基于区块链的老年护理平台应用研究

2020-05-06顾真源刘予辰张明睿

合作经济与科技 2020年9期

□文/顾真源刘予辰张明睿苏畅

（苏州科技大学江苏·苏州）

［提要］目前，中国人口老龄化程度已日趋严重，由于独生子女居多，老年人的护理和陪护需求日益增大，护理平台的使用日益增多。本文旨在基于区块链技术，改变传统护理平台对于老年人各方面信息的存储和处理模式，打造基于区块链技术的老年人护理平台。

一、引言

目前，中国人口老龄化趋势越发严重。老年人口数量和占总人口的比重持续增长，老年人口高龄化趋势日益明显：80岁及以上高龄老人正以每年5%的速度增加，到2040年将增加到7，400多万人。在这样的大背景下，子女赡养护理老人的负担日益增重，专业的老年人护理人员、护理平台需求逐渐增长。然而，据中国老龄科学研究中心发布的报告显示，目前全国养老机构平均空置率达48%，有超过30%的养老机构正在亏损。这种矛盾的现实表明，在老龄人口医养服务领域存在着巨大的信息鸿沟，信息传递不畅导致的医养服务供需不对等、不平衡是这种现象产生的源泉。

由于养老数据具有隐私性、多样性、层次性，如何对其进行合理的整合存储及有效的共享，成为一个研究热点。同时，老年人电子档案中包含许多隐私信息，在共享时如何防止隐私数据的泄露，也成为一个研究难题。而区块链技术的不可篡改、去中心化、分布式存储的特点，为解决这一问题带来了新的机遇。

本文应用区块链技术，打造一个去中心化、信息安全、交易透明、供需对等的老年人护理平台，包括构建老年人电子档案、电子护理档案分布式网络，并加入共识机制，通过加密算法和时间戳来保证护理数据的真实性和隐私性等，为国内老年人护理行业注入新的理念和技术，实现老年人健康护理新模式。

二、中国人口老龄化现状

当今社会中是否进入老龄化社会的衡量标准是由联合国制定的，即当65岁以上老年人口比率超过总人口的7%或60岁以上人口比率高于10%为限。依据联合国制定的衡量标准，在2000年时中国就已步入老龄社会，根据每年大量老龄人口增长速度，2018年我国已有2.49亿人次达到或超过60岁，是总比率的17.9%，而根据调查研究，上一年我国有25，388万人次达到或超过60岁，已经上涨到人口比率的18.1%，65周岁及以上人口17，603万人，占总人口的12.6%。根据预测，未来中国老龄人口将以较高速率上升，大致在“十四五”期间进入中度老龄社会，而大致将在2030年进入重度老龄社会。其中武康平和张永亮（2018）研究，通过借鉴Caiand Stoyanov的研究方法，利用中国1990～2010年出口贸易数据，实证研究了老龄化趋势的加强对我国社会环境的影响，并得出人口老龄化的加重将影响到我国经济发展、养老保障制度和科技进步等，更应努力发挥老龄化的正向外部性。而倪宣明、沈心如、黄嵩、张俊玉（2020）则以Leslie为基础，结合生育率和死亡率假设，在人口动力系统差分方程组的基础上分析人口年龄结构的遍历性，得出无论初始人口如何，未来的人口年龄结构将会收缩到一个稳定分布，从而得出未来老龄人口占比也是稳定的，即证明了老龄化现象的收敛性。但虽然有收敛性，但稳定之后老龄人口的占比仍然很高，即老龄化的现象将是长期持续的。

主要根据全国第五、第六次人口普查的街道级别数据和专家的调查研究数据得出，当前我国已有上百个城市的人口数量和人口密度在下降。而中西部地区除中心城市和极个别乡镇外，大部分县市乡镇常住人口都呈现出明显的缩减趋势。按东北三省的人口变化情况来研究，可以发现在2000～2005年间东北三省的人口净迁出量为88.20万人；到2005～2010年及2010～2015年，地区的人口净迁出分别上升到117.04万人和136.93万人，净迁出率由0.74%上升到1.14%。而由于大量迁出人员属于青壮年劳动力，更是加剧了当地的老龄化程度，如2010～2015年东北三省的劳动年龄（15～64岁）人口数量下降了1.73%，未成年（0～14岁）人口数量变动了0.81%，呈削减的趋势，而65岁及以上老龄人口数却上涨了2.54%。截至2018年东北三省老龄化率分别是吉林省12.38%、辽宁省14.35%、黑龙江省12%，均高于11.9%的全国平均水平。由此可以得出，老龄化趋势最为严重的并非东部的北京、上海等城市，而是在中西部如重庆和四川、湖南、湖北等人口流失严重的省市及地区。

