CN110826108B - 一种基于区块链技术的电子处方共享系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于区块链技术的电子处方共享系统，包括患者、医生、药房和区块链网络等实体，医生为医疗服务提供者，用于开具电子处方，并将处方上传至区块链网络，对处方进行修改或删除操作，或基于区块链网络访问患者之前的处方数据；患者为处方所有者，对其他实体的访问请求进行授权；药店为药品提供方，通过区块链网络访问患者的处方数据，以便为患者抓配相应的药品，以及更改处方在区块链网络中的状态；区块链网络功能包括存储医生开具的每个电子处方的哈希值，处理每个对于处方数据的访问请求以从患者处获得访问权限，以及存储对处方的每次操作记录。本发明将区块链技术应用到电子处方共享场景中，可实现处方数据在各方的安全共享。

Description

一种基于区块链技术的电子处方共享系统

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链技术的电子处方数据共享系统。

背景技术

随着信息技术在医疗领域的不断应用，电子处方系统成了医院信息系统的重要组成部分。电子处方是指依托网络传输，采用信息技术编程，在诊疗活动中填写药物治疗信息，开具处方，并通过网络传输至药房，经药学专业技术人员审核、调配、核对、计费，并作为药房发药和医疗用药的医疗电子文书。通过电子处方系统，医生可以搜索并查看患者以往的处方记录，为患者开具新的处方。药店也可以通过电子处方为患者配备相应的药品。由于电子处方统一由电脑书写，所以相比于传统手写处方，电子处方具有更高的效率，避免了因字迹不清而导致取错药的情况，节省了患者的时间。但同时电子处方数据一般由医院进行集中存储，这就会为处方数据的共享带来许多问题：

首先，若因为经济或地理原因，患者想要到医院药房之外的药店买药，则只能带着打印下来的纸质处方或者出示电子处方的照片，此种方式极易造成处方数据损坏或遗失；

其次，若患者想要到另外的医生或医院处寻求医疗帮助，往往只能为医生提供打印下来的纸质处方或关于处方的模糊记忆，对患者就医造成了很大不便；

再次，若监管部门想要获得患者以往的处方数据，则需要花费大量的时间进行权限审查和数据校验，事务响应速度慢。

最后，若使用传统数据库来实现处方数据的共享，还存在泄漏风险，一方面可能会有人对处方信息进行倒卖而对患者造成损害，另一方面集中式的存储方式使得黑客可以轻而易举地攻破医院数据库，从而造成用户的隐私泄露。

因此，如何打破处方数据的孤岛，实现处方数据在各医院、各药店以及监管部门之间的共享，并能保证患者数据不被泄露，成了一个亟待解决的问题。

而区块链技术是随比特币等数字加密货币的日益普及而逐渐兴起的一种技术，它提供了一种去中心化、无需信任积累的信用建立范式。区块链技术通过建立一个共同维护且不可被篡改的数据库来记录过去的所有交易和历史数据，所有的数据都是分布式存储且公开透明的。在这种技术下，任何互不相识的网络用户都可以通过智能合约、数字加密等方式达成共识。部署在区块链上的智能合约一旦制定和部署就能实现自我执行和自我验证，不再需要人为的干预。且智能合约能为用户提供接口，以供用户和合约之间进行交互。基于密码学技术，这些交互能被严格验证，以保证合约能按照此前制定的规则顺利执行，从而防止出现违约行为。所以将区块链技术应用到电子处方安全共享的场景中，正是在这种背景下展开工作的。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出一种基于区块链技术的电子处方共享系统，解决电子处方数据难以在各方之间实现安全共享的问题。

技术方案：一种基于区块链技术的电子处方共享系统，包括患者、医生、药房、监管部门和联盟式区块链网络五种实体，其中，

医生为医疗服务提供者，被配置为依据患者病情开具电子处方，并将处方上传至区块链网络，对处方进行修改或删除操作，或基于区块链网络访问患者之前的处方数据；

患者为处方所有者，被配置为对其他实体的处方数据访问进行授权；

药店为药品提供方，被配置为在患者的许可下通过区块链网络访问患者的处方数据，以便为患者抓配相应的药品，以及更改处方在区块链网络中的状态；

监管部门，被配置为不经患者允许而访问其处方数据；

区块链网络为整个系统的控制中心，被配置为将医生开具的每个电子处方的哈希值进行存储，处理每个对于处方数据的访问请求以从患者处获得访问权限，以及存储对处方数据的每次操作记录。

