分区型区块链可搜索加密医疗电子病历共享方案研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bianmomo
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随着信息科技的高速发展与医疗行业的规范化,医疗病历数据电子化成为普遍趋势,电子病历共享有助于医疗行业正向发展。现有的医疗电子病历共享系统存在数据互操作性差、信息孤岛与存储安全难保证等问题,而区块链技术的引入能有效解决上述问题,但传统区块链存在性能限制,不能更好契合当前潜在用户群体庞大、操作频繁、数据存储量大以及数据流转多等医疗场景需求。针对基于传统区块链进行医疗数据共享时可扩展性受限制与加密数据可操作性差的问题,本文提出一种基于分片技术的区块链扩容共享可搜索加密方案,保证底层区块链在不断扩增的用户节点与数据量下,还能保证其交易速度与效率,并在此基础上使敏感数据在开放的网络环境中能够实现高效且细粒度的安全共享,同时也能使共享数据检索的拓展性提高。首先,设计双层结构模型,该模型基于跳跃一致性哈希算法进行周期性网络分片,加入周期参数与节点数阈值提高分片随机性与稳定性,通过随机划分全网节点大幅度降低单分片内女巫攻击的风险;其次,分片内使用SBFT共识协议以降低实用拜占庭容错(PBFT)共识协议的高通信复杂度,并且在分片的物理多链与总链的逻辑单链间采用双层架构以减小分片成员的存储压力;再次,在医疗联盟链上提出基于公钥密码体制的多关键词关联检索可搜索加密(PECKS)共享方案,从而提高病人对自己敏感数据的掌控度,并实现加密情况下敏感数据的细粒度检索;最后,在软件工程的思想下进行系统需求分析、概要设计与详细设计,实现相关系统的构建与测试。通过性能分析可以看出,在并行分片结构下,区块链吞吐量随分片增加有明显增长,而通信开销与存储开销明显降低,同时检索效率得到显著提升,检索粒度也更加细化。实验结果表明,本文所设计方案能大幅度提升区块链系统的效率与可扩展性。系统测试阶段表明本文医疗电子病历共享方案能够实现区块链环境下医疗电子病历的加密上传与多关键词关联检索等功能,满足病人有效掌控自身敏感数据的需求,也让医生及各医疗机构间能够便捷获取病人相关医疗数据,为病人、医生及医疗机构等医疗数据用户提供安全、高效及便利的共享平台。
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