CN115098894A

CN115098894A - 一种基于区块链的药品溯源与召回系统

Info

Publication number: CN115098894A
Application number: CN202210782011.4A
Authority: CN
Inventors: 朱西平; 赖宇; 龙文涛; 苏攀; 曹成健
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2022-06-22
Filing date: 2022-06-22
Publication date: 2022-09-23

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，涉及密码学领域，系统包括应用层，数据层，合约层，节点信誉层。所述系统功能包括查询区块链上存储的药品溯源信息，能将不合规药品进行自动召回；以信誉模型管理各节点信誉值，能够通过智能合约对参与节点进行自动奖惩；自动判断上传文件，是否为重复文件，将重复文件进行删除操作；通过智能合同，合法合规记录参与者，为整个生产和消费阶段的所有关键行为生成事件以及进行自动施行奖惩机制；本发明能提高药品信息的透明度，提高溯源系统的效率，最大化减少药品溯源数据存储费用。

Description

一种基于区块链的药品溯源与召回系统

技术领域

本发明涉及区块链与密码学领域，具体涉及是一种基于区块链的药品溯源与召回系统。

背景技术

在传统的药品供应链管理中，供应链系统和网络是以集中的系统架构构建和实施的，依赖于集中的权限；这些特点容易导致单点处理、存储和故障等问题，从而可能会受到产品记录恶意修改的影响，或是供应链上不诚实的参与者节点对系统组件的各种潜在攻击。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于区块链的药品溯源系统，以提高药品信息的透明度，提高溯源系统的效率，最大化减少溯源数据存储费用。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种基于区块链技术的药品溯源系统，包括：应用层、数据层，节点信誉层、合约层；其中，

应用层，使用以太坊作为公共区块链，主要用于用户注册，药品消费阶段监控，数据上传监控；只有有相关认定资格的企业用户能够加入应用层进行交易读取、发送需求交易等。

数据层，主要有三个功能：一是对用户上传文件首先进行收敛加密并进行重复性检测，将多余重复文件删除；二是，使用基于布隆过滤器的所有权证明，当上传文件为重复文件时，为了证明用户其真实拥有整个文件，要在用户和服务器之间执行BF-POW；在验证通过后用户只需要文件的标签信息就可以从IPFS中获取整个文件；三是，IPFS接收用户节点上传的大容量文件，并返回存储文件的哈希地址。

节点信誉层，通过历史评估数据和先验评分计算节点的局部信任值，然后计算更新后的全局信任值，最后将其存储在信任评估机制的区块链中。

合约层，包含注册智能合约，生产智能合约，消费智能合约，信誉智能合约。它们以预定程序，自动化执行相关操作。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明与传统溯源相比使用区块链技术提供了数据完整性和安全性的解决方案。

2.本发明与同样使用基于区块链的药品溯源相比，增加重复数据删除技术，减少冗余文件，提高系统效率，减少存储容量。

3.本发明与同样使用基于区块链的药品溯源相比，使用信誉模型管理各个参与节点，防止作恶节点对整个系统干扰。

附图说明

图1是本发明某一实施例提供的基于区块链技术的药品溯源系统的结构示意图；

图2是本发明某一实施例提供的基于区块链技术的药品溯源系统的应用层步骤示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例，对本发明进行详细描述，如图1所示，本发明提出了一种基于区块链的药品溯源系统，包括应用层，数据层，节点信誉层，合约层；该技术方案如下：

进一步地，如图2所示，应用层包括以下步骤：

S1：注册，食药监局注册授权制造商、分销商和医院/药房；此外，获授权的医院/药房将有资格注册处方医生和护士；一旦所有参与者注册，他们将在接下来的两个阶段获得预先授权的功能；

S2：生产，制造商负责生产药品，并将其信息存储在以太坊网络上，并将图像上传至IPFS；此外，分销商负责处理从制造商到医院/药房的药物交付过程。最后，医院/药房将确认收到药品批次；

S3：应用，医院/药房进入配药阶段，首先，处方医生存储患者所需的剂量，并通过以太坊地址识别患者，该地址不会透露患者的任何个人信息；接下来，护士将根据提供的处方给患者服用药物，服用药物的数量和患者以太坊地址等详细信息存储在以太坊网络上，并在IPFS上存储服用药物的图像。

