CN114418753A - 一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法，使用了捐赠链、机构监管链、医院隐私链组成三层区块链，其中捐赠链为公链，机构监管链和医院隐私链为联盟链；每层负责不同的功能模块，对筹款平台的不同职能进行解耦；并且通过基于属性加密的技术，将星际文件系统(IPFS)作为患者敏感信息的存储系统来保护患者隐私；三条链均可通过访问控制获取储存在IPFS中的患者医疗信息：捐赠链中的捐赠者可以在IPFS中追踪其捐赠资金流向。机构监管链引入监管评估机构来审核信息真实性，医院隐私链负责加密保存患者的医疗信息；有效解决了重疾筹款平台管理混乱、缺少监管、捐赠资金不透明的问题。

Description

一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法
技术领域
本发明属于数据安全保护技术领域，具体是涉及一种基于三层区块链的受 监管重疾筹款方法。
背景技术
患者在得了重大疾病后，昂贵的治疗费用往往让患者望而却步，如何筹款 成了无数个患者家庭难以逃避的问题。随着互联网的发展，网上公益筹款平台 的诞生，使得不少患者选择在网上平台发布求助信息，通过众筹的方式筹集治 疗费用；然而，在公共平台上的求助，也使得一些患者的隐私面临暴露的风险。 同时，网上筹款平台种类繁杂，监管不力的乱象时有发生，用户也难以分辨求 助信息的真实性。
区块链是一种基于密码学、共识算法、点对点传输等技术的分布式账本， 具有不可篡改、可追溯、公开透明、共同维护等特征。按照去中心化程度的不 同，区块链被分为公有链、联盟链和私有链三种基本类型，每种类型对应着不 同的应用场景。
现有技术中也有利用区块链进行筹款的方法，如CN110264220A公开的一种 基于区块链的筹款方法，当检测到有用户就诊时，在区块链上为所用用户创建 区块链账号，获取用户的诊疗信息及财产信息，并将上述诊疗信息及财产信息 采用区块链加密技术记录到区块链节点上；当接收到筹款指令时，审核记录在 区块链节点上的诊疗信息及财产信息，并且当所述诊疗信息及财产信息通过审 核时，发布筹款信息，进一步提高筹款信息的真实性，有效杜绝虚假发布；但 其仅是将区块链与筹款方法结合并加入自动审核环节，所采用的是传统区块链 架构；其患者信息、筹款信息、消费信息等也只是传统区块链中将交易数据存 储在链上的方法，导致储存的信息繁杂，区块链上存储的数据量大，效率较低；对于患者信息的隐私保护仅使用了非对称加密，没有加入访问控制；筹款信息 审核上仅是对患者信息的自动审核，缺乏权威性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于三层区块链的受监管重疾筹 款方法，通过结合公有链、联盟链两种类型的区块链，提出了一种在保护隐私 的同时，引入政府、社会和参与者的监管，同时做到资金流向透明的重疾筹款 方案。
本发明所述的一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法，包含以下步骤：
步骤1、患者于当前医院就医，生成完整的医疗记录，患者的基础身份信 息和通过基于属性的加密方式加密的隐私信息以Hash链的逻辑结构存储在 IPFS中，其医疗记录在IPFS中的存储地址将会同时上传到医院监管链中保存；
步骤2、选择通过网上求助的方式来筹集治疗资金的患者，通过医院隐私 链平台提交智能合约，制定患者所需的筹款金额及需要公布的病情信息，将其 医疗记录提交至机构监管链上等待审核；
步骤3、机构监管链中各地区不同职能的监管评估机构通过访问控制，获 取患者的隐私信息，对患者的真实情况进行评估，评估通过后对该交易签名； 只有得到规定数量的多个不同职能的监管评估机构签名的求助信息才能通过审 核，并通过智能合约自动提交到捐赠链；
步骤4、捐赠链中使用基于贡献度的改进PBFT共识算法由捐赠者组成的共 识节点维护区块链，同时捐赠者在捐赠链上查看求助信息，选择想要资助的对 象进行捐款；
步骤5、患者在医院的后续消费记录将被存储在IPFS中，形成一条逻辑上 的Hash链。
进一步的，步骤1的具体内容为：
步骤1.1、初始化：可信密钥分发中心(KDC)执行随机算法，初始化公 共参数ε，生成公开密钥PK与主密钥MK；
(PK，MK)＝Setup(ε)；
步骤1.2、生成密钥：在CP-ABE算法中输入MK与属性集U为用户生成私 钥SK：
SK＝KeyGen(MK，U)；
步骤1.3、患者于当前医院就医，医生将患者的基础信息base_data存储至IPFS中，患者的基础信息在IPFS中的存储地址为唯一的Hash地址addrbase：
addrbase＝Hash(base_data)
这个地址也将作为患者的唯一身份标识；
步骤1.4、对患者隐私信息加密：医生选取需要存储的患者个人隐私信息 EHR，同时，访问控制结构T由筹款平台根据患者当前就医医院所在辖区内的 监管评估机构属性集自动生成，医生将PK，EHR，T提交至CP-ABE加密算法， 由CP-ABE的加密算法生成密文：