三、中国养老护理电子平台数据存储发展现状

如今，老龄人口的日益增长使得养老医疗服务方面的需求日益增大，医疗健康数据急剧增多。随着医疗水平的不断提高，卫生部于1994年首倡研究我国的电子病历系统，部分大型医院也自1999年开始试行电子病历，通过计算机将患者病历的相关信息进行存储记录。许多养老机构也开始利用养老护理电子平台，使用电子医疗病历记录老年人的医疗健康信息，实现数据存储、网络传输、统计分析、诊疗辅助等功能，从而为养老数据提供了更加便捷的存储方式。

对于如今养老医疗方面领域的现状，王婉娟（2018）认为老龄人口的增长引发了巨大的养老护理需求，然而目前全国养老机构的平均空置率达48%，超过30%的养老机构处于亏损状态。这表明，如今的养老服务领域存在着信息不对称、信息传递不畅的问题，这导致医养服务供需不对等和不平衡。王辉、周明明（2019）则认为养老医疗信息孤岛问题和养老医疗数据安全问题一直是目前养老护理电子平台在数据存储方面的难题。养老数据类型繁多，信息量大，数字化和云存储等技术迅速发展，各养老机构信息系统也开始采用数字化存储技术，养老数据信息化日趋成熟。但是，老年人基本信息和健康数据信息蕴藏的巨大价值使得医疗数据信息在不同医疗系统之间的传输壁垒较高。各个养老机构的存储数据存在着结构不统一、工具不兼容、标准不相同等方面的差异，也无法完全实现信息的安全有效共享。且养老健康信息属于个人隐私数据，即使集中存放在服务器或者直接外包给第三方维护，也很难保证数据的安全性。目前，大多数医疗信息系统都通过单点登录进行各系统间的数据访问，但如果一个单点遭到攻击，则将面临所有人信息泄露的风险，安全和隐私问题存在极大的威胁。基于云计算的电子医疗病历共享方案的弊端就体现在这里，数据存储的中心化使得其更易遭受集中攻击、单点失效的危险。所以传统的养老数据储存方案还有待改进和优化。

四、区块链技术

区块链技术最早起源于比特币，一位名叫“中本聪”的学者在 2008 年发表的标题为“A Peer－to－Peer Electronic Cash System”的文章中提出区块链的概念。区块链技术是一种去中心化的技术。区块链上的数据可以由参与到系统的所有节点共同维护，每个参与维护的节点可以隶属于不同组织，并且不需要节点之间相互信任，但是每个节点都能获得一份完整记录。从狭义上来讲，区块链是一种按时间顺序连接数据区块的链式数据结构，并利用密码学方面的技术实现了数据安全传输与访问的分布式账本。

区块链的基本结构由不同的区块组成，这些区块起到了存储数据的作用，每个区块都包含着一个哈希值，这个哈希值来源于上一个区块，通过哈希计算上一个区块与此区块相互连接，所以先后时间顺序是固定的，这些区块连接在一起形成一种链式结构，这种结构最大的好处在于由于相互连接，可以追溯数据，可以保证数据的安全性，数据从理论上来说只有具备全网51%的算力才可能对数据进行篡改，否则数据一旦被修改就无法通过区块验证，可以说数据是安全的。（图1）

区块链的工作原理：区块链中的每一个数据块都包含着交易和前一数据块的哈希值（除了创世块）。任何一个网络节点都能访问这个链式数据结构，读取交易数据，并通过数学算法计算出所有交易的状态。具体步骤如下：步骤1：当一笔交易产生时，用户用私钥认证，作为数字签名，并且广播新的交易到下一个节点。步骤2：在收到广播的交易信息后，周围的节点对广播的交易进行验证，如果验证为有效交易，则向整个区块链网络广播。步骤3：根据共识机制每个节点寻找关于工作量的难度证明。步骤4：找到的节点向全网广播此区块。步骤5：其他的节点来验证在此区块的交易是否有效。步骤6：验证通过后，该节点拥有记账权，此区块接到上一区块中，其他节点在此区块下重复上述操作。

由此各个区块先后形成区块链，并且其中的信息不可修改。区块链的组织形态分为了公有链、私有链和联盟链。Merkle树可以检验在交易中数据是否被修改，比特币区块链中的区块采用二叉Merkle树，通过在其中分组添加交易数据的Hash值，从底向上递归，最终得到一个Merkle根，用于交易验证时其计算复杂度只有log2N，可以快速地在不运行整个区块链网络节点的情况下验证某一交易是否存在。

