基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)研究

禹 忠，郭 暢，謝永斌，薛 棟

西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，西安710121

1 引言

醫(yī)藥溯源是指對(duì)藥品的生產(chǎn)加工、物流運(yùn)輸、零售使用等過程進(jìn)行記錄追蹤，這個(gè)工作需要藥品供應(yīng)鏈上下游各方的廣泛參與。2018年由“有點(diǎn)甜”阿司匹林引出的21省份特大假藥案暴露了目前醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的一大弊端，即目前醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都存在中心數(shù)據(jù)庫內(nèi)，溯源認(rèn)證采用中心記賬模式，數(shù)據(jù)在上傳、存儲(chǔ)、查詢等一系列操作中有被篡改的可能[1]。除此之外，目前醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)還有兩點(diǎn)不足：一是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息不完整，消費(fèi)者無法通過查詢藥品溯源碼得到藥品的物流信息及使用信息；二是數(shù)據(jù)信息的私密性無法保證，藥品流通過程中參與者與最終消費(fèi)者查詢會(huì)得到相同的信息，容易造成消費(fèi)者個(gè)人信息泄露。

區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)為解決目前醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)易篡改、信息不完整以及信息私密性等問題提供一個(gè)新的思路[2]。首先，區(qū)塊鏈所具有的去中心化的性質(zhì)就是它的核心優(yōu)勢(shì)[3]。再結(jié)合密碼學(xué)技術(shù)，將每一個(gè)區(qū)塊通過區(qū)塊頭內(nèi)的前一個(gè)區(qū)塊的哈希值串聯(lián)成鏈，且區(qū)塊鏈上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存一份相同的賬本，保證存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)很難被篡改[4]；其次，藥品流通過程中的每個(gè)參與者都可以通過鏈碼功能對(duì)藥品信息進(jìn)行記錄，得到藥品從生產(chǎn)到使用的全部信息，保證數(shù)據(jù)流的可靠性與完整性[5]；最后，區(qū)塊鏈中聯(lián)盟鏈具有用戶非授權(quán)不能接入的特點(diǎn)，作為聯(lián)盟鏈代表的Fabric區(qū)塊鏈平臺(tái)具有基于證書認(rèn)證的賬號(hào)體系，各組織的賬號(hào)是根據(jù)PKI（公鑰基礎(chǔ)設(shè)施）規(guī)范生成的一組證書和秘鑰文件，在查詢者發(fā)起查詢請(qǐng)求時(shí)，F(xiàn)abric側(cè)會(huì)發(fā)起對(duì)提案消息的驗(yàn)證，包括對(duì)組織賬號(hào)、通道信息及鏈碼地址的認(rèn)證，賬號(hào)體系結(jié)合鏈碼功能可以保證數(shù)據(jù)信息的私密性[6]。

本文提出的基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)以藥品作為溯源對(duì)象，以Fabric區(qū)塊鏈平臺(tái)為基礎(chǔ)。首先，依據(jù)系統(tǒng)的功能需求將醫(yī)藥廠、經(jīng)銷商、醫(yī)院作為組織加入到Fabric網(wǎng)絡(luò)中，使用文件配置的方法完成Fabric環(huán)境的多機(jī)部署，使其具有鏈碼的運(yùn)行環(huán)境。然后開發(fā)并部署鏈碼，在終端或者客戶端將藥品的生產(chǎn)、銷售及使用信息通過各組織內(nèi)經(jīng)過認(rèn)證的用戶賬號(hào)加密后上傳到區(qū)塊鏈。最后，開發(fā)客戶端程序，消費(fèi)者經(jīng)由客戶端通過藥品溯源碼發(fā)起查詢請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)藥品溯源信息在網(wǎng)頁的查詢。

