CN107105041B - 一个基于区块链的医疗大数据管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一个基于区块链的医疗大数据管理系统及方法，属于智能合约技术领域，本发明主要包括了系统的整体结构、注册合约部分、摘要合约部分、用户与病历数据提供方的关系合约部分。整个医疗大数据管理系统以区块链作为技术基础，实现了用户可以直接、有效、快速、有选择性地管理自己病历隐私的功能。由于区块链具有“去中心化”以及“不可篡改”两种特性，这为用户包括了患者、医院、数据仓库提供了最真实，最便利的服务，减轻了目前数据仓库因为大数据中心化的数据处理压力。

Description

一个基于区块链的医疗大数据管理系统及方法

技术领域

本发明涉及具有智能合约的区块链技术领域，具体涉及一个基于区块链的医疗大数据管理系统及方法。

背景技术

随着大数据、云平台的不断发展，大数据安全、云安全也被放在主要的位置。其中，医疗数据是重要的隐私数据，涉及到的人群广泛，并且由于患者的不断转移，病历数据被不断的多方传播，很容易泄露患者的隐私，给患者带来困扰。

由于一个医疗数据分类众多，且样本众多，这些庞大的数据给数据库中心带来了难以承受的数据处理压力。因此提出了一个基于区块链的医疗数据管理系统。根据区块链的特性，这个系统可以对数据进行“去中心化”式的传播分享，即减小数据库中心的处理压力，以及给数据和操作提供“不可篡改”式的保护。

在专利“一种医疗数据管理方法、装置及医疗数据系统”中供一种医疗数据管理方法、装置及医疗数据系统，涉及医学技术领域，可节省医疗数据分析时的数据收集和录入过程，降低医疗数据分析的复杂度。该方法包括：管理节点创建所述医疗数据系统的虚拟化容器，所述管理节点设置有管理所述医疗数据系统的用户界面；所述管理节点将所述虚拟化容器配置在所述N个子节点内，形成分布式数据系统；所述管理节点将HIS内的医疗数据存储至所述分布式数据系统，以便于管理员在进行医疗数据分析时通过所述用户界面从所述分布式数据系统中收集和录入相应的医疗数据。该方法可应用于医疗数据分析过程中。但是，此方法中没有提及利用区块链来实现系统框架以及系统操作，这样系统操作可能被修改，中心化管理的方式会加大系统的负重。

在专利“医疗数据系统”中公开了一种医疗数据系统。该系统包括：区域医疗数据中心和与该区域医疗数据中心连接的多个医疗机构服务器，多个医疗机构服务器分别对应于区域医疗数据中心所辖范围内的多个医疗机构；医疗机构服务器，用于存储患者在该医疗机构服务器对应的医疗机构中的医疗数据，医疗数据与患者的身份标识码相对应；区域医疗数据中心包括信息存储模块：用于存储多个医疗机构服务器的地址信息、患者的身份标识码以及与多个医疗机构服务器中的医疗数据相对应的医疗数据索引；患者的身份标识码在区域医疗数据中心所辖范围内是唯一的。有效的克服了医疗机构之间“信息孤岛”的技术缺陷。虽然该发明中，解决了“去中心化”的问题，但是操作的不可篡改性以及规范的隐私保护机制没有被涉及，所以有可能带来安全问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明目的在于提供一个基于区块链的医疗大数据管理系统及方法，解决现有技术由于数据节点权限设置、数据查询结构和记录存储结构的局限性导致的信息仍然孤立、查询速度慢且性能与效率低下等技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一个基于区块链的医疗大数据管理系统，包括：

区块链，包括医疗数据存储节点；

注册合约模块，用于定义用户规则、提供身份验证和映射概要合约地址，对应数据提供方接受注册用户的医疗数据、存储医疗数据于区块链中数据提供方的医疗数据存储节点且由数据提供方请求调整用户规则和重新映射概要合约地址；

