理如图 2 所示。新 交 易 是 A 要付款给B;该笔交易在网上表现为区块，所 有 者 A 利用私钥对前一次交易和下一位所有者B 签署一个数字签名并制作成交易单，B 以公钥作为接收方地址;A 将交易单通过P2P 网络广播至全网比特币就发送给了 B，每个节点都将收到的交易信息纳入一个区块中，该枚比特币会即时显示在比特币钱包中，但直到区块确认成功后才可用;各节点进行工作量证明的计算来决定谁可以验证交易，由最快算出结果的节点来验证交易，从而去获得创建新区块的权利，并争取得到比特币的奖励;取得验证权的节点将区块通过P2P 网络广播给所有节点，向全网广播该区块记录的所有盖时间戳的交易，并由全网其他节点核对 ;全网其他节点核对该区块记账的正确性后在该合法区块之后竞争下一个区块，如此形成了一个合法记账的区块链，父易验证完成。

　　1 . 3 区块链技术的特征

　　区块链是一种共享的分布式数据库技术，具有去中心化( decentralized)、去 信 任 (trustless)、集体维护 (collectively maintained)、可 靠 数 据 库 (reliabledatab a e )四个核心特征[]。去中心化是指整个网络没有中心化的硬件或管理机构，所有节点的权利和义务均等 ，其中任一节点停止工作都不会影响整体运作;去信任是指系统中数据库和整个系统的运作是公幵、透明的，所有节点之间无需信任也能够进行交易，在系统指定的规则和时间范围内，节点之间无法欺骗其他 节点;集体维护是指系统是由其中所有具有维护功能的节点共同维护，所有人在系统中共同参与维护工作; 可靠数据库是指系统中每个参与节点都拥有最新的完整的数据库拷贝，修改单个节点的数据库是无效的。因为系统会自动比较，认为最多次出现的相同数据记录为真。参与系统中的节点越多和计算能力越强 ，该系统中的数据安全性就越高。区块链技术的去信任和去中心化等关键特征，能够有效解决全球共享经济发展过程中存在的陌生人信任、信息不对称、交易成本高等难题[9]。

　　1 . 4 区块链技术的发展

　　区块链科学研究所创始人梅兰妮•斯万(Melanie Swan)将区块链技术分为区块链 1.0、2 . 0和 3.0等三个发展阶段[1°]。20 0 9年 至 2 0 1 6年是区块链技术经历 的 1.0时代，目前处于区块链 2.0并正在向区块链 3.0推进。被称作狭义区块链技术时代的区块链 1.0 是数字货币领域的创新，如货币转移、兑付和支付系统等。区块链 2.0能够实现更为高级、强大、复杂的功能，主要是合约方面的创新，如股票、证券的登记、期货、贷款、清算结算等，它扩宽了区块链技术的应用场景，被称为区块链的智能合约时代。区 块 链 3.0将区块链技术的去中心化和共识机制发展到更新的高度 、甚至影响人类意识形态的时代，包括健康、科学、文化和基于区块链的司法、投票等[11]。

　　在医疗领域，区块链技术可以帮助医师、患者和研究人员快速安全地认证权限，实现自由的数据访问和分享。因此，目前区块链在医疗领域的应用和研究备受关注，世界上许多公司和研究机构均参与其中。 Healthcare Data Gateways就是一^个成功使用区块链技术设计的使医疗健康系统更智能的数据共享架构[12]。该架构中，不仅患者可以轻松拥有、控制和分享自己的医疗健康数据，在引入安全多方计算的条件下 ，在保证患者隐私的同时，使不可信第三方也能够对医疗健康数据进行处理。位 于 瑞 士 的 Healthbank 公司是全球数字健康的创新者，通过区块链采用透明化的方式处理健康系统的事务，保证了健康数据存储的绝对安全[3]。 Gem Health联手飞利浦区块链实验室构建了一个包含区块链的健康生态系统，使得医疗健康更加个性化和平民化，并推动了全球医疗一体化[14]。飞利浦医疗与Tierion公司新的科研项目，研究区块链技术是否可以增加医疗健康产业中数据交换的价值。Bithealth机构研究如何采用区块链记录和认证全球的医疗健康数据。

　　1 . 5 区块链的类型

　　区块链技术根据实际应用场景和需求具有公共链 ( public blockchain)、联盟链(consortiumblockchain) 和私有链(private blockchain)三种应用模式。公共链是完全去中心化的区块链，无官方组织及管理机构，无中心服务器，参与的节点按照系统规则自由接入网络 、不受控制，节点间基于共识机制幵展工作。公有区块链是最早的区块链，也是目前应用最广泛的区块链 ，其典型代表是比特币。联盟链则是部分去中心化的区块链，由若干机构联合发起，介于公有链和私有链之间，取舍两者权利和义务的分配，并对分布式账本的访问做一定的访问控制，适用于多个实体构成的组织或联盟;私有链则是完全中心化的区块链，其写入权限由中心机构控制，读取权限可视需求有选择性地对外幵放[5]，适用于特定机构的内部数据管理与审计等。

　　医院区块链根据区块链的类型分为公链、共同体区块链和私链。图 3 为医院区块链类型示意。公链是公司权益规范的面对个人的应用基础链;共同体区块链是区域内医院应用，每家医院都是一个节点;私链是院内面对医院各科室内终端的应用链。

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