五、养老数据应用特点

（一）数据隐私性。每位老人的所有家庭情况、身体状况、医疗信息都被记录在电子系统中，其数据包含了患者的部分隐私（如身份证号、健康信息等）。如果这些信息泄露，不乏有人会盗用这些数据去做违法的事，给患者的生活和身心健康带来困扰。因此，在提升养老护理平台的构建水平时，数据的隐私性应视为重点。

图1 区块链基本结构图

（二）数据多样性。在信息的表现形式上，养老数据更加庞大，数据类型复杂，包括老人基本信息（如病人身份信息、病史、病程记录等）、医疗信息（如药品名称、医疗术语、病症信息等）以及养老需求与护理平台之间的供需信息等。养老数据在数据多样性方面不同于其他电子数据，而具有高可靠性的区块链技术可被应用于保护数据的多样性。

（三）数据层次性。养老数据可以按照老龄人口的区域分布位置、常见病类型、年龄层、性别层等对用户进行分区分层，并实时收集有关医养产品和服务的使用信息，以供大数据分析和数据挖掘，提高平台使用效率。

六、基于区块链的养老护理数据系统建设模式

（一）系统的应用场景。传统的老年人护理方案，由于护理人员的变动性大、流动性比较强，会导致在对于老年人的身体状况以及病史方面等个人信息交接效率低、准确性下降以及容易发生隐私泄露等问题，例如：老年人在接受A护理机构提供的人员护理后，如果对人员不满意要进行人员更替手续繁琐，并且无法清楚地了解过去护理的细节特点，如若对机构不满意在转移到B护理机构时，关于原先留在护理机构A的个人信息可能会得不到安全保障，极有可能泄露出去。而基于区块链技术的老年人护理平台，则是来解决关于信息如何溯源，隐私如何得到保护这两方面的问题。

图2 基于区块链的养老护理模型图

图3 基于区块链的养老护理平台图

（二）方案模型。区块链模型的搭建，通过构建区块链层次模型的合约层、数据层、应用层、共识层、实现护理数据的动态化管理。首先，在数据层方面，搜集老年人的个人身体状况信息和过往病史，形成老年人个人的身体档案并且按区块链信息处理的过程通过加密算法盖上时间到区块链上，并且在网络层通过各种数据处理机制让数据分布在各个节点中，并且引入恰当的共识机制来有效地完成数据之间的传输并且防止数据被篡改，在合约层上加入各种管理老年人护理信息的管理规范和运行条例，使得该系统的运行符合法律的标准，达到规范标准化。应用层的护理平台数据管理系统使得护工，护理机构和老年人参与到对信息的查询，运行和管理当中，加密算法使得用户和护工的隐私都得以保护，盖上时间戳使得每一次的护理流程、护理人员以及护理时间都可以追溯查询，分布式的数据存储则保证了数据的安全。形成如图2所示的区块链模型。（图2）

基于区块链的老年人护理平台工作流程，老年人的护理档案包括：个人身体数据信息、个人往期病史、日常护理记录和护理需求等，护理机构可以根据所上传的信息来进行护工和老年人的实时匹配，此护理平台的工作流程包含了对信息的采集、加密、统计和匹配应用等操作。（图3）

七、系统平台的特点

（一）隐私保护。根据区块链的特点由密钥来代替姓名进行信息的交易，使得每一笔交易都是匿名交易，而且所有发布在护理机构内部的信息链上关于老年人的身体数据和病史，只有通过本人的允许和授权，才可以获得真实的数据并且使用，其他任何机构和个人都没有权力去查看和使用数据，可以有效地保障交易的安全性和个人的隐私。

（二）真实性与不可篡改。基于区块链的老年人养老护理平台可以保证数据的真实性和可靠性，老年人身体状况档案通过共识机制，分布存储，确保数据在区块链中写入每一次的修改都会被区块链所记录。每次交易时，每个节点在进行本次交易的同时还要验证其他的交易记录，一旦出现信息的错误，则不能被整个区块链认可写入，可以减少错误信息被写入的情况，提高护理信息的准确性。在这种情况下，老年人的个人身体数据和病史除非遭受51%的算力攻击才会被篡改，在现实情况中，各个养老服务平台会集体参与维护系统的数据，所以本系统下的老年人各方面数据都具有不可篡改的特性，可以保证数据的真实和可靠性。

（三）可溯源。在数据写入后就没有办法进行篡改，每一次修改都会盖上时间戳和签名认证写入在链上，数据具有前后时间顺序，由此理论上可以追溯老年人在被护理阶段任何数据。

（四）法律有效性。由于每一次的交易都要进行签名认证并且盖上一个时间戳，所以每个数据都具有唯一性，由此可以保证电子护理档案的法律效益，在出现护理纠纷的时候可以使用基于区块链技术的老年人护理档案作为有效的法律专家，用来保护护理机构、老年人和护理者的合法权益。