金維（通信作者），王薇，姚正，王漢唐，倪林，吳濤，王金敖，馮向明，嚴(yán)東明，談立峰

1 江蘇省衛(wèi)生監(jiān)督所 （江蘇南京 210008）；2 江蘇東智數(shù)據(jù)技術(shù)股份有限公司（江蘇南京 210008）；3 鹽城市衛(wèi)生監(jiān)督所 （江蘇鹽城 224000）；4 常州市衛(wèi)生監(jiān)督所 （江蘇常州 213000）

黨的十八大以來，社會(huì)信用體系建設(shè)得到高度重視，國家宏觀戰(zhàn)略層面的重要論述和重大部署為體系建設(shè)的推進(jìn)指明了方向[1]。為建立良好的信用秩序，引導(dǎo)和管理社會(huì)主體誠實(shí)守信，信用監(jiān)管應(yīng)運(yùn)而生。推動(dòng)衛(wèi)生健康領(lǐng)域信用體系建設(shè)是深化改革、推進(jìn)國家治理能力現(xiàn)代化的迫切需要[1]。

醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)數(shù)據(jù)量龐大、類別繁多，醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)之間關(guān)聯(lián)度較低、信息技術(shù)應(yīng)用水平及配套參差不齊，但對(duì)數(shù)據(jù)安全性、隱私性和可靠性的要求較高。醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的信用監(jiān)管信息數(shù)據(jù)歸集存在歸集不暢、共享不足等問題，制約了信用監(jiān)管的有效推進(jìn)[2]。區(qū)塊鏈技術(shù)具有分布式、開放性、不可篡改和可追溯性等特點(diǎn)，可提升數(shù)據(jù)安全性和可靠性，優(yōu)化信息共享方式，構(gòu)建全局可信的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而為對(duì)用戶隱私和信用要求極高的應(yīng)用提供支持。

江蘇省衛(wèi)生監(jiān)督所承接了江蘇省衛(wèi)生健康委2020 年度醫(yī)學(xué)科研重點(diǎn)項(xiàng)目，依托信用系統(tǒng)的整體架構(gòu)，開發(fā)建設(shè)了江蘇省醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)信用信息監(jiān)管系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱信用系統(tǒng)）。本研究主要探討醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)信用監(jiān)管數(shù)據(jù)共享中可用的區(qū)塊鏈技術(shù)。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

區(qū)塊鏈源自加密技術(shù)，通過復(fù)雜的加密算法對(duì)數(shù)據(jù)和文件進(jìn)行加密，只提供可控的訪問。在此基礎(chǔ)上，區(qū)塊鏈結(jié)合分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和不斷推進(jìn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，形成去中心化、分布式、協(xié)作的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)依賴普遍共識(shí)和全局承認(rèn)的區(qū)塊，用于存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)的賬簿，賬簿可被全網(wǎng)驗(yàn)證。密碼技術(shù)、分布式技術(shù)、全局共識(shí)機(jī)制和鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了可持續(xù)訪問和保護(hù)的加密數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，確保鏈上區(qū)塊及賬簿無法被單獨(dú)篡改，并被全局承認(rèn)和接受。

區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)數(shù)據(jù)信用監(jiān)管方面主要具有如下功能和優(yōu)勢(shì)[3]：一是可進(jìn)行數(shù)據(jù)分享，數(shù)據(jù)所有者擁有對(duì)自身數(shù)據(jù)的訪問和復(fù)制權(quán)限，可無障礙地進(jìn)行數(shù)據(jù)共享傳遞；二是杜絕篡改，信用監(jiān)管數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)摘要存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈中，除非擁有區(qū)塊鏈中51%以上的節(jié)點(diǎn)，否則任何節(jié)點(diǎn)均無法修改數(shù)據(jù)；三是可保護(hù)隱私，區(qū)塊鏈本身的特性是數(shù)據(jù)全公開，但配合隱私計(jì)算方法，如同態(tài)加密、函數(shù)加密、零知識(shí)證明和可信執(zhí)行環(huán)境等技術(shù)手段，完全可以實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)可用不可見，數(shù)據(jù)不動(dòng)模型動(dòng)”，使數(shù)據(jù)擁有者精確控制數(shù)據(jù)使用者獲得的信息量，滿足醫(yī)療信用監(jiān)管數(shù)據(jù)的安全共享要求[4]；四是溯源信息安全可信，采用哈希算法將區(qū)塊體存儲(chǔ)的信用評(píng)級(jí)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密為不可逆轉(zhuǎn)的hash 值，通過Merkle 樹、時(shí)間戳、版本號(hào)、區(qū)塊復(fù)雜度、數(shù)字簽名等措施，確保信用評(píng)級(jí)全歷史信息難以篡改，確保溯源信息不可偽造、安全可信[5]。