2 相關(guān)工作

區(qū)塊鏈技術(shù)自2008年因一個(gè)名為“中本聰”的學(xué)者發(fā)表的一篇有關(guān)比特幣的文章開始出現(xiàn)至今[7]，經(jīng)歷了區(qū)塊鏈1.0“可編程貨幣”、區(qū)塊鏈2.0“可編程金融”、區(qū)塊鏈3.0“可編程社會(huì)”3個(gè)發(fā)展階段[8]，其應(yīng)用場(chǎng)景也從最初的數(shù)字貨幣擴(kuò)展到醫(yī)療、金融、教育、物流供應(yīng)鏈等更多的領(lǐng)域[9]。2018年Caro等人提出一種集成區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的可用于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈管理的完全分散式可追溯系統(tǒng)AgriBlockIoT，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)并部署一個(gè)“從農(nóng)場(chǎng)到餐桌”的經(jīng)典食品可追溯場(chǎng)景，分別使用Ethereum和Hyperledger Sawtooth兩種不同的區(qū)塊鏈平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)延遲、CPU負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)的使用情況對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)行分析評(píng)估和比較。此系統(tǒng)將整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到底層的區(qū)塊鏈中，利用區(qū)塊鏈技術(shù)保證交易記錄的容錯(cuò)性、不變性、透明性和可追溯性[10]。同年Figorilli等人結(jié)合RFID傳感器技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)區(qū)塊鏈架構(gòu)內(nèi)的木材鏈追溯系統(tǒng)，此系統(tǒng)將可追溯信息及木材質(zhì)量相關(guān)信息整合到一個(gè)在線系統(tǒng)中，利用區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化和分布式存儲(chǔ)的特點(diǎn)安全存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息及交易記錄，實(shí)現(xiàn)木材從立木到最終用戶的電子溯源[11]。2019年Lin等人提出并在以太坊上開發(fā)了一種基于區(qū)塊鏈和EPC信息服務(wù)的食品安全溯源系統(tǒng)，此系統(tǒng)利用區(qū)塊鏈技術(shù)可追溯、時(shí)間戳及防篡改的特點(diǎn)結(jié)合智能合約和共識(shí)機(jī)制對(duì)整個(gè)食品供應(yīng)鏈中的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄、共享及特定追蹤，防止信息交互過程發(fā)生數(shù)據(jù)篡改和信息泄露等問題，用于有效檢測(cè)和預(yù)防食品安全問題并追究責(zé)任[12]。

相比以上對(duì)農(nóng)產(chǎn)品、木材及食品溯源的重視，醫(yī)藥產(chǎn)品的重要性也不容置疑，所以一個(gè)安全可靠的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)是必需的。2010年Huang等人提出的基于RFID的監(jiān)管可追溯系統(tǒng)，其具有的電子譜系和可追溯性不僅有益于醫(yī)療管理人員和患者，而且有益于供應(yīng)鏈上的其他參與者[13]。2016年蔡勇等提出一種基于二維碼的中藥質(zhì)量可追溯系統(tǒng)，此系統(tǒng)能對(duì)藥品的生產(chǎn)、加工及流通過程等外在信息和中藥內(nèi)在質(zhì)量變化進(jìn)行追溯[14]。2018年Benatia等人通過對(duì)幾種產(chǎn)品追溯工作的比較研究，提出一種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析和可視化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可以確保不同供應(yīng)鏈參與者之間的系統(tǒng)互操作性[15]。以上關(guān)于醫(yī)藥的溯源系統(tǒng)都有自己的優(yōu)勢(shì)，但不能同時(shí)滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)去中心化、信息全面且防篡改以及信息私密性這三個(gè)要求。而區(qū)塊鏈技術(shù)在溯源系統(tǒng)的應(yīng)用中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：（1）區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化和分布式存儲(chǔ)特性可保證數(shù)據(jù)信息的公開透明性和數(shù)據(jù)流的完整可靠性；（2）區(qū)塊鏈技術(shù)可追溯和數(shù)據(jù)防篡改的特點(diǎn)可以有效解決供應(yīng)鏈中的假冒偽劣問題；（3）區(qū)塊鏈技術(shù)數(shù)據(jù)防篡改和時(shí)間戳的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)舉證和追責(zé)，解決各參與方的糾紛。結(jié)合區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和目前醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的不足，本文提出了一種基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)。

