基于区块链的医用紧急物资配置探索

2021-01-03山东职业学院王加

区域治理 2021年23期

山东职业学院王加

区块链技术特征与医用紧急物资调配需求高度契合，因此区块链技术能高效解决医用紧急物资调配中存在的问题，保障医用紧急物资调配合理、高效、有序。

一、医用紧急物资调配区块链基础架构

（一）物资调配各方资格认证，保障区块链网络机密性

医用紧急物资调配的参与方包括供给方、需求方、物流公司、监管部门。医用紧急物资供给方包括捐赠方、国家物资储备、生产企业、关联企业，其中，国家物资储备主要指医用紧急物资储备，关联企业指经过一定的技术改进可以生产医用紧急物资或中间产品的企业，如新冠肺炎疫情中石化集团转产口罩“心脏”熔喷布，为提高我国口罩产量提供支持；饮料企业转产消毒液；童装厂改做防护服等，关联企业在医疗紧急物资生产中发挥重要作用。医用物资需求方包括医院、社区一线工作者和各区县单位，医院是医用紧急物资的主要需求方，为简化流程，区县单位包括防护一线公安干警、社区网格员、志愿者等。物流公司需达到承运标准，承运标准由国家规定，物流承运是医用紧急物资调配的关键环节。监管部门主要由政府部门担任，所有参与主体的行为均记录在区块链中，有利于监管部门实时动态监督物资调配状态。

政府应为物资调配各参与方颁布资格标准文件，医院作为物资需求重点单位，也是疫情防控的重点部门，政府应明确规定进入区块链的医院类别、等级、防控条件等。国家应对医用紧急物资生产企业和关联企业制定严格的认定标准，符合条件的企业通过成员权限管理进入区块链。国家物资储备库应明确医用紧急物资储备量及储备种类，以应对未来可能出现的突发公共卫生事件。国家应对物流公司是否拥有独立运输飞机、员工管理、保密协议履行等方面作出规定。政府应严格规定各参与方的标准，这些标准文件的数据也会存储在区块链中。只有经过身份认证、符合资格的主体才能成为联盟链的节点，进而保障区块链信息安全可靠。

（二）链码服务运营智能合约，保障点对点传输

链码分系统链码和用户链码，系统链码不能随意操作和修改，通过标准接口调用，用于支持配置管理、背书签名、链码生命周期管理等功能。用户链码指可以自定义编写的智能合约代码，支持打包、部署、安装、调用、升级等操作。Hyperledger Fabric架构中智能合约定义为链码，智能合约一般运行于独立的虚拟机中，而在Fabric构架中，链码运行在Docker容器中。Docker是开源的应用容器引擎，开发者可以将应用及依赖包复制到容器，然后发布到任何Windows机器或Linux机器上，实现虚拟化。容器提供安全且轻量级的沙盒运行模式，相互之间没有任何接口。链码服务保障点对点信息传输，确保节点之间沟通顺畅，促使智能合约迅速达成。

（三）加密算法保障区块链信息安全

区块链常见的加密算法有哈希算法、非对称加密技术等。哈希算法（安全散列算法）是常见的单项加密算法，能将任意长度的输入通过散列算法转换成固定长度的输出，该输出值即为哈希值，这种转换使哈希值的空间远小于输入值的空间，称为压缩映射，从而提高存储空间的利用率。哈希算法中不同的输入可能会散列成相同的输出，所以不能通过输出值来确定输入值，即很难找到哈希算法的逆向规律，从而保障区块链信息安全。非对称加密算法有两个秘钥：公开密钥和私有密钥，如果数据用公钥加密，则只有对应的私钥才能解密。加密和解密用不同的密钥，所以称为非对称加密算法。若加密和解密使用相同的密钥，则为对称加密算法。非对称加密算法安全性更高，加密算法保障医用紧急物资调配信息安全，防止信息泄露带来安全隐患。

（四）区块链各节点协同运作

通过身份认证的主体成为区块链的节点，各节点通过共识机制管理分布式账本，通过点对点传输进行信息匹配，达成智能合约。点对点（P2P）传输与去中心化相呼应，区块链中各节点相对平等，整个区块链没有中心机构，任何两点都可以进行数据传输，传统的中心节点作用被区块链分散的节点替代，提高数据的传输效率。

医用紧急物资各参与方经过身份认证进入区块链，由加密算法保障区块链运行安全，各参与方在区块链中可以点对点联系，由共识机制发布医用紧急物资需求或供给信息，并进行分布式储存，链码服务促使各节点供求信息迅速达成智能合约，保障物资高效合理地调配与运输。