2 區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)選型

區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)形式通常分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)邦鏈等。公有鏈架設(shè)于公共網(wǎng)絡(luò)之上，對(duì)所有公網(wǎng)用戶開放，承載海量用戶，完全去中心化。私有鏈通常架設(shè)于機(jī)構(gòu)或企業(yè)內(nèi)部，滿足小范圍區(qū)塊鏈的應(yīng)用需求，屬于小范圍內(nèi)去中心化或中心化。而聯(lián)邦鏈采用半開放模式，主動(dòng)管理并明確網(wǎng)絡(luò)的參與者。聯(lián)邦鏈模式適用于廣義的醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，私有鏈適用于單個(gè)業(yè)務(wù)板塊，公有鏈因其巨大的開放性，目前并不適用于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)。醫(yī)療衛(wèi)生區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1，整個(gè)醫(yī)療衛(wèi)生公有鏈由若干醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)私有鏈組成，單個(gè)私有鏈或獨(dú)立存在，或聯(lián)合區(qū)域內(nèi)其他私有鏈形成聯(lián)邦，并根據(jù)管理需要確立主要節(jié)點(diǎn)。整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以P2P 通信方式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的保密體系、共識(shí)機(jī)制和智能合約，并完成信息共享、計(jì)量結(jié)算和聯(lián)合審計(jì)等功能。

圖1 醫(yī)療衛(wèi)生區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)早期發(fā)起于小規(guī)模私有鏈，逐步構(gòu)建多個(gè)私有鏈，再尋求區(qū)域聯(lián)邦，構(gòu)建區(qū)域公有鏈，最后逐步提升至省級(jí)甚至全國醫(yī)療衛(wèi)生（私有）區(qū)塊鏈公共網(wǎng)絡(luò)。去中心化對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)本身具有絕對(duì)意義，對(duì)于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)只是基本屬性，但也要求實(shí)現(xiàn)去中心化分布。雖然宏觀層面所有節(jié)點(diǎn)受控于政府部門，但從技術(shù)方面看，整個(gè)區(qū)塊鏈私有鏈內(nèi)部所有信息確實(shí)通過所有節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了去中心化分布，保證了網(wǎng)內(nèi)安全，實(shí)現(xiàn)了上鏈數(shù)據(jù)的不可篡改和可追溯。

技術(shù)選型需要在加密算法、共識(shí)算法、去中心化、防攻擊能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、可用性、研發(fā)團(tuán)隊(duì)和延伸開發(fā)等方面進(jìn)行綜合考量，主要考慮以下細(xì)節(jié)：一是總體技術(shù)公開、成熟穩(wěn)定，屬于主流公有鏈技術(shù)；二是基礎(chǔ)設(shè)施方面，具備主流區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)功能，可部署私有鏈，具有典型區(qū)塊鏈賬號(hào)、賬簿和加密功能，且具備PoW、PoS 共識(shí)機(jī)制，方便實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用；三是去中心化應(yīng)用DAPP 開發(fā)方面，應(yīng)易于開發(fā)鏈上應(yīng)用，支持智能合約，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的合約化數(shù)據(jù)上鏈，符合ERC 等標(biāo)準(zhǔn)；四是與現(xiàn)有系統(tǒng)集成方面，易于外部集成，支持多語言開發(fā)，如JS、Java、PHP、Python 等，接口開發(fā)便利；五是針對(duì)數(shù)據(jù)查詢和展示，存在開源的瀏覽器工具，方便開發(fā)者和用戶實(shí)時(shí)查詢并展示鏈上數(shù)據(jù)?；谝陨峡紤]，從功能定位和服務(wù)提供方式看，醫(yī)療信息數(shù)據(jù)交換平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)采用區(qū)塊鏈技術(shù)是適合的。