此系統(tǒng)針對(duì)目前醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的不足之處有如下創(chuàng)新：（1）利用區(qū)塊鏈技術(shù)解決傳統(tǒng)醫(yī)藥溯源系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心化易篡改問題，保證藥品數(shù)據(jù)的可靠性。（2）結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)和鏈碼功能加入藥品的流通信息和使用信息，保證藥品數(shù)據(jù)流的完整性。（3）利用Fabric基于證書認(rèn)證的賬號(hào)體系結(jié)合鏈碼功能保證數(shù)據(jù)信息的私密性。

3 系統(tǒng)模型

3.1 系統(tǒng)流程

圖1展示的是系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程：包括Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建、鏈碼開發(fā)、客戶端開發(fā)及藥品信息的上傳與查詢。其中具體流程如下：

①Fabric環(huán)境多機(jī)部署及鏈碼開發(fā)：根據(jù)系統(tǒng)的功能需求部署Fabric環(huán)境，系統(tǒng)環(huán)境配置有三個(gè)組織，分別對(duì)應(yīng)醫(yī)藥廠、經(jīng)銷商和醫(yī)院三個(gè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，且三個(gè)組織的節(jié)點(diǎn)加入同一個(gè)通道，每個(gè)組織的節(jié)點(diǎn)上安裝不同的鏈碼以實(shí)現(xiàn)不同組織對(duì)藥品不同操作功能的需求。

②藥品信息上傳：藥品在醫(yī)藥廠被生產(chǎn)和包裝，出廠時(shí)藥品包裝上會(huì)有唯一的藥品溯源碼。在藥品流通到醫(yī)藥廠、經(jīng)銷商和醫(yī)院三個(gè)組織時(shí)，根據(jù)各組織節(jié)點(diǎn)上安裝鏈碼的功能，以藥品溯源碼為鍵，在終端或客戶端用各個(gè)組織內(nèi)經(jīng)過認(rèn)證的用戶賬號(hào)分別將藥品的生產(chǎn)信息、流通信息及使用信息上傳到Fabric區(qū)塊鏈。

③藥品溯源信息查詢：消費(fèi)者在購買或使用藥品后，使用經(jīng)過組織3認(rèn)證的用戶賬號(hào)登錄區(qū)塊鏈醫(yī)藥防偽溯源平臺(tái)，輸入藥品溯源碼，即可跳轉(zhuǎn)至藥品溯源信息顯示界面，得到藥品從生產(chǎn)到使用各個(gè)階段的溯源信息，此過程仍通過鏈碼3實(shí)現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本文系統(tǒng)架構(gòu)模型包括Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模塊、智能合約模塊和Web服務(wù)及客戶端開發(fā)模塊三個(gè)部分[16]。具體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)模型

Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模塊包括數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)層，它的功能是對(duì)數(shù)據(jù)采集部分采集到的藥品數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。其中數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈的核心部分，用于將藥品流通過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)加密后上傳到區(qū)塊鏈[17]；網(wǎng)絡(luò)層是Fabric區(qū)塊鏈平臺(tái)信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，包括共識(shí)機(jī)制、P2P網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制[18]；數(shù)據(jù)采集部分需要采集的數(shù)據(jù)包括藥品的生產(chǎn)信息、物流信息及使用信息，其采集數(shù)據(jù)的具體分類如圖3所示。此處顯示的藥品信息即為系統(tǒng)需要上傳和查詢所得的信息。

圖3 采集數(shù)據(jù)的具體分類

智能合約模塊指的是合約層，是系統(tǒng)的核心，封裝的是能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能的智能合約[19]。Fabric上的智能合約又被人稱為鏈碼（Chaincode），是一段可以在Fabric區(qū)塊鏈平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證，存儲(chǔ)和執(zhí)行等操作的代碼，而且鏈碼還有與Fabric網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互的功能。