CTEHR＝Encrypt(PK，EHR，T)
只有符合访问控制策略T的监管评估机构才可以解密密文CTEHR，从而审查 该患者的隐私信息；
步骤1.5、筹款平台调用医院隐私链中查询功能的智能合约，获取其最近一 次就医储存的隐私信息在IPFS内的Hash地址addrpreEHR，并调用存储算法将 密文与addrpreEHR存储在IPFS中，IPFS成功存储后，返回存储当前就医信息数 据的Hash地址addrcurrEHR：
addrcurrEHR＝Hash(addrpreEHR，CTEHR)；
步骤1.6、此时将步骤1.3得到的addrbase与步骤1.5得到的addrpreEHR和 addrcurr组成的交易TxEHR如下：
TxEHR＝{addrbase|addrpreEHR|addrcurrEHR}
在得到TxEHR后，系统调用存储功能的智能合约，将此条交易信息提交到 医院隐私链上；
步骤1.7、医院隐私链通过PBFT共识算法将该患者的TxEHR上链保存；
步骤1.8、该患者的所有医疗信息通过在医院隐私链上每条交易写入的 addrpreEHR与addrcurrEHR，链接成一条逻辑上由Hash指针连接的Hash链，该 链储存着该患者至今的所有医疗信息。
进一步的，步骤2的具体内容为：
步骤2.1、患者在医院隐私链上发起智能合约，制定求助金额以及需要在捐 赠链上公布的病情信息msg；
步骤2.2、智能合约查询患者在区块链上储存的最近一条交易，查询成功则 返回IPFS中存储该患者基础信息的地址、最后一条记录的上一条记录地址以及 最近一条记录的地址：addrbase，addrpreEHR，addrlastEHR；
步骤2.3、筹款平台系统将患者的求助信息msg与addrbase保存在IPFS中， IPFS保存成功后，返回此条求助信息在IPFS上的Hash地址addrhelp：
addrhelp＝Hash(addrbase，msg)；
步骤2.4、此时将步骤2.2得到的addrbase，addrpreEHR，addrlastEHR与步骤 2.3得到的addrhelp组成的交易Txsubmit如下：
Txsubmit＝{addrbase|addrpreEHR|addrlastEHR|addrhelp}；
步骤2.5、筹款平台系统将该患者的Txsubmit信息上传至监管链等待相关监 督评估机构审核。
进一步的，步骤3的具体内容为：
步骤3.1、机构监管链通过PBFT共识将Txsubmit上链；
步骤3.2、患者上传到机构监管链的求助信息触发智能合约，当地的不同职 能的监管评估机构在监管链上查看待审核的求助信息；
步骤3.3、监管评估机构通过addrlastEHR向前查询每一条addrpreEHR直至查 询到addrbase，从而获取患者在IPFS上的所有信息及密文；
步骤3.4、监管评估机构使用公钥PK和拥有其属性的私钥SK，对密文 CTEHR执行CP-ABE解密算法获得明文EHR：
EHR＝Decrypt(PK，SK，CTEHR)；
步骤3.5、不同的监管评估机构对患者的敏感信息分别进行审核，若患者的 情况与其提交的求助信息相符合，则分别对该条求助信息进行签名check；
步骤3.6、通过审核后，提交至多重签名智能合约，得到规定数量的多个不 同职能的监管评估机构签名的申请信息则通过审核；
步骤3.7、满足多重签名条件的申请由筹款平台将患者基础信息地址 addrbase、求助信息地址addrhelp、监督机构的签名集CHECK组成的：
Txhelp＝{addrbase|addrhelp|CHECK}
上传至捐赠链，等待共识节点达成共识后上链。
进一步的，步骤4的具体内容为：
步骤4.1、当捐赠链中的节点不足N个时，采用基础的PBFT共识算法维护 区块链；当节点数超过N时，以天数d为一个共识周期，每轮选取N个共识节点 参与整条链的共识；
步骤4.2、在每轮的共识中，每次当参与共识的共识节点达成共识后，将共 识广播至所有节点，不负责参与共识的普通节点接受该条共识，以达到整条捐 赠链的共识；
步骤4.3、在当前轮次结束后依据每个节点的共识成功次数 consensussuccess及总共识次数Consensustotal对参与共识的共识节点进行评分：
Figure BDA0003396354290000051
步骤4.4、依据得分Score，排名最后的n(n≤N)个共识节点将在下一轮共 识中被淘汰，同时在所有普通节点中通过贡献系数K筛选出高效、可信任的节 点与此轮中未被淘汰的的高效、稳定的共识节点进行下一轮的PBFT共识；
步骤4.5、捐赠链中用户的捐赠行为代表着该节点在区块链中的活跃度，将 用户的捐献金额m以及历次参与共识的得分Score作为依据，从而筛选节点作为 公链的共识节点来维护整条捐赠链；每轮共识结束后，计算该轮次产生捐赠行 为的节点的贡献系数K：
Figure BDA0003396354290000052