有益效果：本发明公开的基于区块链的电子处方共享系统主要解决电子处方数据难以在各方之间实现安全共享的问题。具体体现在：

1、本发明具有可靠性，通过将加密后处方数据的哈希值上传到区块链网络，所有的篡改操作均能通过验证哈希值检测出来，保证了数据的完整性和有效性。

2、本发明具有安全性，区块链网络上只储存数据所在地址，且数据通过非对称加密技术加密，只有持有相应私钥的实体才能查看数据记，且每次操作都会被记录在区块链上，以便后续的调查和审计工作。

3、本发明具有隐私保护性，本地存储的数据全都由患者的公钥加密，这样即使有人恶意截取数据，没有相应的私钥也无法查看其内容，从而很好的保护了患者的隐私。

4、本发明权限划分明确，所有实体对数据具有的操作权限在颁发证书时即确定下来，每次操作数据都需先检查证书以确认实体具有操作权限，从而保证数据的安全共享。

附图说明

图1为本发明中基于区块链的电子处方数据共享系统结构示意图；

图2为本发明中医生添加数据的流程图；

图3为本发明中数据状态更改交易流程图；

图4为本发明中医生访问处方数据的流程图；

图5为本发明中药店访问处方数据的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明所描述的基于区块链技术的电子处方数据共享系统由五种实体组成，分别为患者、医生、药房、监管部门和联盟式区块链网络。医生、药店、患者、监管部分等实体通过浏览器或应用程序与区块链网络进行通信。各方都通过web端或者客户端进行操作，如医生就是通过医生的web端或客户端开具电子处方，其余各方想要增删改除信息也是通过各方的web端或客户端进行操作。医生、药店等对数据的访问操作均需通过患者的同意，然后通过区块链网络访问其数据。同时医生、药店的数据上传操作也均需要患者的数字签名。区块链的所有功能均由智能合约实现。其中患者为处方数据的所有者，除监管部门的访问操作外，所有对处方数据的操作均需要经过患者的同意方能继续。医生为医疗服务提供者，负责依据患者病情开具电子处方，处方中包括病人的ID、疾病诊断名称、处方号、药品名、剂量等信息，同时医生还可以在用户的许可下将处方的ID上传至区块链网络，并对处方进行修改或删除操作，或基于区块链网络访问患者之前的处方数据。药店可以为医院内部药房，也可以为任何拥有合法证书，具有售卖药品资格的药店；药店可以在患者的许可下通过区块链网络访问患者的处方数据，为患者抓配相应的药品，并有权更改药方在区块链网络中的状态。监管部门有权查看患者的处方数据，以便在发生医疗纠纷时能根据这些数据展开调查。区块链网络的作用有三：首先对于医生开具的电子处方，每个处方的哈希值都会上传到区块链网络进行完整性保护。其次对于除监管部门外各实体的处方数据访问操作，区块链网络处理每个请求以从用户处获得访问权限。最后，对处方数据的每次操作记录都会上传到区块链网络，以便后续的调查和审计。本发明中区块链网络是软件层面的，联盟式区块链网络可以基于Hyperledger Fabric开源框架来自行搭建，主要包括CA，Order节点，Peer节点等。CA、加密、权限验证、创建交易等是联盟式区块链网络都具有的功能，具体如何搭建该软件不是本发明的重点，本领域技术人员基于开源软件项目的指导即能够实现，这里不再赘述。

本发明定义处方数据有三种状态，分别为已开具、已取药和已删除。对区块链网络上数据的操作类型，分为上传和访问两种。其中医生和药店都具有上传和访问的权限，患者和监管部门都只具有访问权限。本发明将医生的上传操作细分为增添、修改、删除和状态更改，对应的操作交易分别为数据增添交易、数据修改交易、数据删除交易和状态更改交易。药店的上传操作只有状态更改，对应的交易为状态更改交易。联盟式区块链网络为整个系统的控制中心，其中的证书颁发机构(CA)负责为系统中患者、医生、药房、监管部门每个实体颁发证书，证书中包含实体的账户ID、公私钥对和对数据具有的操作权限。

