CN111916172B - 一种基于区块链智能合约的医疗数据共享系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及区块链技术领域，公开一种基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统，包括：配置有区块链核心服务模块并各自作为peer组织构成区块链系统，其中：在IPFS，用于配置PTC；在医院和数据服务公司，用于配置ACC和ISC；患者客户端，用于：在接入医院所配置的区块链核心服务模块时，在ACC中共享患者的医疗数据并能够设置医疗数据对应的访问权限和激励费用；数据使用者客户端，用于：在接入数据服务公司所配置的区块链核心服务模块时，通过ACC查询目标医疗数据及其对应的访问权限。本发明实现了医疗数据的安全存储、共享以及共享过程中的授权管理。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术和电子医疗数据安全共享技术领域，特别涉及一种基于区块链智能合约的医疗数据共享系统。
背景技术
医疗数据是病人在就医过程中形成的具有重要价值的原始医疗信息，其包含病人的病史、病例等隐私敏感的个人数据。医疗数据的共享能够提高疾病的诊断准确率和效率，对疾病的研究具有重要的参考和科研价值。现实生活中大量的医疗数据存储在医院的数据库中，由于缺乏有效的信任机制和激励机制导致医疗机构间拒绝共享其数据，从而引发医疗数据共享难的问题。
因此，如何确保医疗数据的安全存储、共享以及共享过程中病人对数据的授权管理成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提出一种基于区块链智能合约的医疗数据共享系统，该基于区块链智能合约的医疗数据共享系统克服了现有技术中的医疗数据共享难的问题，实现了医疗数据的安全存储、共享以及共享过程中病人对数据的授权管理。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明还提供一种基于区块链智能合约的医疗数据共享系统，所述基于区块链智能合约的医疗数据共享系统包括：患者客户端、使用者客户端以及在IPFS、医院以及数据服务公司均配置有区块链核心服务模块并各自作为peer组织构成区块链系统，其中：在所述IPFS配置的区块链核心服务模块，用于配置证明上链的智能合约(PTC)，为存储在所述IPFS上的医疗数据提供存储证明；在所述医院和所述数据服务公司配置的区块链核心服务模块，用于配置访问控制的智能合约(ACC)和激励结算的智能合约(ISC)，为所述患者客户端提供共享的医疗数据并设置相关的访问权限的服务，为所述使用者客户端提供医疗数据的查询和访问服务，以及为所述区块链系统提供管理激励费用并进行费用结算的服务；所述患者客户端，用于：在接入所述医院所配置的区块链核心服务模块时，在所述ACC中共享患者的医疗数据并能够设置所述医疗数据对应的访问权限和激励费用，并且在所述ACC上链前所述ACC会调用PTC验证患者存储在所述IPFS中的医疗数据是否真实有效，在验证结果示出为有效的情况下，所述ACC上的设置生效；数据使用者客户端，用于：在接入所述数据服务公司所配置的区块链核心服务模块时，通过所述ACC查询目标医疗数据及其对应的访问权限，并通过所述ACC调用所述ISC支付所述目标医疗数据对应的激励费用，当满足所述访问权限并支付所述目标医疗数据对应的激励费用时，能够获取所述目标医疗数据。
优选地，所述区块链核心服务模块包括：用户身份管理子模块，用于用户的身份注册、登记以及证书的发放；共识服务子模块，用于负责交易的背书验证、打包排序和维护所述区块链系统账本一致性；虚拟机子模块，用于负责智能合约的执行、更新和管理；以及密码服务子模块，用于负责维护所述区块链系统的数据安全和交易安全。
优选地，所述IPFS、医院以及数据服务公司各自对应的peer组织包括：记账节点，用于负责接收新的区块并更新账本；背书节点，用于负责对发起的交易进行背书；领导节点，用于负责从排序节点处接收共识后的交易并广播给组织内其他记账节点；以及锚节点，用于负责组织间的通信。
