区块链分片策略研究及其在中医药数据查询中的应用

来源 :南京中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouyulong456
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中医药数据具有数据体量大、隐私信息多等特征,因此在中医药数据查询中需要兼顾数据安全和查询性能,保证数据的安全高效利用。传统中医药数据查询多采用本地部署的集中式数据库,查询性能较高,通过与外网的物理隔离保证数据安全。但随着中医药信息化的发展,中医药数据的流通和共享成为必然趋势,如何保证分布式开放环境下保证中医药的高效和安全查询是当前亟待解决的问题。区块链提供了一种基于去中心化对等网络的数据安全处理机制,但其性能无法满足中医药数据查询的应用需求。本文设计面向中医药数据查询的区块链系统,提出基于地理位置的分片方法和自适应分片策略优化区块链性能,在保证中医药数据安全的同时提高数据查询性能。具体研究内容如下:(1)针对中医药数据查询应用的性能需求、数据特征和安全性需求,提出面向中医药数据查询的区块链系统架构,将中医药数据以交易形式存储到区块中,保证数据安全性;采用基于地理位置的节点分片策略将区块链分段存储到各个分片,在多个节点分片上以及同一分片的不同节点上并行执行中医药数据查询,提高中医药数据查询性能。实验结果表明,基于分片策略的区块链架构在进行中医药数据查询时,查询响应时间显著优于传统不分片的区块链。(2)针对中医药数据查询应用中节点动态加入和退出影响区块链性能和数据安全的问题,提出了区块链节点自适应分片策略。为每个分片设置最大和最小阈值,根据节点动态加入和退出自适应调整分片数量和分片内节点数量,避免因分片内节点过多引起的中心化隐患,以及分片内节点过少造成的分片内并行查询效率低下和认证安全问题。实验结果表明,当节点动态加入和退出时,自适应分片策略可以自动调整分片的数量以及分片内节点数量,在保证安全性的同时提高中医药数据查询性能。(3)在面向中医药数据查询的区块链架构、基于地理位置的分片策略、自适应分片策略以及查询优化方法的基础上,设计实现了基于区块链的中医电子病历查询系统,使用真实数据对相关模型和方法的可行性和性能进行验证。系统测试结果表明,基于区块链分片的中医电子病历查询系统可以显著提高中医药数据查询,同时可以应对节点动态的加入和退出,满足中医药数据安全性和性能。
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