在一个实施例中，如图2所示，提供了医生添加数据的流程图。为实现处方数据在各实体间的安全共享，每个实体都必须用自己的账号在区块链网络上注册并登录。患者到医生处寻求医疗服务，首先需要在区块链网络上注册并登录。医生需要先在区块链网络上注册并登录，然后根据患者病情开具处方，电子处方一经确认后便不能更改，若医生想要修改或删除电子处方，则只能另外发起修改交易或删除交易。电子处方开具后，区块链网络会用患者的公钥对处方数据进行加密，这样理论上只有持有私钥的患者才能对数据进行解密。通过此加密操作，处方数据的安全性得以保证，即使数据被盗取，没有患者的私钥，盗取者也无法得知数据的详细内容。之后医生需要将加密后处方的哈希值上传到区块链网络，以保证处方数据的完整性和有效性。此时医生可以发起一个数据增添交易，此类交易以元组描述为交易类型(增添)、数据ID(即加密处方数据的哈希值)、数据存放地址、数据拥有者、数据操作者、操作时间和数字签名。此处需要注意数字签名为患者和医生的双重签名，以表示患者知道此药方的存在。处方数据存放在医院的本地数据库中，交易中会指明数据的存放地址，而不是直接将处方数据存放在区块链网络上，这样可以使每个区块的容量降低，便于同步和备份。处方数据使用患者的公钥进行加密，若后续有对此数据的访问操作，则在患者同意后，患者使用自己的私钥对数据进行解密并返回解密后的处方数据。交易之后被广播到区块链网络，网络中的节点会首先查看证书以确保医生具有上传数据的资格；然后根据交易中的数据地址找到处方数据，并对加密后的处方数据进行哈希运算，若运算结果与交易中数据ID相同，则认为处方数据有效；最后根据医生和患者的公钥验证数字签名，所有的验证通过后此节点会为此交易进行背书。当此交易收到足够的背书后就可以打包进区块，等待连接到区块链账本上。在本发明中，实体是指医生、患者、药房、社保局、区块链网络这几个角色；节点是共同维护区块链网络的终端，比如医生A，医生B，药房A，药房B，患者A等都加入到了同一个区块链网络，那这些实体所用的终端，如电脑、手机等就是节点。区块链网络维护一个公共的账本，这个账本记录的就是各条交易，区块链网络会把一段时间内的交易打包在一起，就是区块。区块链就是多个区块按照时间顺序串联在一起，比如十分钟生成一个区块，再过十分钟又生成一个区块，后一个区块连接在前一个区块后面，以此就会形成区块链。同时应当理解，交易收到足够的背书主要根据节点数来判断，但是“足够”的准确数字取决于区块链网络中链码背书策略，背书策略不同，所需背书数量也不同。区块链网络中的Peer节点收到区块后，会对区块中的每笔交易进行校验，检查交易依赖的输入输出是否符合当前区块链的状态，完成后将区块写入账本，并修改K-V状态数据。此时即是连接成功，区块链网络会发出事件通知web端或客户端区块已成功连接到区块链账本上，连接到区块链账本上就是表明储存成功了，后续可以访问。

图3提供数据状态更改交易的流程图。在医生的数据增添交易创建的同时，区块链网络会创建一个数据状态更改交易，定义数据的状态是为了防止出现一方多抓的现象，同时在每次访问数据之前区块链网络都会先检查数据的状态，以此提高处理速度。数据状态更改交易可以使用元组描述为交易类型(状态更改)、数据ID、数据拥有者、当前数据状态、操作时间和数字签名。此时数据的状态会被区块链网络自动更改为已开具。同时区块链网络会侦听对医院数据库中这些数据的操作，若有未经患者同意或未经节点验证的操作，则会返回警告，并拒绝此操作。

若医生在开具完处方并提交数据增添交易至区块链网络后发现处方有不妥之处，则可以发起一个数据修改交易。此类交易可以以元组描述为交易类型(修改)、修改前数据ID，修改后数据ID，修改后数据地址、数据拥有者、数据操作者、操作时间和数字签名。同样此数据签名需要是医生和患者的双重数字签名，以表示患者知道此修改操作的存在。之后此交易被广播，获得大多数节点的背书后打包成块，等待写入区块链账本中。数据修改交易不会引起处方数据的状态变化。这是因为实际的处方创建后存在医生本地，后续的修改、删除操作不是仅通过发起交易实现的，而是医生要先对本地的处方数据进行修改、删除操作后，区块链网络会监听到这些操作，然后生成交易。交易起到的是一个记录所做操作的作用，记录的是谁在什么时候对哪条数据进行了什么样的操作，因而不会对处方数据本身有什么影响。若医生因为某些原因想要将处方删除，则可以发起一个数据删除交易，此类交易可以以元组描述为交易类型(删除)、被删除数据的ID、数据拥有者、数据操作者、操作时间和数字签名。同样此处的数字签名是医生和患者的双重数字签名，以表示患者同意删除处方数据。在医生发起数据删除操作的同时区块链网络会创建一个数据状态更改交易，将处方数据的状态更改为已删除。