优选地，所述PTC包括以下函数模块：上传证明函数模块，用于上传存储证明到所述区块链系统的网络，其中所述上传证明函数模块被配置为由所述IPFS调用；以及有效性证明函数模块，用于接收所述ACC的调用指令，发送患者共享的医疗数据对应的存储证明，并验证所述医疗数据有效性。
优选地，所述ACC包括被所述患者客户端调用进而执行相应操作的以下函数模块：上传关键词密文函数模块，用于将共享的所述医疗数据对应的关键词密文上传至所述区块链系统，并且能够调用所述PTC来验证患者上传数据的有效性，在验证结果为有效时，将患者共享的所述医疗数据对应的关键词密文写入区块链系统；上传对称密钥密文函数模块，用于将加密的医疗数据对应的对称密钥密文上传至所述区块链系统，并且在所述医疗数据上链前能够验证该医疗数据对应的关键词密文是否在链上，若验证结果为是，则将所述医疗数据对应的对称密钥密文写入区块链系统；上传哈希地址函数模块，用于将共享的医疗数据存储在所述IPFS中的哈希地址上传至区块链，并且在上传之前能够验证该医疗数据对应的关键词密文和对称密钥密文是否在链上，若验证结果为是，则将该医疗数据对应的哈希地址写入区块链系统；以及设置激励费用函数模块，用于设置共享的医疗数据的激励费用，其中所述激励费用包括患者的数据费用和区块链系统所在平台的服务费用。
优选地，所述ACC包括被所述使用者客户端调用进而执行相应操作的以下函数模块：关键词密文查询函数模块，用于查询链上存储的关键词密文；激励费用查询函数模块，用于查询目标医疗数据对应的激励费用；账户检测函数模块，用于将费用转给患者指定的账户，并且能够检测使用者的账户余额是否充足、以及所述患者指定的账户和金额是否正确；以及医疗数据获取函数模块，用于在数据使用者支付目标医疗数据对应的激励费用后获取目标医疗数据。
优选地，所述ISC包括以下函数模块：转账函数模块，用于将所述区块链系统所在平台的服务费用转账到所述区块链系统中共识节点的账户，其中所述服务费用的分配比例被配置为与所述区块链系统所在平台的实际需求相关；以及收益函数查询模块，用于查询所述区块链系统所在平台的收益情况。
相对于现有技术，本发明的基于区块链智能合约的医疗数据共享系统利用区块链系统实现医疗数据安全存储、共享和病人对医疗数据的访问控制，通过对具有不同需求的实体进行角色划分，例如IPFS、医院以及数据服务公司，并映射到区块链系统中的不同节点和组织，实现网络资源的合理分配和最大化利用；通过对智能合约的功能模块化，为不同用户按需求提供可交互式的接口，实现系统的高效可用性。本发明不仅为患者提供了医疗数据存储和共享的个性化平台，还保护患者的隐私和数据安全，实现医疗数据使用记录的可溯源性，提高了医疗数据共享的合理性和便利性，具有宽广的应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种基于区块链智能合约的医疗数据共享系统的联盟链架构示意图；以及
图2是本发明一种基于区块链智能合约的医疗数据共享系统的智能合约和实体间的交互示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、匿名性、可追溯、集体维护、公开透明等特点。区块链这些特性为创造信任价值网络奠定基础，基于区块链技术能够解决信息不对称问题，实现多个组织机构之间的协作信任与一致行动。将区块链技术应用到医疗领域，对解决医疗数据共享难的问题具有巨大的潜力。
智能合约是一种以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。将智能合约以数字化的形式写入区块链中，由区块链技术的特性保障存储、读取、执行整个过程透明可追踪、不可篡改，可以构建高效可用的分布式区块链应用系统。基于区块链和智能合约技术的特性，能够实现医疗数据共享中的数据安全、隐私保护和病人对数据的权限控制等功能特性。
