基于区块链的电子病历共享及隐私保护研究

发布时间：2020-05-22 22:33

【摘要】：随着医疗保健的普及和信息技术的进步,医疗行业呈现出信息化、智能化的发展趋势。电子病历(Electronic Medical Records,EMRs)作为医疗服务信息化的核心内容,记录了医学诊断治疗全过程中的原始数据,受到医院和医生的高度重视。近几年,全世界都在呼吁医疗机构之间应该频繁共享EMRs,做到信息互联互通,这将会让临床服务、医院发展和医疗科研等领域都受益匪浅,从而可以促进整个医疗保健行业的繁荣发展。因此,共享EMRs已经成为当下医疗信息化时代的研究热点,新型智能医疗将指日可待。然而,目前EMRs大多被分散地存储于各中心化医疗机构中,极易遭受单点攻击导致数据泄露或丢失。而且这种数据存储模式造成了严重的“信息孤岛”问题,EMRs无法得到合理应用和共享。此外,不同提供者和医院系统之间的互操作性问题对数据的有效共享构成了新的挑战。幸运的是,新兴的区块链技术由于其去中心化、高冗余存储以及防篡改等优势,为开发安全可靠的电子病历分布式管理和共享系统提供了机会。通过区块链,可以记录患者完整的健康历史数据并实现跨机构共享。尽管区块链为医疗领域带来了福音,但是二者的结合仍然受到了隐私和安全问题的困扰。因此,设计一个隐私保护的EMRs共享方案是区块链技术在医疗领域推广应用的先决条件。首先,本论文以电子病历共享为研究背景,总结了传统中心化存储模式的现状和不足。随后引入了区块链技术,分析了其技术特点以及在医疗领域的应用价值。并针对基于区块链的EMRs安全共享中的隐私保护问题,本论文采用了可截取签名(CES)的解决方案,同时分析了CES方案的特点以及在电子医疗场景中的适用性。其次,本论文基于椭圆曲线密码体制,创新性地提出一种无证书可截取签名方案(CL-CES)。该方案实现了对电子病历中敏感数据的截取功能,满足不可伪造性和保密性的安全需求。另外,效率对比和仿真结果表明,该方案有明显的性能优势,适用于医疗场景中对大规模电子病历的签署与截取。最后,在所提CL-CES方案的基础上,本论文设计了一种基于区块链的隐私保护的EMRs共享协议。该协议融合可截取签名、云储存、Fabric联盟链等多种技术,具有用户匿名性、隐私保护、数据安全存储、防篡改和不可伪造性。同时,通过由患者定义并且在链码逻辑中实现的访问控制策略,该协议可以实现EMRs的有效访问和共享。本协议在dBFT共识过程中采用聚合签名技术将多笔交易签名聚合成单一签名,减少了交易验证的计算和存储开销,提高了系统运行效率。随后,本论文从交易验证时间、吞吐量、容错性三方面对协议进行了仿真与分析,仿真结果表明该协议有较好的性能,在医疗保健领域具有很高的实用价值。
【图文】：

运行时间,方案

方案各阶段的运行时间

运行时间,算法,签名方案,签名验证

签名及截取算法运行时间
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R-05;TP311.13;TP309

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