概要合约模块，用于构建索引和产生关系合约地址，包括注册合约模块所存储医疗数据的索引和指向关系合约的列表，列表中存储有数据提供方、其他用户和/或其他数据提供方与各自所有注册用户交互的历史记录且还存储有每个注册用户与数据提供方、其他用户和/或其他数据提供方交互的历史记录；

关系合约模块，用于定义医疗数据存储节点访问权限，由数据提供方和其他数据提供方的关系合约、或者由数据提供方和其他用户的关系合约选择地接受其他数据提供方或其他用户的访问请求，且由关系合约和访问请求返回对应的医疗数据至其他数据提供方或其他用户。

上述方案中，所述的注册合约模块中注册合约包括注册用户的用户名、以太网地址和概要合约地址。

上述方案中，所述的概要合约模块中概要合约包括注册用户的以太网地址、关系合约地址和用于反应关系合约模块中关系合约当前特征的状态变量。

上述方案中，所述的概要合约模块，由变化的状态变量发出通知至注册用户，该注册用户对关系合约模块发出关联该状态变量的新关系处理命令，处理命令包括接受、拒绝或删除。

上述方案中，所述的关系合约模块，包括对应不同访问权限的查询字段和对应每个查询字段的医疗数据子集；

所述的关系合约模块由关系合约通过访问请求匹配出查询字段，且返回所匹配查询字段对应的医疗数据子集至其他数据提供方或其他用户。

上述方案中，所述的医疗数据子集，在医疗数据交互的历史记录更新时，医疗数据子集的哈希值添加至对应查询字段。

一个基于区块链的医疗大数据管理方法，包括以下步骤：

步骤1、用户在区块链中签订注册合约，再由注册合约映射概要合约地址并确定用户名；

步骤2、在区块链中根据用户名找到该用户的概要合约地址处概要合约，然后得到概要合约中的关系合约地址；

步骤3、数据提供方向区块链发出用户医疗数据请求，根据关系合约地址找到用户与数据提供方之间的权限设置，根据权限设置匹配出查询字段和查询字段对应的医疗数据子集，再通过计算医疗数据子集的哈希值验证数据提供方使用医疗数据子集的权限范围；

步骤4、在权限范围内，数据提供方将数据上传或者下载至区块链中医疗数据存储节点，同时概要合约中关联关系合约的状态变量发生变化，再根据变化的状态变量向用户发出通知；

步骤5、根据所接收的通知，用户向区块链返回新关系处理命令。

一种概要合约，包括:

以太网地址,用于作为用户区块链身份信息；

区块链节点关系地址,包括所有与所述以太网地址关联的区块链节点地址；

状态变量，包括所述以太网地址与所述区块链节点地址的关联状态。

上述方案中，通过区块链内注册合约中用户身份字符串与区块链地址进行映射产生。

一种关系合约，包括：

获取权限规则，用于定义区块链节点间互相访问的数据范围，由区块链内数据节点访问请求匹配查询字段且对应查询字段返回被访问数据节点的医疗数据子集至所述数据节点。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、病历记录的不可篡改性以及病历传播历史的不可篡改性；

2、去中心化，减轻患者、数据提供方(即数据库中心)、数据使用方(即医院)之间的规则以及操作的冗余与负担；

3、通过以上两点规范的定义患者、数据与用户医院之间的关系，达到真正保护患者隐私的效果。利用区块链技术实现的这个系统，通过定义相关的国际智能合约(即参与者包括全世界的人群)甚至可以支撑起全球的医疗数据传输；

4、提出了一种关系合约方案，关系合约提供数据节点访问权限设置，在保证数据不会被随意篡改的基础上，还实现了合约方间高速访问和记录修改，而现有技术中访问权限过于严苛，要求不能对医疗数据进行任何修改且权限设置缺乏灵活性，造成信息孤岛问题持续存在，同时存在合约框架和用于记录交互历史的存储结构难于设计的技术壁垒；