α为控制两个指标在贡献系数中所占权重，l为预先设定的参与共识的捐款 最低值；根据对数函数的性质，若该轮共识中捐赠金额m＜l时，
Figure BDA0003396354290000061
为负数， 被选为共识节点的几率降低；当捐助金额m＞l时，起初捐助金额m的增加对于 贡献值K的提高显著，但随着m越大，对数函数越平缓，捐助金额的增加对
Figure BDA0003396354290000062
的值的增加影响越小，表示节点稳定性的评分Score将越重要；
步骤4.6、当一轮共识结束后，根据普通节点的K值，在K值排名前 s(n≤s)的节点中随机选取n个节点替换此轮淘汰的共识节点；
步骤4.7、求助信息上链后，筹款平台系统通过公链上的 Txhelp＝{addrbase|addrhelp|CHECK}
验证监督机构的签名，通过验证则去IPFS上获取患者的求助信息，捐赠者 查看这些信息，选择自己想要捐助的对象；
步骤4.8、筹款成功后，参与筹款的用户和筹款金额将以键值对的形式保存， 并与addrhelp储存在IPFS中，其地址为：
addrdonate＝Hash(donate_data，addrhelp)。
进一步的，步骤5的具体内容为：
步骤5.1、受捐赠的患者在产生治疗费用后，筹款平台系统将其在医院中产 生的消费记录F与包含捐赠者属性的访问控制结构T′，以及PK提交至加密算法， 由CP-ABE加密算法生成密文：
CTconsume＝Encrypt(PK，F，T′)；
同时筹款平台系统调用医院联盟链中查询功能的智能合约获取该患者最近 一次就医存储的消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrpreCon和患者基础信息 地址addrbase，并调用存储算法将密文CTconsume与addrpreCon存储在IPFS中， IPFS成功存储后，返回此条消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrcurrCon：
addrcurrCon＝Hash(addrpreCon，CTconsume)；
步骤5.2，此时将步骤5.1得到的患者基础信息地址addrcurrCon、最近一次 就医存储的消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrpreCon和当前消费信息在 IPFS内存储的Hash地址addrcurrCon组成的交易Txconsume如下：
Txconsume＝{addrbase|addrpreCon|addrcurrCon}
系统调用存储功能的智能合约，将此Txconsume存储到医院隐私链上；
步骤5.3、医院隐私链上每条交易写入的addrpreCon与addrcurrCon，链接成一条 逻辑上由Hash指针连接的Hash链，与患者医疗信息组成了一条双链。
本发明所述的有益效果为：1.建立捐赠链、机构监管链、医院隐私链三条 区块链，通过捐赠链筹款，监管链审核信息真实性，隐私链保护患者隐私；每 条链履行重疾筹款场景中所需要的不同职能，对当前重疾筹款平台存在的痛点 问题提出了有效的解决方案；
2.患者的所有医疗信息存储在IPFS中，医院隐私链只存储其医疗信息的 Hash地址，有效减少了隐私链的存储压力，保证了隐私链的高效、稳定运行。 且三条链皆可访问IPFS，有利于数据在三条区块链间的高效存储与读取；
3.将存储在IPFS中的当前患者医疗信息与其之前的医疗信息用Hash地址 链接，组成一条逻辑上的Hash链，并将Hash链通过交易的形式存储在隐私链 中，使患者的医疗信息在各医院间共享并且可追溯，不可篡改；
4.使用基于属性加密的方法进行访问控制，确保患者的隐私信息不被泄露；
5.在捐赠链中使用了基于各节点贡献度的改进PBFT共识算法，通过贡献 度筛选共识节点维护整条区块链，并按规定时间轮换共识节点，保证了捐赠链 的高效、安全运行；
6.捐赠者可以通过IPFS及控制访问机制追踪自己的捐赠资金流向，保证了 筹款平台的资金流向透明。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为系统模型图；
图2为区块链架构图；
图3为方案流程图；
图4为交易TxEHR结构图；
图5一位患者的医疗记录Hash链逻辑结构图；
图6为Txsubmit结构图；
图7为Txhelp结构图；
图8为Txconsume结构图；
图9为一位患者的医疗记录及消费记录双Hash链逻辑结构图。
具体实施方式
本发明中的重要术语及约束定义如下：
密文策略的属性加密(CP-ABE)：一种细粒度访问控制方法。密文对应于 一个访问结构，密钥对应于一个属性集合，当属性集合中的属性能够满足此访 问结构时，可以将密文解密成明文。
