基于联盟区块链和智能合约的传染病预警机制
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作者:邱红园，李繁
摘要：提出基于联盟区块链和智能合约的传染病预警机制.传染病预警机制将医疗机构作为联盟区块链的节点，采用非对称加密技术结合星际文件系统（InterPlanetary File System，IPFS）在保护患者隐私的条件下实现传染病数据安全共享.拥有数据访问权限的用户可以使用患者私钥从区块链中获取数据，通过设计智能合约实现疫情预警流程的自动化.该方案可以扩大数据的存储空间、防止数据被篡改，实现传染病数据安全共享性和及时预警性.
关键词：智能合约;传染病预警;星际文件系统;区块链
[中图分类号]TP3[文献标志码]A
Infectious Disease Early Warning Mechanism based on
Alliance Blockchain and Smart Contract
QIU Hongyuan，LI Fan
（ school of Information Management，Xinjiang University of Finance and Economics，Urumqi 830012，China）
Abstract：Propose an infectious disease early warning mechanism based on the alliance blockchain and smart contracts.The infectious disease early warning mechanism takes medical institutions as nodes of the alliance blockchain，and uses asymmetric encryption technology combined with the InterPlanetary File System （IPFS） to protect patient privacy Realize the safe sharing of infectious disease data under the conditions.Users with data access rights can use the patient's private key to obtain data from the blockchain，and automate the epidemic early warning process by designing smart contracts.This solution can expand the storage space of data，prevent data from being tampered with，and realize the security of infectious disease data sharing and the timeliness of early warning.
Key words：smart contract;early warning of infectious diseases;interstellar file system;blockchain
传染病数据的哈希值可分布式存储在联盟区块链中通过智能合约技术自动预警，可提高传染病数据的传输效率，实现数据安全共享.目前，国内外对于区块链技术在传染病预警方面的应用研究持积极探索态度.Azaria[1]等提出了MedRec项目，基于以太坊的智能合约，实现自动化的数据共享，促进了医院系统之间的互操作性.Bhattacharya[2]等提出将区块链技术应用于传染病监测中，以有效减少患者死亡人数、发病人数和因传染病防控带来的经济成本.Angraal[3]等基于区块链技术提供了一个平台，可用于传染病防控.Mashamba-Thompson[4]等提出了一种基于社区的新发传染病区块链和人工智能耦合的移动互联自检跟踪系统.欧阳丽炜[5]等将区块链与其他新兴技术相结合，将其应用于传染病预警，实现传染病监测和预警的及时性.黎祖睿[6]等提出了联盟式传染病数据区块链系统，实现了数据的共享.相比于国外而言，国内在传染病预警方面还缺乏系统的研究.本文将设计一个基于联盟区块链架构模型的传染病数据安全共享模型，逐层分析其在传染病预警过程中的功能和任务，使用智能合约技术实现传染病预警.数据传输采用非对称加密技术，解决传染病数据在传输过程中可能存在的患者隐私泄露等问题.[7]
1方法与技术
1.1联盟链
联盟对特定的组织团体开放，预先选择参与区块链的节点，使用除工作量证明机制以外的其他共识算法，具有隐私性、速度快、去中心化等特点.相较于私有链而言，访问权限门槛低、算力高，无需高昂的成本就可以维持节点之间的连接.联盟链上的内容只有联盟链成员才可以看得到，规则由联盟设置.本文采用联盟链架构实现传染病数据共享.
1.2 数据存储
采用星际文件系统进行传染病数据存储.对于医疗机构上传的数据可以使用患者的公钥对其加密，然后将其上传到IPFS中.IPFS会将数据碎片化并生成哈希值.哈希值存储在区块链上，在联盟链成员中共享.IPFS技术的使用可以有效解决区块链扩容问题，具有永久性和去中心化的特点.
1.3 非对称加密技术在传染病数据传输中的应用
非对称加密技术用于数据加密和数字签名.公钥由私钥通过椭圆曲线加密算法生成，用来验证私钥的签名，公钥在整个网络上是公开的.[8]医疗机构发送传染病患者数据时，对数据原文分别做哈希和加密操作.针对哈希生成的摘要，用医疗机构的私钥签名;针对数据原文，用患者的公钥加密生成数据密文，再将加密后的数据和数字签名封装进星际文件系统中.数据访问者通过患者授权后，用患者私钥解密得到数据原文，使用哈希函数获取摘要，再将发送方的签名用发送方的公钥解密得出摘要，将得出的两份摘要进行比较，若一致则表示原文在传输过程中未被篡改，且内容确实是发送方发送的.本文使用非对称加密技术，保证传染病患者数据的安全性和数据的完整性.
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