图4提供了医生访问处方数据的流程图。医生可以依据患者的ID、操作者的ID或者数据创建时间等查询条件查询患者的历史处方数据。若医生想要访问患者以前的处方数据作为参考，首先需要给定一个查询条件向区块链网络发起查询请求。区块链网络首先检查医生的证书以确定医生具有访问权限。权限验证通过后，区块链网络依据给定的查询条件查找相应的交易，首先返回交易的状态。若交易状态为已删除，则返回数据已被删除；若交易状态为已开具或已取药，则给患者发送一个访问请求，患者可以接受或拒绝访问请求。若患者接受访问请求，则区块链网络首先根据记录的地址查找到加密后的数据，并使用哈希算法得到加密数据的哈希值。若哈希值与区块链上记录的哈希值不同，则代表数据被篡改过，此时会返回警告信息；若哈希值与区块链上记录的哈希值相同，则数据未遭受过篡改。数据有效性验证通过后，区块链网络为患者返回医生所需数据的地址，患者按照地址查找到所需的加密数据，并通过自己的私钥解密数据，最后将解密后的数据返回给医生。之后区块链网络生成数据访问交易，数据访问交易以元组描述为交易类型(访问)、数据ID、数据拥有者、数据接收者、操作时间和数字签名。之后交易被广播到区块链网络，经大多数节点背书后，打包进区块链，等待连接到区块链账本上。只要Peer节点验证区块并将区块连接到区块链账本上之后，访问操作就结束了。因为区块链记录的数据具有不可篡改性，所以后续若有人对处方数据的真假有疑问或者有什么纠纷，就可以查看区块链账本，从而可以查看所有人对处方数据进行的操作，以达到后期审计的目的。

图5提供了药店访问处方数据的流程图。开完处方后患者会到药店去抓配相应药品，考虑到患者自身的经济因素或地理因素，此药店除包括医院内部的药房外，还有外部任何具有售药资格的药店。患者可以根据自身情况合理地选择药店来购买药品。CA负责为各药店颁发证书，即使医生和患者要去的药店属于同一医院，也需要CA为药店另外发放证书。患者首先确定在哪一药店买药，之后相应药店的药师注册并登录到区块链网络。患者提供自己的ID或者处方ID等信息作为查询信息，药师根据这些信息向区块链网络发送查询请求。区块链网络首先会验证药师的证书以确定其是否具有查询权限，权限验证通过后区块链网络依据给定的查询条件查找相应的交易，首先返回交易的状态。若交易状态为已删除，则返回数据已被删除；若交易状态为取药，则返回此处方已被取过药，避免患者因忘记是否抓过药而导致一方多抓的现象；若交易状态为开具，则向用户发送数据访问请求，患者确认之后区块链网络为药店返回数据所在地址。药店首先使用相同的哈希算法对数据进行哈希运算，将得到的哈希值与储存在区块链账本上的哈希值对比，若对比结果不同，则认为数据被篡改过，之后返回警告；若对比结果相同，则认为数据未被篡改，处方数据有效。之后区块链网络为患者返回数据所在地址，患者用自己的私钥解密数据，最后为药店返回解密后的处方数据。之后生成数据访问交易，待交易广播并收到大多数节点背书后被打包进区块，之后等待连接到区块链账本上。

药品抓配完成后处方数据的状态发生改变，这时需要药店上传一个数据状态更改交易，将当前的数据状态更改为已抓取。药店生成数据状态更改交易并被广播到区块链网络。网络中各节点首先查看药师的数据证书查看其是否具有相应的权限，权限验证通过后通过公钥验证签名是否有效。不同于医生上传的数据状态更改交易，药店上传的此类交易中，数字签名为患者和药店的双重签名，以表示患者知道此药方已被抓取过。签名验证通过后节点为此交易进行背书，交易收到足够的背书后就可以被打包进区块，等待连接到区块链账本上。

监管部门因为代表国家行使职责，所以可以不经患者允许而访问其处方数据，但监管部门应告知患者他们将要进行的操作，而且其操作记录依旧会记录在区块链上。监管部门首先发送一个数据访问请求，区块链各节点检查社保局证书以查验其权限。权限验证通过后区块链网络为监管部门返回数据所需地址，然后监管部门向CA请求患者的私钥，CA通过特定的通道将患者私钥发送给监管部门，然后监管部门按照数据地址找到所需数据，并用患者私钥解密。此访问操作之后会被整理成交易广播到区块链网络。