星际文件系统(IPFS)：全称为InterPlanetary File System，一种网络传输 协议。其最初由Juan Benet设计，自2014年开始由Protocol Labs在开源社区的 帮助下发展。IPFS网络中的节点构成一个对等的分布式文件系统，通过文件内 容生成独立哈希值来标识文件，而不是通过文件保存位置来标识。相同内容的 文件在系统中只会存在一份，从而节约存储空间。
PBFT共识机制(Practical Byzantine Fault Tolerance)：即实用拜占庭容错 算法，由Miguel Castro和Barbara Liskov在1999年提出。是面向拜占庭问题的 容错算法，解决的是在通信中可靠但节点可能故障情况下如何达成共识。在 PBFT算法中，至多可以容忍不超过系统全部节点数量的三分之一的拜占庭节点， 即如果超过三分之二的节点正常，整个系统就可以正常工作。
智能合约(Smart Contract)：1995年，由密码学家Szabo提出智能合约 这一概念。智能合约是一种计算机协议，在协议制定和部署后，不需要外加人 为干预，即可实现自我执行和自我验证。从技术角度来说，智能合约可以被看 作一种计算机程序，这种程序可以自主地执行全部或部分和合约相关的操作， 并产生相应的可以被验证的证据，来说明执行合约操作的有效性。
本发明所描述的方案包含以下七个实体：
可信密钥分发中心(KDC)：作为可信的第三方密钥分发中心，生成公共 参数，为各成员分发私钥。
医院隐私链：由各家医院组成的联盟链，采用PBFT共识机制。储存着患 者基本信息与医疗记录在IPFS上的Hash地址，在患者接受捐赠后，储存患者 消费记录在IPFS上的Hash地址。
机构监管链：由全国各地区不同职能的监管评估机构组成的联盟链，采用 PBFT共识机制，记录着患者发起的求助信息和医疗记录在IPFS上的Hash地址。
捐赠链：公链，通过基于贡献度的改进PBFT共识算法筛选的共识节点维 护区块链。捐赠者可以在该链上查看通过审核的患者申请信息并捐款，并能通 过访问控制追踪自己的捐赠资金流向。
星际文件系统(IPFS)：存储患者的基础信息、医疗信息的密文以及受捐 助后的消费记录密文；三条区块链可以通过访问控制从中获取数据。
患者：患者的医疗记录将由医院隐私链记录，需要通过网上筹款的患者将 自己的求助信息提交到机构监管链上，通过审核则会在捐赠链发布，以筹集资 金。
捐赠者：在捐赠链上选择想要捐助的患者，并可以通过访问控制获取自己 的捐赠资金流向。
本发明提出了一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法，如图1-3所示， 所述方法包括以下步骤：
步骤1、患者A于当前医院就医，生成完整的医疗记录；患者的基础身份 信息和通过基于属性的加密方式加密的隐私信息以Hash链的逻辑结构存储在 IPFS中，其医疗记录在IPFS中的存储地址将会同时上传到医院监管链中保存； 具体实施步骤如下：
步骤1.1、初始化：可信密钥分发中心(KDC)执行随机算法，初始化公 共参数ε，生成公开密钥PK与主密钥MK；
(PK，MK)＝Setup(ε)；
步骤1.2、生成密钥：本访问控制方案的参与方有：KDC、医院联盟链中 各家医院、权威监管链中的各监管机构、参与捐款的捐赠者。在CP-ABE算法 中输入MK与属性集U为用户生成私钥SK：
SK＝KeyGen(MK，U)；
步骤1.3、患者A于当前医院就医，医生将患者A的基础信息base_data存 储至星际文件系统(IPFS)中；由于IPFS中相同内容的数据只对应同一个 Hash地址，所以无论该患者是否曾就医过，其基础信息在IPFS中的存储地址 都为唯一的Hash地址addrbase：
addrbase＝Base58(MutiHash(SHA256(base_data)))；
这个地址也将作为患者A的唯一身份标识；
步骤1.4、对患者隐私信息加密：医生选取需要存储的患者个人隐私信息 EHR，同时，访问控制结构T由筹款平台根据患者当前就医医院所在辖区内的 监管评估机构属性集自动生成；医生将PK，EHR，T提交至CP-ABE加密算法， 由CP-ABE的加密算法生成密文：
CTEHR＝Encrypt(PK，EHR，T)；
只有符合访问控制策略T的监管评估机构才可以解密密文CTEHR，从而审查 该患者的隐私信息；
步骤1.5、筹款平台系统调用医院隐私链中查询功能的智能合约，获取其最 近一次就医储存的隐私信息在IPFS内的Hash地址addrpreEHR，并调用存储算 法将密文与addrpreEHR存储在IPFS中，IPFS成功存储后，返回存储当前就医信 息数据的Hash地址addrcurrEHR：
addrcurrEHR＝Base58(MutiHash(SHA256(addrpreEHR，CTEHR)))；
步骤1.6、如图4所示，此时将步骤1.3得到的addrbase与步骤1.5得到的 addrpreEHR和addrcurr组成的交易TxEHR如下：
TxEHR＝{addrbase|addrpreEHR|addrcurrEHR}
在得到TxEHR后，系统调用存储功能的智能合约，将此条交易信息提交到 医院隐私链上；
