公共卫生事件下区块链技术在我国疫苗追溯全过程中的应用探讨

林硕

近年来，随着山东疫苗、长春长生疫苗等问题疫苗被曝光，暴露出我国疫苗在生产流通过程中的诸多问题。为了保证药品生产、质量控制和质量保证等活动可以追溯，《药品生产质量管理规范》明确要求每项活动均应有记录，同时《疫苗管理法》也明确指出要求加强对疫苗从研发、生产、流通，以及使用等环节的全过程监管[1-2]。2018年2月，人民日报对区块链进行了详细的专题报道，指出区块链能解决金融、公益、监管、打假等很多领域的痛点难点，合理运用将可以带来新一轮的科技进步和经济价值[3]。中央政治局第十八次集体学习上，中共中央总书记习近平强调区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，明确主攻方向，加大投入力度，着力攻克一批关键核心技术，加快推动区块链技术和产业创新发展[4]，为区块链技术的应用前景提供了根本方向。在此背景下，将具有分布式记账功能及开放安全特点的区块链技术[5]应用于我国疫苗追溯体系的构建，对于顺应科技潮流和国家趋势的发展，推动区块链技术和行业融合交叉融合具有举足轻重的意义，区块链技术得到广泛重视并迎来发展契机并且将有效提高政府对突发的公共事件的科学决策和应急指挥能力，对未来我国的公共卫生工作将具有深远的意义。

1 疫苗追溯存在的问题

现阶段，疫苗市场暴露出的问题如下[6]：（1）生产厂家为了获取巨额利润，违法使用质量低劣的疫苗、甚至假疫苗滥竽充数；（2）部分监督管理部门存在监管不足问题；（3）疫苗生产经营之间不能有效的进行信息共享；（4）生产销售途径不透明，对追溯造成巨大困扰；（5）专业运输设备的不完善，导致疫苗在运输过程中的损坏。

随着科技进步，我国正在努力构建和完善医药物品物流追溯系统，但从目前运行的系统功能角度出发，还是存在以下问题[7-8]。

1.1 溯源系统结构中心化程度高

当前疫苗溯源系统体系的中心化程度高，因为整个疫苗溯源系统主要由生产供应链中的某个核心企业负责，从而使疫苗的原材料采集、生产到仓储、物流、再到销售等整个过程中最为关键的数据完全由该企业控制。

1.2 溯源系统数据具有被篡改危险

当疫苗活动发生时，个人或企业为了追求经济利益存在对系统上数据库信息进行修改的可能。比如，在监管部门监督不严和市场疫苗供不应求的情况下，少数企业不免会修改产品数据库信息，将不合格的产品上架销售，给人民造成经济和健康损失。还有，一些员工个人通过不正当渠道窃取不合格疫苗，并修改其数据信息，进行私下销售，从而获取不正当经济利益。

因此，目前的疫苗溯源系统存在巨大的空间去完善和优化，它将有利于提升群众对公共卫生信任度，也有利于最大限度避免疫苗安全事件的发生。因此，随着科技的进步，在疫苗溯源体系里引入区块链先进技术，具有重要而又深远的意义。

2 区块链技术

2.1 区块链的概念和组成

2008年“中本聪”学者首次提出区块链的概念，它是指比特币协议里中的一种计算模式[9]。

区块链包括狭义和广义两种概念。狭义的是指一个在网络交易中具有密码学算法的区块分布式共享账本；而广义的是指一种可以利用脚本代码进行编程和操作数据的全新分散式基础架构和分布式计算模式。由此可见，区块链可以通过共识算法进行增减和修改数据，并由此通过验证加密的链式区块结构来进行检验数据[10]。

区块链的基本组成单位包括区块头和区块体[11]，图1展示了区块链的一个区块的基本结构。区块头包含前一区块的哈希值、挖矿难度系数、时间戳、随机数以及Merkle根。其中，前一区块的哈希值用于连接前一区块，当前一个区块的数据发生改变时，整个区块链数据将失效；挖矿难度系数代表新区块的难度程度，时间戳表示创建下一区块的时间；随机数表示的是帮助区块验证的共识计数器，Merkle根是由区块中的交易经过哈希算法层层迭代产生，Merkle树会使块头的哈希值失效，使整个区块链数据结构失效。

图1 区块链基本结构

2.2 区块链的技术特点

区块链功能之所以能够解决在疫苗全程追溯中的弊端，与它本身具去中心化、可追溯性、不可篡改性、开放性、匿名性等技术特点相关[12-13]。这些技术特点帮助区块链成为追踪溯源、鉴证证明和防伪等应用场景的最佳选择[14]。区块链就是利用交易数据不能被篡改、分布式储存和共识等核心机制，让区块中各个网络节点达成相互信任。任何一个节点加入区块链后，只需要通过点对点的记账方式达成共识机制即可，不需要第三方的认证[15]。

2.2.1 可去中心化 区块链通过独特的加密、共识算法模式和分布式存储形成可靠的分布式系统。这样任何参与方可以访问数据链，实现点对点的通信，实现信息数据透明化和公开化。

2.2.2 可溯源性 由于区块链具有独特的链结构，每个区块通过时间戳紧密链接，使得区块链上的数据具有可追踪性。

2.2.3 不可篡改性 区块链使用哈希计算和密码学等算法将每个区块块紧密连接起来，区块前后按时间顺序排列。据报道，只有控制了区块链1 / 2以上的节点才可以篡改数据的可能，但此操作需要花费极其巨大的成本，因此，篡改数据是极不可能的。由此，区块链功能特性将会保存永久的交易数据，确保数据记录的真实性[16]。