图1是本发明的一种基于星际文件系统IPFS(IPFS，Inter Planetary FileSystem)和联盟链的医疗数据共享系统的联盟链架构示意图。如图1所示，所述基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统包括：患者客户端、使用者客户端以及在IPFS、医院以及数据服务公司均配置有区块链核心服务模块并各自作为peer组织构成区块链系统，具体地，在IPFS、医院和数据服务公司部署区块链核心服务程序，整个系统如图1所示，其中：
如图2所示，在所述IPFS配置的区块链核心服务模块，用于配置证明上链的智能合约(PTC)并实现代码实例化，为存储在所述IPFS上的医疗数据提供存储证明；
在所述医院和所述数据服务公司配置的区块链核心服务模块，用于配置访问控制的智能合约(ACC)和激励结算的智能合约(ISC)并实现代码实例化，为所述患者客户端提供共享的医疗数据并设置相关的访问权限的服务，为所述使用者客户端提供医疗数据的查询和访问服务，以及为所述区块链系统提供管理激励费用并进行费用结算的服务；
所述患者客户端，用于：在接入所述医院所配置的区块链核心服务模块时，在所述ACC中共享患者的医疗数据并能够设置所述医疗数据对应的访问权限和激励费用，并且在所述ACC上链前所述ACC会调用PTC验证患者存储在所述IPFS中的医疗数据是否真实有效，在验证结果示出为有效的情况下，所述ACC上的设置生效；
数据使用者客户端，用于：在接入所述数据服务公司所配置的区块链核心服务模块时，通过所述ACC查询目标医疗数据及其对应的访问权限，并通过所述ACC调用所述ISC支付所述目标医疗数据对应的激励费用，当满足所述访问权限并支付所述目标医疗数据对应的激励费用时，能够获取所述目标医疗数据。
优选地，所述区块链核心服务模块包括：用户身份管理子模块，用于用户的身份注册、登记以及证书的发放；共识服务子模块，用于负责交易的背书验证、打包排序和维护所述区块链系统账本一致性；虚拟机子模块，用于负责智能合约的执行、更新和管理；以及密码服务子模块，用于负责维护所述区块链系统的数据安全和交易安全。具体地，用户身份管理程序，负责用户的身份注册登记，证书的发放；共识服务程序，负责交易的背书验证、打包排序和维护区块链系统账本一致性；虚拟机程序，负责智能合约的执行、更新和管理；密码服务程序，负责维护区块链系统的数据安全和交易安全。
优选地，所述IPFS、医院以及数据服务公司各自对应的peer组织包括：记账节点，用于负责接收新的区块并更新账本；背书节点，用于负责对发起的交易进行背书；领导节点，用于负责从排序节点处接收共识后的交易并广播给组织内其他记账节点；以及锚节点，用于负责组织间的通信。具体地，各个机构作为peer组织加入区块链网络构成医疗数据存储和共享的联盟链；在各个peer组织内设置具有不同功能的peer节点，记账节点负责接收新的区块并更新账本，背书节点负责对发起的交易进行背书，领导节点负责从排序节点处接收共识后的交易并广播给组织内其他记账节点，锚节点负责组织间的通信；一个peer节点可以担任一种角色或者多种角色，具体的组织方案根据实际需求进行构建。
优选地，所述PTC包括以下函数模块：
上传证明函数模块，用于上传存储证明到所述区块链系统的网络，其中所述上传证明函数模块被配置为由所述IPFS调用，具体地，该模块主要是“PutProof”方法，该数据可以上传存储证明到联盟链网络，此函数只有IPFS可以调用；以及
有效性证明函数模块，用于接收所述ACC的调用指令，发送患者共享的医疗数据对应的存储证明，并验证所述医疗数据有效性，具体地，该模块主要是“queryProof”方法：ACC通过调用此函数获取患者共享数据的存储证明，并验证其有效性。
优选地，所述ACC包括被所述患者客户端调用进而执行相应操作的以下函数模块：
上传关键词密文函数模块，用于将共享的所述医疗数据对应的关键词密文上传至所述区块链系统，并且能够调用所述PTC来验证患者上传数据的有效性，在验证结果为有效时，将患者共享的所述医疗数据对应的关键词密文写入区块链系统；具体地，“putKeywordCiphertext”方法：患者调用此函数将共享的医疗数据关键词密文上传至区块链，此函数会自动调用PTC来验证患者上传数据的有效性，只有通过验证后才会将患者共享的数据写入区块链；