下面從技術(shù)棧成熟度、交易吞吐能力和存儲(chǔ)技術(shù)等方面，選取主流技術(shù)進(jìn)行研究。目前主流的區(qū)塊鏈公有鏈在技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用方面均與Web 1.0/2.0 主要承載的萬維網(wǎng)存在一定差距，均存在交易量低，存儲(chǔ)成本及能耗高等問題。隨著區(qū)塊鏈和Web 3.0 技術(shù)的不斷深化，更多的公有鏈技術(shù)可滿足可信網(wǎng)絡(luò)、永久存儲(chǔ)、匿名訪問等需求，并作為基礎(chǔ)設(shè)施部署。雖然一些公有鏈規(guī)模較大，且運(yùn)行效率得到了改善，但對(duì)于本研究討論的應(yīng)用場(chǎng)景和可控性均不適用。因此，對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的討論，更多的是從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度分析細(xì)節(jié)，明確技術(shù)選型后，實(shí)施團(tuán)隊(duì)還要具備自建選型公有鏈的能力。

2.1 主流公有鏈（Ethereum）

Ethereum[6]是一個(gè)去中心化、開源、具有智能合約功能的公共區(qū)塊鏈平臺(tái)，是目前世界第二大規(guī)模的公有鏈網(wǎng)絡(luò)，具有完整、可運(yùn)行的區(qū)塊鏈技術(shù)棧體系。Ethereum 引入了智能合約，其ERC 標(biāo)準(zhǔn)體系可提升鏈上應(yīng)用的便利性。Ethereum 支持私有鏈部署，并支持Go、Ruby、Python 和JS 等多種語言實(shí)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)客戶端，相應(yīng)的拓展工具也較多，且多為開源。Ethereum 針對(duì)交易量和交互性能的優(yōu)化構(gòu)建二層網(wǎng)絡(luò)L2，通過L2 針對(duì)時(shí)間和性能優(yōu)化的共識(shí)機(jī)制，從根本上擴(kuò)容交易量，縮短網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)和交易時(shí)間，提高數(shù)據(jù)共享效率。

區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施的選擇，對(duì)于快速實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)功能和鏈上應(yīng)用的敏捷開發(fā)尤為重要。Ethereum 作為成熟的主流公有鏈技術(shù)，其底層開發(fā)棧完全開源，在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)接入和監(jiān)控、區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)二層創(chuàng)新和去中心化應(yīng)用DAPP 開發(fā)等多方面，均存在大量成熟技術(shù)和工具，易于以私有鏈方式實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施的快速部署。因此，針對(duì)本研究探討的課題，后續(xù)將選擇Ethereum 私有鏈作為研究和設(shè)計(jì)實(shí)施的主要載體。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，但不具備數(shù)據(jù)庫大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的特性。將大量甚至海量數(shù)據(jù)提交至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是不可取的，可能出現(xiàn)性能問題，還可能破壞區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的ID 或時(shí)間戳等基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)上鏈屬于數(shù)據(jù)上鏈的初級(jí)階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，期待所有的關(guān)鍵數(shù)據(jù)均可存儲(chǔ)于鏈上，以充分利用區(qū)塊鏈去中心化、不可篡改等安全、可靠的特性。目前永久存儲(chǔ)公有鏈技術(shù)Arweave[7]的總體存儲(chǔ)規(guī)模達(dá)到數(shù)十EB（1 EB=1 024 TB），但就目前對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)據(jù)的安全性要求而言，還不具備實(shí)際應(yīng)用條件?？煽亍⒂谰么鎯?chǔ)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)不僅能解決數(shù)據(jù)安全、可靠問題，還能從根本上提供穩(wěn)定的應(yīng)用服務(wù)。從長遠(yuǎn)看，如果國家層面規(guī)劃發(fā)展具有數(shù)據(jù)安全性、一致性的永久存儲(chǔ)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)的自主可控，屆時(shí)可將更多醫(yī)療衛(wèi)生關(guān)鍵數(shù)據(jù)完整存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。本研究后續(xù)將在永久存儲(chǔ)公有鏈技術(shù)方面進(jìn)行嘗試。