2.2.4 开放性 区块链中的公有链上任何节点都可参与，何参与节点都可以在区块链中查询并记录相关数据。记账者为区块链内的所有节点，信任机制为工作量证明。

2.2.5 隐私性 区块链通过哈希算法、私钥公钥和非对称加密等加密方法和手段，使得区块链在最大限度地公开数据的前提下也保护了用户隐私。

3 区块链应用方案设计

文章提出基于区块链的疫苗追踪溯源架构，主要包含系统场景模拟、系统整体结构和系统信息体系模型等3个部分。

3.1 系统场景模拟

在现实中，疫苗全过程包括从生产、运输、仓储到使用和接种4个过程。生产过程指的是疫苗从生产企业将疫苗原材料采集到生产完成结束。运输过程包括疫苗通过冷链运输设备将疫苗运输至各级省级卫生医疗机构运输，再到各级市级卫生医疗机构。仓储指的是疫苗运输到目的地后，进行储存的过程。使用和接种过程指的是从疫苗进行成接种的过程。因此，系统将通过以上4个阶段场景的模拟，将区块链技术嵌入疫苗全过程，从上至下，保证了疫苗的全过程的生产、运输、暂存、使用等信息数据，以至于让政府快速追溯从厂家到个人信息。

3.2 系统整体结构

如图2所示为溯源方案的整体结构模型示意图。生产企业、冷链运输公司、防疫工作单位、医疗机构共同参于维护，政府管理部门对企业机构和疫苗网络数据信息进行双重监管，主要流程如下。

图2 疫苗追溯整体结构模型

3.2.1 疫苗生产 疫苗制造企业将合格疫苗信息对外公布，并且将生产的合格疫苗信息数据发送到生产节点上，生产节点通过区块链算法将合格疫苗信息摘要上传到区块链上。

3.2.2 疫苗运输 冷链运输中心将疫苗物流信息对外公布，并且将物流信息发送到物流节点，物流节点通过区块链算法将疫苗物流信息摘要发送到区块链上。

3.2.3 疫苗暂存 防疫机构将对外公布疫苗暂存信息，并且将合规疫苗的暂存信息发送到暂存节点，暂存节点通过区块链算法将合格疫苗暂存信息传输到区块链上。

3.2.4 疫苗使用 卫生使用机构将疫苗使用相关信息发送到使用节点，使用节点将通过区块链算法将疫苗使用的患者、注射时间、注射护士等信息输送到区块链上。

3.2.5 政府监督 政府对4个中心单位通过区块链上的信息的耦合，可以实现对疫苗进行全程监管，采集疫苗数据，监控疫苗流向，预警相关风险，这有利于政府对线下和线上信息进行双重查验，减少人为造假和公共卫生事件的发生。并且在突发公共卫生事件后，有利于政府对事件发展的全程进行把控，有利于处理事件的后续情况，规划和部署重要战略规划和物资等。

3.3 溯源信息体系模型

图3 为溯源信息体系模型，疫苗制造企业、冷链运输中心、防疫单位、卫生使用机构分别将合格疫苗全过程中产生的信息记录在疫苗信息里，各节点可通过现代5 G、二维码等技术上传至区块链溯源信息系统中[17]。每个疫苗接种者、各个单位和政府都可以通过区块链各个节点进行访问读取所有疫苗数据的权限。在该系统中，每一种疫苗都有独特的标识，并在生产和质量检测后，可以出售给防疫站医院和接种者。区块链将疫苗交易全过程进行记录，系统数据公开、透明，不被篡改，并且可以通过访问区块轻松完成疫苗追溯，每个节点的机构都可以根据自己的需求，可以从区块链存储系统查询相关数据。区块链系统上的信息由疫苗制造企业、冷链运输中心、防疫单位、卫生使用机构共同更新和维护，由此实现了疫苗数据公开化、透明化、去中心化。与此同时，政府将履行监督和保护数据信息职责，并通过建立一个公共链，方便所有单位和接种者访问和查询疫苗信息，此操作方便快捷准确真实。

图3 疫苗追溯信息体系模型

4 目前挑战

基于区块链技术的疫苗溯源系统为疫苗的溯源提供了方向。但是，区块链技术的引入也将面临政策、市场、人群等诸多方面的挑战[18]。初期阶段的区块链疫苗溯源还需要解决以下问题：（1）人为的数据造假与伪造的问题。（2）数据来源可靠性的问题。即使能够保证数据不被篡改[19]，但不能保证其他客观因素导致数据失真，需要配合现代技术发展的，如其他物联网、传感器技术保证对原始数据有效采集。（3）涉及多方的利益问题。疫苗供应链是一个涉及面复杂而且广泛的系统，区块链应用的前提是在各利益上达成共识后进行分享，这工作难度复杂，需要引导政府的引导教育工作。（4）缺乏统一的行业标准，区块链技术目前还没有形式统一的标准，无法进行大范围的普及，阻碍了其在多个领域的应用[20]。

5 结语

但无疑，区块链技术特点为疫苗溯源信息的真实性、可靠性和透明性提供了有效的保障。这些区块链特点有效弥补了追溯过程中的不足和弊端，提升了疫苗溯源体系的功能。在未来，区块链技术将创新国内公共卫生决策责任机制，为应急管理决策者提供更为客观、全面、科学的大数据参考，有效推动应急管理决策由原有的经验估计型向大数据分析型转变，最终实现公共卫生应急决策机制人工智能化。当然，区块链疫苗溯源体系的并非一蹴而就，相信随着物联网、大数据、区块链等先进技术的发展，将能够解决疫苗追溯弊端的问题。