Claims (6)

1.一种基于区块链技术的电子处方共享系统，其特征在于，包括患者、医生、药房、监管部门和联盟式区块链网络五种实体，其中，

医生为医疗服务提供者，被配置为依据患者病情开具电子处方，并将处方上传至区块链网络，对处方进行修改或删除操作，或基于区块链网络访问患者之前的处方数据；

患者为处方所有者，被配置为对其他实体的处方数据访问进行授权；

药店为药品提供方，被配置为在患者的许可下通过区块链网络访问患者的处方数据，以便为患者抓配相应的药品，以及更改处方在区块链网络中的状态；

监管部门，被配置为不经患者允许而访问其处方数据；

区块链网络为整个系统的控制中心，被配置为将医生开具的每个电子处方的哈希值进行存储，处理每个对于处方数据的访问请求以从患者处获得访问权限，以及存储对处方数据的每次操作记录，所述区块链网络中的证书颁发机构为每个实体颁发证书，证书中包含实体的账户ID、公私钥对和对数据具有的操作权限；

所述处方数据有三种状态，分别为已开具、已取药和已删除；对区块链上数据的操作类型，分为上传和访问两种，其中医生和药店都具有上传和访问的权限，患者和监管部门都只具有访问权限；其中医生的上传操作细分为增添、修改、删除和状态更改，对应的操作交易分别为数据增添交易、数据修改交易、数据删除交易和状态更改交易；药店的上传操作只有状态更改，对应的交易为状态更改交易。

2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的电子处方共享系统，其特征在于，所述电子处方开具后，区块链网络用患者的公钥对处方数据进行加密，通过数据增添交易将加密后处方的哈希值上传到区块链网络，所述数据增添交易使用如下元组描述：交易类型、数据ID、数据存放地址、数据拥有者、数据操作者、操作时间和数字签名，其中交易类型为增添，数据ID为加密的处方数据的哈希值。

3.根据权利要求2所述的基于区块链技术的电子处方共享系统，其特征在于，在医生的数据增添交易创建的同时，区块链网络创建一个数据状态更改交易，同时将数据的状态自动更改为已开具，所述数据状态更改交易使用如下元组描述：交易类型、数据ID、数据拥有者、当前数据状态、操作时间和数字签名，其中交易类型为状态更改。

4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的电子处方共享系统，其特征在于，所述数据修改交易使用如下元组描述：交易类型、修改前数据ID，修改后数据ID，修改后数据地址、数据拥有者、数据操作者、操作时间和数字签名，其中交易类型为修改；所述数据删除交易使用如下元组描述：交易类型、被删除数据的ID、数据拥有者、数据操作者、操作时间和数字签名，其中交易类型为删除。

5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的电子处方共享系统，其特征在于，所述医生访问处方数据的过程如下：

给定一个查询条件向区块链网络发起查询请求；

区块链网络检查医生的证书以确定医生具有访问权限；

权限验证通过后，区块链网络依据给定的查询条件查找相应的交易，根据记录的地址查找到加密后的数据，通过计算加密数据的哈希值验证数据有效性；

数据有效性验证通过后，区块链网络为患者返回医生所需数据的地址，患者按照地址查找到所需的加密数据，并通过自己的私钥解密数据，最后将解密后的数据返回给医生；

之后区块链网络生成数据访问交易，数据访问交易以元组描述为交易类型、数据ID、数据拥有者、数据接收者、操作时间和数字签名，之后交易被广播到区块链网络，其中交易类型为访问。

6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的电子处方共享系统，其特征在于，所述药房访问处方数据的过程如下：

药房根据患者提供的ID或者处方ID信息向区块链网络发送查询请求；

区块链网络验证药房的证书以确定其是否具有查询权限；

权限验证通过后区块链网络依据给定的查询条件查找相应的交易，根据记录的数据所在地址查找数据，计算哈希值验证数据有效性；

数据有效性验证通过后区块链网络为患者返回数据所在地址，患者用自己的私钥解密数据，为药店返回解密后的处方数据；

之后区块链网络生成数据访问交易，数据访问交易以元组描述为交易类型、数据ID、数据拥有者、数据接收者、操作时间和数字签名，之后交易被广播到区块链网络，其中交易类型为访问。

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