步骤1.7、医院隐私链通过PBFT共识算法将该患者的TxEHR上链保存；
步骤1.8、如图5所示，该患者的所有医疗信息，通过在医院隐私链上每条 交易写入的addrpreEHR与addrcurrEHR，链接成一条逻辑上由Hash指针连接的 Hash链，该链储存着该患者至今的所有医疗信息。由于区块链的特征，这些医 疗信息不可伪造，不可篡改，同时监管机构只需要获得该患者在IPFS存储的最 后一条数据addrlastEHR便可追溯该患者的所有医疗记录。
步骤2、选择通过网上求助的方式来筹集治疗资金的患者A，需要通过医 院隐私链平台提交智能合约，制定自己的筹款金额，及需要公布的病情信息， 将自己的医疗记录提交至机构监管链上等待审核；具体实施步骤如下：
步骤2.1、患者A在医院隐私链上发起智能合约，制定自己的求助金额以 及需要在捐赠链上公布的病情信息msg；
步骤2.2、智能合约查询患者A在区块链上储存的最近一条交易，查询成 功则返回IPFS中存储该患者基础信息的地址、最后一条记录的上一条记录地址 以及最近一条记录的地址：addrbase，addrpreEHR，addrlastEHR；
步骤2.3、筹款平台系统将患者A的求助信息msg与addrbase保存在IPFS 中，IPFS保存成功后，返回此条求助信息在IPFS上的Hash地址addrhelp：
addrhelp＝Base58(MutiHash(SHA256(addrbase，msg)))；
步骤2.4、如图6所示，此时将步骤2.2得到的
addrbase，addrpreEHR，addrlastEHR与步骤2.3得到的addrhelp组成的交易 Txsubmit如下：
Txsubmit＝{addrbase|addrpreEHR|addrlastEHR|addrhelp}；
步骤2.5、筹款平台系统将该患者的Txsubmit信息上传至监管链等待相关监 督评估机构审核。
步骤3，机构监管链中的各地区的监管评估机构，如：政府机构、红十字会、 资产评估机构等，通过访问控制，获取患者A的隐私信息，对患者A的真实情 况，如：病例、资产状况进行评估，评估通过后对该交易签名；只有得到规定 数量的多个不同职能的监管评估机构签名的求助信息才能通过审核，并通过智 能合约自动提交到捐赠链；具体实施步骤如下：
步骤3.1、机构监管链通过PBFT共识将Txsubmit上链；
步骤3.2、上传到机构监管链的求助信息触发智能合约，当地的红十字会、 政府监管机构、资产评估机构等不同职能的监管评估机构在监管链上查看待审 核的求助信息；
步骤3.3、监管评估机构通过addrlastEHR向前查询每一条addrpreEHR直至查 询到addrbase，从而获取患者A在IPFS上的所有信息及密文；
步骤3.4、监管评估机构使用公钥PK和拥有其属性的私钥SK，对密文 CTEHR执行CP-ABE解密算法获得明文EHR：
EHR＝Decrypt(PK，SK，CTEHR)；
步骤3.5、不同的监管评估机构对患者A的敏感信息，如身份，资产状况， 病情等分别进行审核，若患者A的情况与其提交的求助信息相符合，则对该条 求助信息进行签名check；
步骤3.6、通过审核后，提交至多重签名智能合约，得到规定数量的多个不 同职能的监管评估机构签名的申请信息则通过审核；
步骤3.7、如图7所示，满足多重签名条件的申请由筹款平台系统将患者A 基础信息地址addrbase、求助信息地址addrhelp、监督机构的签名集CHECK组成：
Txhelp＝{addrbase|addrhelp|CHECK}
上传至捐赠链，等待共识节点达成共识后生成区块。
步骤4、捐赠链中使用基于贡献度的改进PBFT共识算法，由捐赠者组成共 识节点维护区块链，同时捐赠者在捐赠链上查看求助信息，选择想要资助的对 象进行捐款；具体实施步骤如下：
步骤4.1、当捐赠链中的节点不足N个时，采用基础的PBFT共识算法维护 区块链。当节点数超过N时，以天数d为一个共识周期，每轮选取N个共识节点 参与整条链的共识；
步骤4.2、在每轮的共识中，每次当参与共识的共识节点达成共识后，将共 识广播至所有节点，不负责参与共识的普通节点接受该条共识，以达到整条捐 赠链的共识；
步骤4.3、在当前轮次结束后依据每个节点的共识成功次数 Consensussuccess及总共识次数consensustotal对参与共识的共识节点进行评分：
Figure BDA0003396354290000131
步骤4.4、依据得分Score，排名最后的n(n≤N)个共识节点将在下一轮共 识中被淘汰，同时在所有普通节点中通过贡献系数K筛选出高效、可信任的节 点与此轮中留下未被淘汰的的高效、稳定的共识节点进行下一轮的PBFT共识； 其中，高效可信任的普通节点由贡献系数K筛选，K值高，则更加高效、可信 任；
步骤4.5、捐赠链中用户的捐赠行为代表着该节点在区块链中的活跃度，本 方案中将用户的捐献金额m以及历次参与共识的得分Score作为依据，从而筛选 节点作为公链的共识节点来维护整条捐赠链；每轮共识结束后，计算该轮次产 生捐赠行为的节点的贡献系数K：
