基于区块链的电子病历共享系统研究与设计

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近年来,医疗信息化平台的发展带来了电子病历共享的需求。传统电子病历共享系统以医院为电子病历的存储方和管理方,在共享和存储方面存在数据泄露、数据丢失、易被攻击等问题。基于区块链的电子共享系统可以增加患者在共享过程的参与度,将信息和操作上链实现多方监管,可以有效地缓解上述问题。本文针对电子病历共享系统在共享安全、存储安全和效率方面的需求,对比分析现有基于区块链的电子病历共享系统存在的问题,旨在提出一种基于区块链的电子病历共享系统,实现合谋攻击的防御、高效的授权追踪以及支持可更新加密的分布式存储。本文的主要工作如下:(1)提出高效追踪授权的抗合谋电子病历共享方案,在以太坊和单一云服务器的基础模型上实现数据共享。在目前的共享方案中,权限撤销不会改变密文,留下了合谋攻击的威胁,授权追踪通过费时的交易遍历实现。为此,本方案结合代理重加密和可更新加密的理论,设计了可更新的代理重加密,通过密文和密钥的异步更新防御合谋攻击。另外,设计了可备份授权状态的智能合约系统,利用旧合约存储和查询历史授权,通过改变授权追踪方式提高追踪效率。最后,对代理重加密以及合约系统做了理论和实验分析,结果表明所提共享方案能以较低的成本实现抗合谋和高效的授权追踪。(2)提出支持可更新加密的高效分布式电子病历存储方案,在多个云服务器的基础模型上实现分布式的数据存储。集中式电子病历存储的可靠性和安全性受限于服务器的性能和正常运行,而分布式存储借助数据修复保证数据存储的可靠性,但实现密文更新的开销较高。为此,本方案引入全有或全无变换到可更新加密,用局部更新代替全局更新,降低密文更新的通信开销。另外,在之字形码中引入局部校验码,可在获取本组数据块和局部校验码后完成单块的修复,降低密文更新中单块修复的通信开销。最后,对可更新加密、之字形码以及存储方案做了理论和实验分析,结果表明提出的可更新加密和之字形码都具有较好的性能,所提存储方案的综合性能高于目前已有的方案。(3)设计并实现基于区块链的电子病历共享系统,用分布式存储代替共享方案中的单一云服务器存储。本系统将分布式存储方案的可更新加密引入共享方案中的代理重加密中,同时实现分布式存储、抗合谋攻击和授权追踪。采用模块化程序设计理念,基于JPBC库、智能合约和truffle框架等实现电子病历共享原型系统。本文根据系统需求将系统分成电子病历共享模块和电子病历存储模块两个模块,并给出系统的部分功能展示。
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