3 應(yīng)用路徑

在醫(yī)療衛(wèi)生信息化領(lǐng)域應(yīng)用區(qū)塊鏈的快速路徑如下：首先，確定基于成熟、穩(wěn)定公有鏈的私有鏈；其次，構(gòu)建鏈上計(jì)量體系，基于私有鏈和計(jì)量特性規(guī)劃上鏈數(shù)據(jù)；最后，對(duì)接數(shù)據(jù)服務(wù)并封裝內(nèi)外部接口，形成基本應(yīng)用，查詢、審計(jì)和監(jiān)控層次需要外部工具，至此應(yīng)用環(huán)境初步成型。具體實(shí)施時(shí)需要注意以下兩方面問題。一是與現(xiàn)有數(shù)據(jù)平臺(tái)的關(guān)系。2013 年以來，各地醫(yī)療衛(wèi)生部門按照國家相關(guān)政策要求，已逐步建設(shè)所轄區(qū)域的全民健康信息平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱平臺(tái)）。平臺(tái)作為醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的數(shù)據(jù)中心，基本覆蓋了所有醫(yī)療行業(yè)系統(tǒng)交換所需的數(shù)據(jù)信息。江蘇省平臺(tái)基于數(shù)據(jù)總線和SOA 架構(gòu)建設(shè)，滿足了現(xiàn)有業(yè)務(wù)和發(fā)展需求。目前，區(qū)塊鏈作為實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)，取代現(xiàn)有中心化架構(gòu)的全民健康平臺(tái)是不現(xiàn)實(shí)的。本研究考慮將區(qū)塊鏈作為新增輔助基礎(chǔ)設(shè)施，在平臺(tái)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和服務(wù)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，提供基于區(qū)塊鏈技術(shù)的賬號(hào)、加密、鏈上存儲(chǔ)、鏈上查詢和審計(jì)等相關(guān)功能。二是醫(yī)療數(shù)據(jù)的上鏈。標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)塊鏈技術(shù)是全數(shù)據(jù)上鏈，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同步存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)。但如果本研究采用全復(fù)制醫(yī)療監(jiān)管數(shù)據(jù)分布方式，會(huì)帶來存儲(chǔ)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源的極大消耗和浪費(fèi)，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)共享的交易吞吐量。因?yàn)獒t(yī)療監(jiān)管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量巨大，且隱私性和保密性要求極高，所以全數(shù)據(jù)上鏈方式在醫(yī)療衛(wèi)生信用監(jiān)管領(lǐng)域不具可行性。

區(qū)塊鏈鏈上中心化、難以偽造、難以篡改等特性為信用監(jiān)管數(shù)據(jù)共享帶來了新突破，但應(yīng)對(duì)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸是區(qū)塊鏈技術(shù)的短板，也是目前醫(yī)療信用監(jiān)管數(shù)據(jù)共享存在的核心問題。針對(duì)類似場(chǎng)景，有研究提出鏈上共享存證、鏈下數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)共享架構(gòu)[6]，還有研究提出數(shù)據(jù)平面和控制平面解耦的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)共享平臺(tái)設(shè)計(jì)[7]。以上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案的基本核心都是數(shù)據(jù)不上鏈設(shè)計(jì)。鏈上鏈下區(qū)分的方法既充分利用了區(qū)塊鏈技術(shù)特性，又保證了實(shí)際數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)目尚行浴１狙芯亢罄m(xù)也將參照這種方式進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的嘗試。

4 結(jié)論與展望

目前，主流成熟的公有鏈技術(shù)已具備一定規(guī)模，雖然在交易量、存儲(chǔ)和能耗方面存在較大改進(jìn)，但對(duì)于局部應(yīng)用而言，已具備技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可行性。不過通過Ethereum提供簡(jiǎn)單、快捷的私有鏈應(yīng)用部署，幾乎成了醫(yī)療衛(wèi)生信息化領(lǐng)域區(qū)塊鏈早期實(shí)踐的唯一選擇。Ethereum 具有豐富的智能合約功能，提供基于ERC 標(biāo)準(zhǔn)的通證機(jī)制，符合對(duì)平臺(tái)行為鏈上定義、計(jì)量、統(tǒng)計(jì)和分析的技術(shù)需求。

本研究列舉并分析了區(qū)塊鏈技術(shù)的架構(gòu)特點(diǎn)與特性，以尋找解決實(shí)際需求與痛點(diǎn)的應(yīng)用方案。對(duì)于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)而言，區(qū)塊鏈的去中心化、共識(shí)機(jī)制、數(shù)據(jù)一致性、計(jì)量體系等可為現(xiàn)有系統(tǒng)或平臺(tái)提供基于信息系統(tǒng)的信任、安全及管理新模式。作為典型的聯(lián)邦式系統(tǒng)，醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)信用監(jiān)管信息數(shù)據(jù)交換可利用區(qū)塊鏈技術(shù)改善網(wǎng)絡(luò)特性，借助P2P 增強(qiáng)交互能力，同時(shí)提升安全性和可靠性。但目前區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)數(shù)據(jù)交換的執(zhí)行效率、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、隱私保護(hù)等方面還需更大的突破和改進(jìn)，后續(xù)本研究將通過具體實(shí)驗(yàn)部署和數(shù)據(jù)進(jìn)行探究。