节点信誉层：交易信任的建立主要是通过评级规则的制定。通过Honestpeer信誉模型进一步规范评分规则；节点在与其他供应链主体的交易中，不断积累数据，逐步扩大评价指标的范围，最终建立评分规则与评价指标的映射关系。

进一步地，Honestpeer信誉模型，节点信誉评估步骤包括：

计算本地信任，局部信任值也是直接信任值，是指节点i和j根据交易后的历史评估建立的信任度；通过使用等式(1)中所示的计算节点i对节点j的局部信任值；

S_ij＝sat(i,j)-unsat(i,j) (1)

预先信任节点p：

其中：

随后通过式(4)，找到最大信任节点h，和最大信任值t_h

如果诚实节点h在预先信任的节点集合p中，那么p中各节点在决定其他节点的信任值时仍然有很大影响力；但若诚实节点不在集合p中，p中各节点的影响力就会被减弱，诚实节点会发挥较高的影响力；所以最终得出如下信誉计算公式：

其中a为：

合约层，包含注册智能合约，生产智能合约，消费智能合约，信誉智能合约；它们以预定程序，自动化执行相关操作。

进一步地，所述各智能合约功能包括：

注册智能合约，该智能合约负责向系统中的参与者授予权限；它注册新的参与者，并将他们分配到特定的角色，从而允许他们根据新分配的角色访问受限的功能；

生产智能合约，该智能合同负责药物的制造和交付过程；首先，制造商必须生产受控药物批次；其次，分销商将控制药品批次交付给医院/药房；最后，医院/药房将确认收到受控药品批次；这一过程中的每一步都将被记录并存储在区块链上，必要时使用链外存储；

应用智能合约，该智能合约负责向患者提供药物，并处理不需要或未使用的药物；

信誉智能合约，基于信誉模型设计实现自动问责，并将以太坊区块链用作底层公共账本基础设施；该智能合约功能为：(i)如果节点履行其义务，则对其进行奖励；(ii)惩罚任何违反其责任的实体(iii)鼓励其他实体帮助审计和检查假定完全信任的TPA和假定诚实的参与者造成的潜在恶意行为；激励机制基于以太坊网络的支付功能，一般来说，每个数据用户需要支付调用请求功能和调用响应记录功能的费用；以此，设计了一种机制来惩罚不诚实的用户节点户的不当行为和恶意活动；为了实现这一目标，数据用户在注册阶段缴纳保证金；信誉智能合约能够调用检查功能检查可疑行为，如果合约发现恶意行为，合约自动进行罚款(扣除保证金)；没有保证金，相应实体不得在系统中操作/加入。

数据层，主要有三个功能：一是对用户上传文件首先进行收敛加密并进行重复性检测，将多余重复文件删除；二是，使用基于布隆过滤器的所有权证明，当上传文件为重复文件时，为了证明用户其真实拥有整个文件，要在用户和服务器之间执行BF-POW；在验证通过后用户只需要文件的标签信息就可以从IPFS中获取整个文件；三是，IPFS接收用户节点上传的大容量文件，并返回存储文件的哈希地址；

进一步的，数据层详细功能包括：

数据去重，用户首先使用收敛加密(CE)算法对敏感数据进行加密。由于CE的固有属性，具有相同数据的用户总是可以生成相同的加密密钥。通过使用相同的加密密钥，可以始终将相同的数据加密为相同的密文；然后，用户将其上载到区块链，区块链将存储的数据与新上载的数据进行比较；如果发现相同的数据，则表示相同的数据已存储在区块链中。最后，区块链不再存储新数据以节省存储空间；

数据确权，本发明数据确权，采用基于布隆过滤器的用户所有权证明(BF-POW)。客户端计算并上传文件f的哈希h_f；

进一步地，数据确权分为两种情况：

情况1：如果在关联数组A中找不到h_f，服务器将请求客户端上传文件并开始BF-POW初始化阶段；首先，创建Bloom过滤器，并将文件分割为大小相等的块；每个块生成令牌t，使用伪随机函数PRF：