上传对称密钥密文函数模块，用于将加密的医疗数据对应的对称密钥密文上传至所述区块链系统，并且在所述医疗数据上链前能够验证该医疗数据对应的关键词密文是否在链上，若验证结果为是，则将所述医疗数据对应的对称密钥密文写入区块链系统；具体地，“putKeyCiphertext”方法：患者调用此函数将加密医疗数据的对称密钥密文上传至区块链，在数据上链前此函数会验证对应的关键词密文是否在链上，若在链上才将数据写入区块链；
上传哈希地址函数模块，用于将共享的医疗数据存储在所述IPFS中的哈希地址上传至区块链，并且在上传之前能够验证该医疗数据对应的关键词密文和对称密钥密文是否在链上，若验证结果为是，则将该医疗数据对应的哈希地址写入区块链系统；具体地，“putPHRhash”方法：患者调用此函数将共享数据存储在IPFS中的哈希地址上传至区块链，在写入数据前，此函数会验证对应的关键词密文和对称密钥密文是否在链上，若在链上才将数据写入区块链；以及
设置激励费用函数模块，用于设置共享的医疗数据的激励费用，其中所述激励费用包括患者的数据费用和区块链系统所在平台的服务费用；具体地，“setIncentiveFee”方法：患者调用此函数设置共享数据的激励费用的详细情况，激励费用包括患者的数据费用和区块链平台的服务费用。
优选地，所述ACC包括被所述使用者客户端调用进而执行相应操作的以下函数模块：
关键词密文查询函数模块，用于查询链上存储的关键词密文；具体地，“queryKeywordCiphertext”方法：数据使用者调用此函数查询链上存储的关键词密文；
激励费用查询函数模块，用于查询目标医疗数据对应的激励费用；具体地，“queryIncentiveFee”方法：数据使用者调用此函数查询想要访问的医疗数据的详细的激励费用；
账户检测函数模块，用于将费用转给患者指定的账户，并且能够检测使用者的账户余额是否充足、以及所述患者指定的账户和金额是否正确；具体地，“Payment”方法：若数据使用想要获取某个医疗数据，他/她调用此函数转账费用给患者指定的账户，此函数会检测数据使用者的账户余额是否充足，转账的账户和金额是否正确；以及
医疗数据获取函数模块，用于在数据使用者支付目标医疗数据对应的激励费用后获取目标医疗数据，具体地，“queryCiphertext”方法：数据使用者调用此函数获取想要访问的医疗数据，此函数只有在数据使用者支付相应的费用后才能被调用。
优选地，所述ISC包括以下函数模块：
转账函数模块，用于将所述区块链系统所在平台的服务费用转账到所述区块链系统中共识节点的账户，其中所述服务费用的分配比例被配置为与所述区块链系统所在平台的实际需求相关，具体地，“distributeIncome”方法：此函数将平台收取的服务费用转账到系统中共识节点的账户，具体的分配比例按照系统的实际需求制定；以及
收益函数查询模块，用于查询所述区块链系统所在平台的收益情况，具体地，“queryIncome”方法：系统中的共识节点可以通过此函数查询平台的收益情况。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统，其特征在于，所述基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统包括：患者客户端、使用者客户端以及在IPFS、医院以及数据服务公司均配置有区块链核心服务模块并各自作为peer组织构成区块链系统，其中：
在所述IPFS配置的区块链核心服务模块，用于配置证明上链的智能合约(PTC)，为存储在所述IPFS上的医疗数据提供存储证明；
在所述医院和所述数据服务公司配置的区块链核心服务模块，用于配置访问控制的智能合约(ACC)和激励结算的智能合约(ISC)，为所述患者客户端提供共享的医疗数据并设置相关的访问权限的服务，为所述使用者客户端提供医疗数据的查询和访问服务，以及为所述区块链系统提供管理激励费用并进行费用结算的服务；
所述患者客户端，用于：在接入所述医院所配置的区块链核心服务模块时，在所述ACC中共享患者的医疗数据并能够设置所述医疗数据对应的访问权限和激励费用，并且在所述ACC上链前所述ACC会调用PTC验证患者存储在所述IPFS中的医疗数据是否真实有效，在验证结果示出为有效的情况下，所述ACC上的设置生效；