Web服務(wù)及客戶端開發(fā)模塊包括應(yīng)用層和用戶層，使消費(fèi)者及藥品流通過程的各參與者與Fabric區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行交互，為用戶提供簡(jiǎn)潔的互動(dòng)界面[20]。其中應(yīng)用層包括輸入接口和各種信息查詢?nèi)肟冢挥脩魧用嫦蛴脩艋蛏碳?，包括藥品流通過程中各個(gè)參與者。

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的完成需要Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、智能合約和Web服務(wù)及客戶端開發(fā)三個(gè)模塊功能的協(xié)同實(shí)現(xiàn)，下文將會(huì)詳細(xì)介紹各個(gè)模塊功能。

4.1 Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模塊

Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模塊的主要功能是創(chuàng)建系統(tǒng)所需的組織節(jié)點(diǎn)，具有鏈碼的運(yùn)行環(huán)境，并將藥品數(shù)據(jù)信息上傳至區(qū)塊鏈。根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)流程圖部署Fabric環(huán)境，使用配置文件的方法創(chuàng)建組織節(jié)點(diǎn)，并通過Fabric的模塊生成證書和數(shù)據(jù)文件以及系統(tǒng)和通道的創(chuàng)始?jí)K，最后開啟orderer節(jié)點(diǎn)和peer節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建通道并將節(jié)點(diǎn)加入通道，完成醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的Fabric網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多機(jī)部署，以便用來實(shí)現(xiàn)藥品數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及查詢，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性及完整性。根據(jù)系統(tǒng)需求，其配置信息中的組織標(biāo)識(shí)符和組織ID及后續(xù)所安裝的鏈碼名字如表1所示。

表1 醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)組織信息表

4.2 智能合約模塊

基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的智能合約模塊封裝的是藥品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢的鏈碼。一段完整的鏈碼包含鏈碼代碼和鏈碼管理命令兩部分。鏈碼代碼是功能業(yè)務(wù)的承載體，負(fù)責(zé)具體的業(yè)務(wù)邏輯與身份認(rèn)證。鏈碼管理命令負(fù)責(zé)鏈碼的部署，安裝，調(diào)用等工作，命令中包含操作對(duì)象的數(shù)據(jù)信息；通過整體分析，運(yùn)用在醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)上的鏈碼具體結(jié)構(gòu)如圖4所示[21]。

圖4 鏈碼結(jié)構(gòu)圖

其中代碼層中的信息管理是為了與同一通道中的其他節(jié)點(diǎn)上的鏈碼進(jìn)行通信，并與客戶端傳來的命令進(jìn)行交互，使鏈碼中提供的節(jié)點(diǎn)地址被發(fā)現(xiàn)并通知；功能實(shí)現(xiàn)是根據(jù)系統(tǒng)功能需求編寫代碼實(shí)現(xiàn)藥品信息的上傳及查詢。

管理命令層包含每一個(gè)操作對(duì)象的數(shù)據(jù)信息，鏈碼名和通道名是此次操作命令需要指定的鏈碼和通道；身份證明是指驗(yàn)證此次操作的用戶身份，保證發(fā)起此次命令的用戶是經(jīng)過組織證書認(rèn)證的；關(guān)鍵溯源信息則包括此藥品從生產(chǎn)到使用的所有上傳到區(qū)塊鏈上的信息，或者是查詢所需要提交的藥品溯源碼。

4.2.1 鏈碼功能流程

Fabric的鏈碼是客戶端與Fabric網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，本次醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的鏈碼使用Go語言開發(fā)。三個(gè)鏈碼分別安裝在不同組織的節(jié)點(diǎn)上，鏈碼的功能包括上傳藥品信息、獲取藥品信息以及獲取藥品的交易記錄。且安裝在組織3節(jié)點(diǎn)上的鏈碼還具有調(diào)用安裝在組織1和組織2節(jié)點(diǎn)上鏈碼的功能，以此來完成藥品信息的溯源。