Figure BDA0003396354290000132
其中，α控制两个指标在贡献系数中所占权重，l为预先设定的参与共识的 捐款最低值；根据对数函数的性质，若该轮共识中捐赠金额m＜l时，
Figure BDA0003396354290000133
为 负数，被选为共识节点的几率降低；当捐助金额m＞l时，起初捐助金额m的增 加对于贡献值K的提高显著；但随着m越大，对数函数越平缓，捐助金额的增加 对
Figure BDA0003396354290000134
的值的增加影响越小，表示节点稳定性的评分Score将越重要；
步骤4.6、当一轮共识结束后，根据普通节点的K值，在K值排名前 s(n≤s)的节点中随机选取n个节点替换此轮淘汰的共识节点；
步骤4.7、求助信息上链后，筹款平台系统通过公链上的 Txhelp＝{addrbase|addrhelp|CHECK}验证监督机构的签名，通过验证则去IPFS 上获取患者A的求助信息，捐赠者查看这些信息，选择自己想要捐助的对象；
步骤4.8、筹款成功后，参与筹款的用户和筹款金额将以键值对的形式保存， 并与addrhelp储存在IPFS中，其地址为：
addrdonatr＝Base58(MutiHash(SHA256(donate_data，addrhelp)))。
步骤5、患者在医院的后续消费记录将被存储在IPFS中，形成一条逻辑上 的Hash链，该链记录了该患者的求助信息、捐赠者捐助信息和患者的消费记录； 消费记录在IPFS中的存储地址将被会记入医院联盟链，捐赠者可以查看患者在 医院的消费情况，追踪自己的资金流向；具体实施步骤为：
步骤5.1、受捐赠的患者A在产生治疗费用后，筹款平台系统将其在医院 中产生的消费记录F与包含捐赠者属性的访问控制结构T′，以及PK提交至加密 算法，由CP-ABE加密算法生成密文：CTconsume＝Encrypt(PK，T，T′)；同时筹 款平台系统调用医院联盟链中查询功能的智能合约获取该患者最近一次就医存 储的消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrpreCon和患者基础信息地址 addrbase，并调用存储算法将密文CTconsume与addrpreCon存储在IPFS中，IPFS 成功存储后，返回此条消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrcurrCon：
addrcurrCon＝Base58(MutiHash(SHA256(addrpreCon，CTconsume)))；
步骤5.2、如图8所示，此时将步骤5.1得到的者基础信息地址addrcurrCon、 最近一次就医存储的消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrpreCon和当前消费 信息在IPFS内存储的Hash地址addrcurrCon组成的交易Txconsume如下：
Txconsume＝{addrbase|addrpreCon|addrcurrCon}
系统调用存储功能的智能合约，将此Txconsume存储到医院隐私链上；
步骤5.3、如图9所示，医院隐私链上每条交易写入的addrpreCon与 addrcurrCon，链接成一条逻辑上由Hash指针连接的Hash链，与患者医疗信息 组成了一条双链。由于区块链的特征，这些医疗信息及消费信息不可伪造，不 可篡改；患者A在收到捐赠后的每一笔治疗费用，都将存储在区块链中。捐赠 者可以通过访问控制追踪到自己捐款资金的流向。
本发明使用了捐赠链、机构监管链、医院隐私链组成三层区块链，其中捐 赠链为公链，机构监管链和医院隐私链为联盟链；每层负责不同的功能模块， 对筹款平台的不同职能进行解耦；并且通过基于属性加密的技术，将星际文件 系统(IPFS)作为患者敏感信息的存储系统来保护患者隐私。三条链均可通过 访问控制获取储存在IPFS中的患者医疗信息：捐赠链中的捐赠者可以在IPFS 中追踪其捐赠资金流向。机构监管链引入监管评估机构来审核信息真实性，医 院隐私链负责加密保存患者的医疗信息。有效解决了重疾筹款平台管理混乱、 缺少监管、捐赠资金不透明的问题。
以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是 利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、患者于当前医院就医，生成完整的医疗记录，患者的基础身份信息和通过基于属性的加密方式加密的隐私信息以Hash链的逻辑结构存储在IPFS中，其医疗记录在IPFS中的存储地址将会同时上传到医院监管链中保存；
步骤2、选择通过网上求助的方式来筹集治疗资金的患者，通过医院隐私链平台提交智能合约，制定患者所需的筹款金额及需要公布的病情信息，将其医疗记录提交至机构监管链上等待审核；