数据使用者客户端，用于：在接入所述数据服务公司所配置的区块链核心服务模块时，通过所述ACC查询目标医疗数据及其对应的访问权限，并通过所述ACC调用所述ISC支付所述目标医疗数据对应的激励费用，当满足所述访问权限并支付所述目标医疗数据对应的激励费用时，能够获取所述目标医疗数据。
2.根据权利要求1所述的基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统，其特征在于，所述区块链核心服务模块包括：
用户身份管理子模块，用于用户的身份注册、登记以及证书的发放；
共识服务子模块，用于负责交易的背书验证、打包排序和维护所述区块链系统账本一致性；
虚拟机子模块，用于负责智能合约的执行、更新和管理；以及
密码服务子模块，用于负责维护所述区块链系统的数据安全和交易安全。
3.根据权利要求1所述的基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统，其特征在于，所述IPFS、医院以及数据服务公司各自对应的peer组织包括：
记账节点，用于负责接收新的区块并更新账本；
背书节点，用于负责对发起的交易进行背书；
领导节点，用于负责从排序节点处接收共识后的交易并广播给组织内其他记账节点；以及
锚节点，用于负责组织间的通信。
4.根据权利要求1所述的基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统，其特征在于，所述PTC包括以下函数模块：
上传证明函数模块，用于上传存储证明到所述区块链系统的网络，其中所述上传证明函数模块被配置为由所述IPFS调用；以及
有效性证明函数模块，用于接收所述ACC的调用指令，发送患者共享的医疗数据对应的存储证明，并验证所述医疗数据有效性。
5.根据权利要求1所述的基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统，其特征在于，所述ACC包括被所述患者客户端调用进而执行相应操作的以下函数模块：
上传关键词密文函数模块，用于将共享的所述医疗数据对应的关键词密文上传至所述区块链系统，并且能够调用所述PTC来验证患者上传数据的有效性，在验证结果为有效时，将患者共享的所述医疗数据对应的关键词密文写入区块链系统；
上传对称密钥密文函数模块，用于将加密的医疗数据对应的对称密钥密文上传至所述区块链系统，并且在所述医疗数据上链前能够验证该医疗数据对应的关键词密文是否在链上，若验证结果为是，则将所述医疗数据对应的对称密钥密文写入区块链系统；
上传哈希地址函数模块，用于将共享的医疗数据存储在所述IPFS中的哈希地址上传至区块链，并且在上传之前能够验证该医疗数据对应的关键词密文和对称密钥密文是否在链上，若验证结果为是，则将该医疗数据对应的哈希地址写入区块链系统；以及
设置激励费用函数模块，用于设置共享的医疗数据的激励费用，其中所述激励费用包括患者的数据费用和区块链系统所在平台的服务费用。
6.根据权利要求1所述的基于IPFS和联盟链的医疗数据共享系统，其特征在于，所述ACC包括被所述使用者客户端调用进而执行相应操作的以下函数模块：
关键词密文查询函数模块，用于查询链上存储的关键词密文；
激励费用查询函数模块，用于查询目标医疗数据对应的激励费用；
账户检测函数模块，用于将费用转给患者指定的账户，并且能够检测使用者的账户余额是否充足、以及所述患者指定的账户和金额是否正确；以及
医疗数据获取函数模块，用于在数据使用者支付目标医疗数据对应的激励费用后获取目标医疗数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链智能合约的医疗数据共享系统，其特征在于，所述ISC包括以下函数模块：
转账函数模块，用于将所述区块链系统所在平台的服务费用转账到所述区块链系统中共识节点的账户，其中所述服务费用的分配比例被配置为与所述区块链系统所在平台的实际需求相关；以及
收益函数查询模块，用于查询所述区块链系统所在平台的收益情况。
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