将输出插入Bloom过滤器；最后将Bloom过滤器、文件和访问列表将插入到关联数组A中；

情况2：如果在关联数组A中找到h_f，则开始BF-POW的challenge阶段，服务器使用令牌t来使用伪随机函数PRF，调用相应块索引上的PRF，并检查每个输出字符串是否属于Bloom过滤器中；如果全部确认成功，服务器将认为PoW运行成功，并将文件f分配给客户端C；如果为全部确认，则认为PoW失败。如果客户端启动文件f的后续上载并正确响应服务器发送的challenge，则客户端的PoW是成功的；成功的PoW后，客户端合法地拥有并且可以稍后请求其下载。

数据存储，分散存储系统提供了一种低成本的链外存储来存储供应链交易数据，以确保所存储数据可靠性、可访问性和完整性；IPFS通过为上传文件生成唯一的哈希来维护数据的完整性，然后将不同上传文件的不同哈希存储在区块链上，并通过智能合约进行访问，任何上传文件发生的任何更改都会反映在关联的哈希中。

数据查询，当医院或者消费者购买到药品后，可以使用产品的标识码查询产品的溯源信息；查询过程中，系统将根据消费者提供的标识码从区块链中获取产品信息，查询成功后，将产品的原材料生产、产品加工、产品运输、产品销售等信息反馈给消费者。

当药品出现问题，可以依靠区块链中存储的详细溯源信息，对药物进行召回；

进一步地，药品召回流程具体为：

在产品召回的情况下，生产商负责召回所有有缺陷的药品批次。这一过程是通过公开调用一条消息来启动的，即生产商M已决定召回批次号为L的药物D；在药店、分销商和仓库确定其库存中的相应库存后，将向拥有该特定批次并需要召回该批次的卖方下合同订单；卖方在其库存中核实这一索赔，并通过清理库存和向买方补偿启动召回机制；重复此过程，直到生产商M从仓库收到所有有缺陷的药品。最后，生产商M自己决定在流程完成后如何处理召回的产品。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于区块链的药品溯源与召回系统其特征在于：

系统包括应用层，数据层，合约层，节点信誉层；

查询区块链上存储的药品溯源信息并能将不合规药品进行自动召回；

自动判断上传文件，是否为重复文件，将重复文件进行删除操作；

通过智能合同，合法合规记录参与者，为整个生产和消费阶段的所有关键行为生成事件以及进行自动施行奖惩机制；

集成了分布式链下存储来存储大容量内容。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，所述药品的溯源信息包括：生产原材料信息、加工产品信息、物流信息、销售产品信息；对不合规药品召回程序为：制造商进行召回过程，直到所有缺陷药品退回。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，所述应用层为使用以太坊作为公共区块链，主要用于用户注册，药品消费阶段监控，数据上传监控；只有有相关认定资格的企业用户能够加入应用层进行交易读取、发送需求交易等。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，所述数据层主要有三个功能：一是对用户上传文件首先进行重复性检测，将多余重复文件删除；二是，使用所有权证明，以证明用户其真实拥有整个文件；三是，数据存储，将经过去重文件上传IPFS服务器，并返回存储文件的哈希地址。

5.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，所述节点信誉层为Honestpeer信誉模型通过历史评估数据和先验评分计算节点的局部信任值，然后计算更新后的全局信任值，最后将其存储在信任评估机制的区块链中。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，所述合约层包含注册智能合约，生产智能合约，消费智能合约，信誉智能合约；它们以预定程序，自动化执行相关操作。

7.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，重复文件删除技术为收敛加密去重以及BF-POW确权。

8.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，智能合约为注册智能合约、生产智能合约、消费智能合约和信誉管理合约。

9.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的药品溯源与召回系统，其特征在于，所述分布式链下存储为星际文件系统(IPFS)，其存储内容为生产原材料信息、加工产品信息、物流信息、销售产品信息图片和文档文件。

10.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的问题药品召回方法，其特征在于，制造商检查其数据库，以确定市场上有缺陷的药品的数量，然后开始召回过程；分销商从药房收集有缺陷的药品，并通过仓库将其转发给制造商；一旦所有有缺陷的药品被退回给制造商，程序才结束。