步骤3、机构监管链中各地区不同职能的监管评估机构通过访问控制，获取患者的隐私信息，对患者的真实情况进行评估，评估通过后对该交易签名；只有得到规定数量的多个不同职能的监管评估机构签名的求助信息才能通过审核，并通过智能合约自动提交到捐赠链；
步骤4、捐赠链中使用基于贡献度的改进PBFT共识算法由捐赠者组成的共识节点维护区块链，同时捐赠者在捐赠链上查看求助信息，选择想要资助的对象进行捐款；
步骤5、患者在医院的后续消费记录将被存储在IPFS中，形成一条逻辑上的Hash链。
2.根据权利要求1所述的一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法，其特征在于，步骤1的具体内容为：
步骤1.1、初始化：可信密钥分发中心执行随机算法，初始化公共参数ε，生成公开密钥PK与主密钥MK；
(PK，MK)＝Setup(ε)；
步骤1.2、生成密钥：在CP-ABE算法中输入MK与属性集U为用户生成私钥SK：
sK＝KeyGen(MK，U)；
步骤1.3、患者于当前医院就医，医生将患者的基础信息base_data存储至IPFS中，患者的基础信息在IPFS中的存储地址为唯一的Hash地址addrbase：
addrbase＝Hash(base_data)
这个地址也将作为患者的唯一身份标识；
步骤1.4、对患者隐私信息加密：医生选取需要存储的患者个人隐私信息EHR，同时，访问控制结构T由筹款平台根据患者当前就医医院所在辖区内的监管评估机构属性集自动生成，医生将PK，EHR，T提交至CP-ABE加密算法，由CP-ABE的加密算法生成密文：
CTEHR＝Encrypt(PK，EHR，T)
只有符合访问控制策略T的监管评估机构才可以解密密文CTEHR，从而审查该患者的隐私信息；
步骤1.5、筹款平台调用医院隐私链中查询功能的智能合约，获取其最近一次就医储存的隐私信息在IPFS内的Hash地址addrpreEHR，并调用存储算法将密文与addrpreEHR存储在IPFS中，IPFS成功存储后，返回存储当前就医信息数据的Hash地址addrcurrEHR：
addrcurrEHR＝Hash(addrpreEHR，CTEHR)；
步骤1.6、此时将步骤1.3得到的addrbase与步骤1.5得到的addrpreEHR和adarcurr组成的交易TxEHR如下：
TxEHR＝{addrbase|addrpreEHR|addrcurrEHR}
在得到TxEHR后，系统调用存储功能的智能合约，将此条交易信息提交到医院隐私链上；
步骤1.7、医院隐私链通过PBFT共识算法将该患者的TxEHR上链保存；
步骤1.8、该患者的所有医疗信息通过在医院隐私链上每条交易写入的addrpreEHR与addrcurrEHR，链接成一条逻辑上由Hash指针连接的Hash链，该链储存着该患者至今的所有医疗信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方法，其特征在于，步骤2的具体内容为：
步骤2.1、患者在医院隐私链上发起智能合约，制定求助金额以及需要在捐赠链上公布的病情信息msg；
步骤2.2、智能合约查询患者在区块链上储存的最近一条交易，查询成功则返回IPFS中存储该患者基础信息的地址、最后一条记录的上一条记录地址以及最近一条记录的地址：addrbase，addrpreEHR，addrlastEHR；
步骤2.3、筹款平台系统将患者的求助信息msg与addrbase保存在IPFS中，IPFS保存成功后，返回此条求助信息在IPFS上的Hash地址addrhelp：
addrhelp＝Hash(addrbase，msg)；
步骤2.4、此时将步骤2.2得到的addrbase，addrpreEHR，addrlastEHR与步骤2.3得到的addrhelp组成的交易Txsubmit如下：
Txsubmit＝{addrbase|addrpreEHR|addrlastEHR|addrhelp}；
步骤2.5、筹款平台系统将该患者的Txsubmit信息上传至监管链等待相关监督评估机构审核。
4.根据权利要求1所述的一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方案，其特征在于：步骤3的具体内容为：
步骤3.1、机构监管链通过PBFT共识将Txsubmit上链；
步骤3.2、患者上传到机构监管链的求助信息触发智能合约，当地的不同职能的监管评估机构在监管链上查看待审核的求助信息；
步骤3.3、监管评估机构通过addrlastEHR向前查询每一条addrpreEHR直至查询到addrbase，从而获取患者在IPFS上的所有信息及密文；
步骤3.4、监管评估机构使用公钥PK和拥有其属性的私钥SK，对密文CTEHR执行CP-ABE解密算法获得明文EHR：
EHR＝Decrypt(PK，SK，CTEHR)；
步骤3.5、不同的监管评估机构对患者的敏感信息分别进行审核，若患者的情况与其提交的求助信息相符合，则分别对该条求助信息进行签名check；