二、云服务增加区块链分布式存储功能

区块链具有分布式存储和共识机制等特征，对数据存储空间要求高。朱昱锦等[9]提出云计算将区块链作为研究重点，将区块链当作基础设施，在此之上搭建各种满足用户需求的应用，向用户提供服务。周可等[10]提出云存储能实现大量不同类型的存储设备协同工作，通过软件集合起来，对用户端提供业务访问和数据存储服务。云存储的存储空间大、效率高，满足区块链节点多而复杂的要求，区块链与云存储相结合能更好地提高医用紧急物资调配效率。

云服务是基于互联网的服务增加、使用和交互模式，通过互联网提供动态扩展的虚拟化资源。云服务提供易扩展的IT、软件及互联网相关服务。云存储通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将互联网中大量不同类型的存储设备通过软件集合起来协同运作，云存储是以存储和管理数据为核心的云计算系统。云平台为各机构数据存储提供便利，但也存在很多缺点，比如，云存储数据追踪困难、数据与交易企业数据记录不一致时难以达成共识、数据易丢失、数据安全性与用户隐私保护等问题。区块链共识机制与分布一致性能保证链条的共识与信任，区块链不可篡改的时间戳可保证区块链数据可追溯，区块链分布式存储保证数据存储备份多，所以区块链与云平台契合度高。医用紧急物资调配联盟链是由上千万个节点组成的分布式系统，需要巨大算力支撑，使每个节点都能参与管理，应用云服务平台可以大量减少企业区块链开发后端工作，增强区块链分布式存储的功能。

区块链云服务模式由数据来源与采集、云服务平台、云计算储存和用户层构成，数据来源于国家对物资调配各方的监管标准。医用紧急物资标准、生产企业、关联企业标准、医院标准、物流公司标准等收集完的数据导入云平台，云服务平台通过互联网将医用紧急物资数据进行整合，进而根据动态的用户需求快速获取信息资源，同时进行可视化处理并反馈给用户，用户也可根据自身需求访问云搜索、云存储等云服务系统。用户端与云服务平台之间通过公有API及不可信的网络进行数据交互，用户端保障用户数据及访问权限等信息的安全性、完整性，服务器为用户提供数据同步、数据搜索等功能，但无法获得用户的明文[11]，从而保障区块链用户信息安全，防止信息泄露。

云平台采集并存储国家规定的各参与方资格标准的数据资料，物资调配各方访问数据时可以直接调用该云存储，区块链各节点从发布全网广播至最后达成智能合约，相关数据都会被分布式存储到云平台，云平台为区块链提供强大的算力支撑和存储空间，提高紧急物资的调配效率，为物资调配高效、有序运行提供保障。

三、区块链医用紧急物资调配流程

共享机制使区块链初始化，根据哈希算法形成密钥，密钥体系实现客户授权，信息传播系统中每个节点都有独立账本，可进行信息广播，点对点传输保障信息传递快速精准，物资供给与需求都可由链码服务达成智能合约。

区块链节点通过广播公布交易信息，先将信息广播到与其相连接的节点，验证通过后信息会全网广播，被区块链中所有节点接收，并生成新的数据，将数据加到区块链云存储空间。如果信息有误，则节点对错误信息验证不通过，废弃交易信息且不进行全网广播。

区块链由众多区块链接构成，每个区块包含特定时间内完整的交易信息，区块可看作账簿的账页。构造的第一个区块称为创世块，拥有唯一的身份（ID）识别号。创世块后被构造的区块都有两个ID号，该区块自身的ID和上一个区块的ID。区块链由所有区块按照顺序连接在一起，具有时序性，即区块链的时间戳。最早被构建的区块后面所连接的区块越多，该区块链的数据就越不容易被修改，从而形成区块链数据不易被篡改的特征。生成新区块时会发生“分叉”现象，即同一时间会生成2个区块，则等待生成下一个区块，最长的链条会被添加到主链上，所以区块链是最长链，并且是唯一确定的。

（一）需求方发布医用紧急物资需求信息

医用紧急物资调配过程由需求方、供给方、物流公司组成，当需求方发布物资需求信息时，各节点进行验证，当信息验证通过时，信息全网广播，区块链各节点都能收到需求信息，生产方根据自身的生产条件选择是否应答需求信息，进而形成物资供求智能合约，物资供求智能合约信息进行全网广播、共识认证并分布式存储。达成智能合约后，生产方全网广播选择物流公司，物流公司选择是否应答物流需求信息，形成物流智能合约，物流智能合约全网广播、共识认证并分布式存储。