基于区块链的个人诊疗信息共享模型

丁祥武，孙 震



基于区块链的个人诊疗信息共享模型

丁祥武，孙 震

（上海市东华大学，上海 201620）

为实现医患之间诊疗信息的便利共享、快捷流转和海量诊疗信息的分布式可靠存储，本文提出一个基于区块链技术，结合IPFS（InterPlanetary File System）文件系统的诊疗信息共享模型。该模型通过IPFS实现海量诊疗信息的分布式可靠存储，通过区块链技术实现诊疗信息的便利共享和快捷流转。

共享模型；区块链；智能合约；IPFS；哈希标识

0 引言

在医疗领域中，患者的个人诊疗信息（包括化验单、核磁共振图等）都是宝贵的数字资产[1]，如果能够为各个机构的医生创建一个共享的个人诊疗信息数据源，提供及时、准确和广泛的病人健康数据，并且实现跨机构医生之间的诊疗信息共享，则可以帮助医生制定更加科学的诊疗计划、优化治疗方案[2]。

区块链作为一种多方维护、全量备份、信息安全的分布式记账技术，为医疗数据共享带来的创新思路将是一个很好的突破点[3]。因此，本文介绍和设计了一种基于区块链技术，结合IPFS（Inter­Plan­etary File System）的个人诊疗信息共享模型，帮助实现患者个人诊疗信息的便利共享、快捷流转和海量诊疗信息的低成本、分布式可靠存储。

1 研究现状

目前，区块链技术利用其去中心化、不可篡改、分布式存储等特性，在金融、互联网等领域得到广泛的应用，显示出了广阔的前景[4]。而随着区块链技术的逐步完善，在医疗领域应用也取得飞快发展，许多人认为医疗健康领域是除金融领域外的第二大区块链落地领域。本文提出了基于区块链技术，结合IPFS（InterPlanetary File System）文件系统的诊疗信息共享模型。

1.1 区块链

区块链是按照时间顺序将数据打包成区块，并以顺序相连的方式组合成一种链式数据结构，是利用密码学方式保证数据不可篡改和不可伪造的分布式账本[5]。本模型通过区块链技术实现患者诊疗信息的不可篡改和去中心化便利共享。

1.2 智能合约

智能合约是一个能够自动执行合约条款的计算机化程序，即一个预先编好的程序代码，从外部获得的数据信息来识别并判断，当程序设定的条件满足时，随即触发系统自动执行相应的合约条款，以此完成交易和智能资产的转移[6]。

1.3 IPFS (InterPlanetary File System)

总的来说，IPFS文件系统有以下三个特点：

（1）内容可寻址：通过文件内容生成唯一哈希值来标识文件，而不是通过文件保存位置来标识。可以通过该唯一哈希值直接在IPFS系统中获取原文件内容。其中，相同内容的文件在系统中只会存在一份，节约存储空间[7]；