步骤3.6、通过审核后，提交至多重签名智能合约，得到规定数量的多个不同职能的监管评估机构签名的申请信息则通过审核；
步骤3.7、满足多重签名条件的申请由筹款平台将患者基础信息地址addrbase、求助信息地址addrhelp、监督机构的签名集CHECK组成的：
Txhelp＝{addrbase|addrhelp|CHECK}
上传至捐赠链，等待共识节点达成共识后上链。
5.根据权利要求1所述的一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方案，其特征在于：步骤4的具体内容为：
步骤4.1、当捐赠链中的节点不足N个时，采用基础的PBFT共识算法维护区块链；当节点数超过N时，以天数d为一个共识周期，每轮选取N个共识节点参与整条链的共识；
步骤4.2、在每轮的共识中，每次当参与共识的共识节点达成共识后，将共识广播至所有节点，不负责参与共识的普通节点接受该条共识，以达到整条捐赠链的共识；
步骤4.3、在当前轮次结束后依据每个节点的共识成功次数Consensussuccess及总共识次数consensustotal对参与共识的共识节点进行评分：
Figure FDA0003396354280000041
步骤4.4、依据得分Score，排名最后的n(n≤N)个共识节点将在下一轮共识中被淘汰，同时在所有普通节点中通过贡献系数K筛选出高效、可信任的节点与此轮中未被淘汰的的高效、稳定的共识节点进行下一轮的PBFT共识；
步骤4.5、捐赠链中用户的捐赠行为代表着该节点在区块链中的活跃度，将用户的捐献金额m以及历次参与共识的得分Score作为依据，从而筛选节点作为公链的共识节点来维护整条捐赠链；每轮共识结束后，计算该轮次产生捐赠行为的节点的贡献系数K：
Figure FDA0003396354280000051
α为控制两个指标在贡献系数中所占权重，l为预先设定的参与共识的捐款最低值；根据对数函数的性质，若该轮共识中捐赠金额m＜l时，
Figure FDA0003396354280000052
为负数，被选为共识节点的几率降低；当捐助金额m＞l时，起初捐助金额m的增加对于贡献值K的提高显著，但随着m越大，对数函数越平缓，捐助金额的增加对
Figure FDA0003396354280000053
的值的增加影响越小，表示节点稳定性的评分Score将越重要；
步骤4.6、当一轮共识结束后，根据普通节点的K值，在K值排名前s(n≤s)的节点中随机选取n个节点替换此轮淘汰的共识节点；
步骤4.7、求助信息上链后，筹款平台系统通过公链上的Txhelp＝{addrbase|addrhelp|CHECK}
验证监督机构的签名，通过验证则去IPFS上获取患者的求助信息，捐赠者查看这些信息，选择自己想要捐助的对象；
步骤4.8、筹款成功后，参与筹款的用户和筹款金额将以键值对的形式保存，并与addrhelp储存在IPFS中，其地址为：
addrdonate＝Hash(donate_data，aaarhelp)。
6.根据权利要求1所述的一种基于三层区块链的受监管重疾筹款方案，其特征在于：步骤5的具体内容为：
步骤5.1、受捐赠的患者在产生治疗费用后，筹款平台系统将其在医院中产生的消费记录F与包含捐赠者属性的访问控制结构T′，以及PK提交至加密算法，由CP-ABE加密算法生成密文：
CTconsume＝Encrypt(PK，F，T′)；
同时筹款平台系统调用医院联盟链中查询功能的智能合约获取该患者最近一次就医存储的消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrpreCon和患者基础信息地址addrbase，并调用存储算法将密文CTconsume与addrpreCon存储在IPFS中，IPFS成功存储后，返回此条消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrcurrCon：
addrcurrCon＝Hash(addrpreCon，CTconsume)；
步骤5.2，此时将步骤5.1得到的患者基础信息地址addrcurrCon、最近一次就医存储的消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrpreCon和当前消费信息在IPFS内存储的Hash地址addrcurrcon组成的交易Txconsume如下：
Txconsume＝{addrbase|addrprecon|addrcurrcon}
系统调用存储功能的智能合约，将此Txconsume存储到医院隐私链上；
步骤5.3、医院隐私链上每条交易写入的addrpreCon与addrcurrCon，链接成一条逻辑上由Hash指针连接的Hash链，与患者医疗信息组成了一条双链。
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