5.提出了一种概要合约方案，其联系起注册合约和关系合约，构成具有快速索引的区块链智能合约框架，并且概要合约不仅能更快更准确查找出医疗记录，还能为用户在自己的数据被建立新关系时提供提醒且同时接收实时处理命令。

附图说明

图1为本发明实施例的总体框架示意图；

图2为本发明实施例的合约结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

在这个医疗大数据管理系统中，包括了三个部分：(1)注册合约模块；(2)概要合约模块；(3)用户与病历数据提供方的关系合约模块。

实施例1

在注册合约模块中，这个全球性合约会将参与者的身份字符串与他们的以太坊信息进行匹配(比如它们的和要等于一个公钥)。在这里面，直接使用明文的字符串来进行身份验证，并不使用加密公钥验证方式，并且允许使用已存在的身份格式，尽量将系统简单化，减少计算量，提高系统性能。然而，为了保证系统的合理性，允许人为调整注册新用户规则以及修改已有映射。身份的注册只被已认证的管理机构进行管理。注册合约也会将身份字符串与另一个区块链地址进行映射，这个即是概要合约。

在系统中，当一个节点需要为另一个节点存储以及管理医疗数据时，它们之间会签订一个用户与医疗数据提供方(比如某中心数据库或者医院)的关系合约(以下简称关系合约)。另外，在任何一个有这种管理以及被管理的关系中，这种用户与医疗数据提供方之间的关系合约都是成立且会被执行的。这个关系合约由数据节点以及相关的获取权限构成，获取权限将决定医疗数据提供方可以从用户处获取什么数据用以分享传播。每一个数据节点中都有一个查询字段，当在数据提供方的数据库上进行操作时，这个查询字段会相应返回一个用户医疗数据的子集。当有新的记录被添加时，这个数据查询字段以及它的相关信息会被数据提供方修改。医疗数据子集的哈希值会被添加在这个查询字段中，用以保证数据不会在源头上被篡改。合约中的附加信息表示了数据提供者的数据库可以从哪一个网络地址中获取，比如主机名称以及端口。为了使得用户可以分享自己的医疗数据给除了医院或者医生等其他人，用一个哈希表来实现查阅者地址与额外的查询字段的映射。每一个查询字段都能具体指定用户的某一部分数据可以给哪一个第三方查阅者查看。

概要合约的功能是更快更准确的为参与者查找他们医疗记录，它处在注册合约以及关系合约之间，将注册合约和关系合约联系起来。它提供了一个指向关系合约的列表，用以记录所有参与者现在及以前与其他节点进行交互的合约历史记录。比如用户，他们的概要合约将由所有他们曾经交互过的数据提供方组成。另一方面，数据提供方的概要合约是由他们服务过的患者以及合作过的第三方授权数据库组成。通过概要合约，用户可以在任意时间里任意次的脱离和重新加入管理系统，因为他们可以重新获得他们的历史记录通过从区块链上获取最新的数据。只要参与节点还在网络上，那么区块链的记录将会一直存在。在概要合约中，还将提供用户提醒功能。每一个关系合约中都会存储一个状态变量，用来指示这个关系是否是新建，是否被修改过，以及是否获得用户的授权。在每一次数据提供方上传新的记录或者建立了一个新的关系时，数据提供方将在他们的用户概要合约中重置这个关系状态。所以每一次概要合约中的状态变量发生变化时，用户将会被通知。用户有权力接受、拒绝、删除任何关系，决定哪一个交互记录是由他们授权了的。

系统保证了接受以及拒绝关系的权力只掌握在用户手中。防止被恶意的参与者用垃圾信息骚扰，只有数据提供者才有上传状态变量的资格。当然，系统管理原则可以被扩展，以完善整个系统，保证正确的执行操作。