（2）版本化：可追溯文件修改历史；

（3）点对点超媒体：P2P 保存各种各样类型的数据。

2 诊疗信息共享模型设计

2.1 模型基础架构

本文研究的诊疗信息共享模型具体的工作流程如下：

步骤一：医生节点录入患者诊疗信息，通过诊疗信息采集系统将诊疗信息存储至IPFS（Inter­Planetary File System）文件系统；

步骤二：IPFS文件系统生成并返回唯一的哈希值标识患者诊疗信息；

步骤三：利用智能合约将该唯一哈希标识存储在区块链上，并且返回索引ID给患者，从而实现诊疗信息的分布式可靠存储；

步骤四：当医生节点需要获取患者的诊疗信息时，向患者请求诊疗信息的唯一哈希标识在区块链上的索引ID；

步骤五：获取到诊疗信息在区块链上的ID后，利用智能合约获取该索引ID所指向的诊疗信息唯一哈希标识；

步骤六：医生节点通过已获取的诊疗信息唯一哈希标识，基于内容寻址，在IPFS文件系统中查询患者的诊疗信息，从而实现医患诊疗信息的便利 共享。

因此，根据模型工作流程，本文研究的诊疗 信息共享模型主要分为网络层、数据存储层、智 能合约层和数据展示层。模型的总体架构图如图3所示。

图1 诊疗信息共享模型基础架构图

2.2 模型功能设计

（1）诊疗信息采集模块，医生在给患者诊疗过程中，可以将患者的诊疗信息和诊疗结果记录并且传递给诊疗信息存储模块。

（2）诊疗信息存储模块，接收来自诊疗信息采集模块传输来的患者诊疗信息，将海量诊疗信息存储，实现诊疗信息的不可篡改和数据的分布式可靠存储。

（3）历史诊疗信息共享模块，跨机构就诊情景下，医生可以通过历史诊疗信息共享模块获取患者的历史诊疗信息。

3 诊疗信息共享模型关键难点研究

3.1 海量诊疗信息分布式存储

3.1.1 基于IPFS文件系统诊疗信息存储

IPFS本质上是一种内容可寻址、版本化、点对点超媒体的分布式存储、传输协议[8]。

基于IPFS文件系统以上的特性，本文研究的诊疗信息共享模型采用IPFS文件系统存储患者的诊疗信息。

首先利用诊疗信息采集系统录入患者的诊疗信息，并且存储到IPFS文件系统中。

当分布式网络中的医生节点将患者诊疗信息存储到IPFS文件系统，会返回诊疗信息的哈希标识给医生节点，该哈希标识是唯一且不可篡改的。

3.1.2 基于以太坊的诊疗信息唯一哈希标识存储

基于IPFS文件系统实现了诊疗信息的分布式、可靠存储。为了让医生和患者便利安全的共享诊疗信息，将哈希标识存储在区块链上，并且以唯一的索引ID标识诊疗信息的哈希标识，当医生需要获取患者的诊疗信息时，只需要在区块链上获取患者的哈希标识。如图2所示，通过智能合约将IPFS返回的哈希标识存储到区块链上。

图2 诊疗信息唯一哈希标识区块链存储示意图

3.2 诊疗信息安全共享

本文提出的诊疗信息共享模型，在诊疗信息共享模块，根据诊疗信息的唯一索引ID获取患者的诊疗信息唯一标识哈希值，根据该哈希值从IPFS文件系统中获取患者的诊疗信息。

由于哈希函数具有非碰撞性[9]，当诊疗信息被非法篡改形成新的诊疗信息记录并存入IPFS时，就会生成新的哈希标识值，但是由于存储在区块中的唯一标识哈希值没有被非法篡改，因此，最终医生通过存储在区块链上的唯一哈希标识从IPFS文件系统中读取到的诊疗信息数据仍然是原始未经篡改的数据，从而保证了患者诊疗信息的不可篡改性和可靠存储。

4 模型评估

（1）智能合约实现数据操作：通过智能合约实现患者诊疗信息索引ID的安全存取；

（2）基于IPFS（InterPlanetary File System）文件系统的诊疗信息存储机制：结合区块链技术与IPFS文件存储技术，将患者诊疗信息存储在IPFS文件系统中，生成唯一的哈希值标识诊疗信息，解决了海量诊疗信息的分布式安全存储问题；

（3）医患诊疗网络：用区块链网络连接不同机构的医生和患者，使医生和患者在同一个区块链网络内实现跨机构、跨部门的诊疗信息便利共享，让患者的诊疗信息快捷的流转聚合。

5 结语

本文提出的基于IPFS文件系统的诊疗信息共享模型，将区块链技术和IPFS文件系统有机结合，在兼顾诊疗信息的安全、不可篡改的同时，解决了海量诊疗信息的存储问题，最终实现了患者诊疗信息的低成本、分布式可靠存储，帮助医患之间建立了一套便利的诊疗信息共享解决方案。当然，随着整个区块链行业的不断推进，区块链技术必然会不断的发展与完善，而在诊疗信息共享时如何实现患者对自身诊疗信息的细粒度访问控制以及如何基于区块链技术对诊疗信息数据在线机器学习，这些也是值得研究的方向[10]。

[1] 黄建华, 江亚慧, 李忠诚, 等. 区块链在医疗行业的应用前景[J]. 医学信息学杂志, 2018(2).

[2] 梅颖. 安全存储医疗记录的区块链方法研究[J]. 江西师范大学学报(自然科学版), 2017, 41(5): 481-487.

[3] 陈赛, 狄前防等. 2018 年中国区块链产业白皮书[R]. 北京: 工业和信息化部信息中心

[4] 王珺琦, 夏诗园. 区块链金融应用风险与监管研究[J]. 新金融, 2018(5).

[5] 袁勇, 王飞跃. 区块链技术发展现状与展望[J]. 自动化学报, 2016, 42(4): 481-494.

[6] 张健. 区块链: 定义未来金融与经济新格局[J]. 中国商界, 2016(9).

[7] Benet J. IPFS-Content Addressed, Versioned, P2P File Sys­tem[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] 邹均, 张海宁, 唐屹, 李磊等. 区块链技术指南[M]. 机械工业出版社, 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，研究方向为数据库、列存储、分布式处理技术；孙震(1995-)，男，硕士研究生，研究方向为区块链技术。

本文著录格式：丁祥武，孙震. 基于区块链的个人诊疗信息共享模型[J]. 软件，2018，39（8）：131-133