一次完整的医疗大数据上传、维护、下载具体实现步骤如下：

步骤一：用户首先要签订一个注册合约，即相当于在系统中注册。注册合约中包含了用户的名称、以太网地址、以及该用户的概要合约地址；

步骤二：系统根据用户名找到该用户的概要合约。概要合约中包括了用户的以太网地址、用户与数据提供方关系合约地址以及该关系合约的状态变量；

步骤三：系统根据关系合约地址找到用户与数据提供方之间的具体权力设置，根据计算哈希值验证数据提供方可以获取哪些数据，验证数据提供方的权限等；

步骤四：经过身份及数据的验证，数据将会被上传或者下载，此时概要合约中响应的关系合约状态变量会发生改变，并且通知用户；

步骤五：用户可以根据自己的需要选择是否接受或者拒绝这个关系合约以及这个操作，决定是否要授权给这个交互操作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一个基于区块链的医疗大数据管理系统，其特征在于，包括：

区块链，包括医疗数据存储节点；

注册合约模块，用于定义用户规则、提供身份验证和映射概要合约地址，对应数据提供方接受注册用户的医疗数据、存储医疗数据于区块链中数据提供方的医疗数据存储节点且由数据提供方请求调整用户规则和重新映射概要合约地址；

概要合约模块，用于构建索引和产生关系合约地址，包括注册合约模块所存储医疗数据的索引和指向关系合约的列表，列表中存储有数据提供方、其他用户和/或其他数据提供方与各自所有注册用户交互的历史记录且还存储有每个注册用户与数据提供方、其他用户和/或其他数据提供方交互的历史记录；

关系合约模块，用于定义医疗数据存储节点访问权限，由数据提供方和其他数据提供方的关系合约、或者由数据提供方和其他用户的关系合约选择地接受其他数据提供方或其他用户的访问请求，且由关系合约和访问请求返回对应的医疗数据至其他数据提供方或其他用户。

2.根据权利要求1所述的一个基于区块链的医疗大数据管理系统，其特征在于，所述的注册合约模块中注册合约包括注册用户的用户名、以太网地址和概要合约地址。

3.根据权利要求2所述的一个基于区块链的医疗大数据管理系统，其特征在于，所述的概要合约模块中概要合约包括注册用户的以太网地址、关系合约地址和用于反应关系合约模块中关系合约当前特征的状态变量。

4.根据权利要求3所述的一个基于区块链的医疗大数据管理系统，其特征在于，所述的概要合约模块，由变化的状态变量发出通知至注册用户，该注册用户对关系合约模块发出关联该状态变量的新关系处理命令，处理命令包括接受、拒绝或删除。

5.根据权利要求1所述的一个基于区块链的医疗大数据管理系统，其特征在于，所述的关系合约模块，包括对应不同访问权限的查询字段和对应每个查询字段的医疗数据子集；

所述的关系合约模块由关系合约通过访问请求匹配出查询字段，且返回所匹配查询字段对应的医疗数据子集至其他数据提供方或其他用户。

6.根据权利要求5所述的一个基于区块链的医疗大数据管理系统，其特征在于，所述的医疗数据子集，在医疗数据交互的历史记录更新时，医疗数据子集的哈希值添加至对应查询字段。

7.一个基于区块链的医疗大数据管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、用户在区块链中签订注册合约，再由注册合约映射概要合约地址并确定用户名；

步骤2、在区块链中根据用户名找到该用户的概要合约地址处概要合约，然后得到概要合约中的关系合约地址；

步骤3、数据提供方向区块链发出用户医疗数据请求，根据关系合约地址找到用户与数据提供方之间的权限设置，根据权限设置匹配出查询字段和查询字段对应的医疗数据子集，再通过计算医疗数据子集的哈希值验证数据提供方使用医疗数据子集的权限范围；

步骤4、在权限范围内，数据提供方将数据上传或者下载至区块链中医疗数据存储节点，同时概要合约中关联关系合约的状态变量发生变化，再根据变化的状态变量向用户发出通知；

步骤5、根据所接收的通知，用户向区块链返回新关系处理命令。