圖5展示的是部署在組織3節(jié)點(diǎn)上的鏈碼功能流程圖。在鏈碼部署成功后的實(shí)例化過程中會(huì)用到系統(tǒng)初始化Init方法，接下來是系統(tǒng)Invoke方法，主要功能是發(fā)起交易。在本次鏈碼開發(fā)的Invoke方法下定義了功能類型functiontype、藥品名稱medicalname、藥品數(shù)據(jù)medicaldata三個(gè)參數(shù)，功能類型對(duì)應(yīng)以下四種接口的存儲(chǔ)管理方法，針對(duì)此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的四種功能：

（1）如果functiontype=putdata，則會(huì)使用Chaincode-StubInterface接口的PutState方法，此方法的功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到Fabric賬本中，負(fù)責(zé)接收并存儲(chǔ)從客戶端傳遞過來的藥品使用信息的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）如果functiontype=getdata，則會(huì)使用Chaincode-StubInterface接口的GetState方法，此方法的功能是從Fabric賬本中獲取指定數(shù)據(jù)，并將獲取的數(shù)據(jù)交給鏈碼處理，可以負(fù)責(zé)驗(yàn)證通過功能（1）存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是否存在于Fabric賬本中。

（3）如果functiontype=gethistory，則會(huì)使用Chaincode-StubInterface接口的GetHistoryForKey方法，此方法的功能是獲取指定鍵的歷史記錄，此系統(tǒng)中以某個(gè)藥品溯源碼為指定鍵進(jìn)行查詢來獲取此藥品的歷史記錄。

（4）如果functiontype=getmedicalhistory，則會(huì)使用ChaincodeStubInterface接口的GetHistoryForKey方法和調(diào)用其他鏈碼InvokeChaincode方法，前者功能與功能（3）一樣，后者的功能是調(diào)用安裝在組織1和組織2節(jié)點(diǎn)上的鏈碼，以保證通過執(zhí)行功能（4）就可以得到指定藥品從生產(chǎn)到使用的全部數(shù)據(jù)信息。

圖5 鏈碼功能流程圖

如果功能方法不是以上四種，則直接返回空值；功能（3）和功能（4）執(zhí)行后得到的鍵值數(shù)組切片要通過json.Marshal函數(shù)轉(zhuǎn)換成json數(shù)組輸出，以便后續(xù)數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁端的顯示。

4.2.2 鏈碼執(zhí)行過程

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)離不開鏈碼的執(zhí)行，藥品的關(guān)鍵溯源信息也需要通過鏈碼來存儲(chǔ)和查詢，在鏈碼安裝及實(shí)例化完成后，需要在終端或者客戶端輸入命令來調(diào)用鏈碼。圖6是鏈碼執(zhí)行的示意圖，展示了在客戶端發(fā)起藥品溯源查詢時(shí)鏈碼具體的執(zhí)行過程。

圖6 鏈碼執(zhí)行示意圖

①消費(fèi)者通過客戶端發(fā)起藥品溯源查詢請(qǐng)求。

②客戶端的Fabric-SDK獲取消費(fèi)者（查詢發(fā)起者）的身份認(rèn)證證書。

③客戶端與peer節(jié)點(diǎn)建立連接。

④客戶端發(fā)送交易提案給Fabric的peer節(jié)點(diǎn)，背書節(jié)點(diǎn)顯示查詢流程提案開始。Fabric側(cè)發(fā)起對(duì)提案消息的驗(yàn)證，包括對(duì)組織身份、通道信息及鏈碼地址的認(rèn)證。首先驗(yàn)證通道報(bào)頭信息，其次檢查發(fā)起者的簽名信息，包括對(duì)發(fā)起者組織身份是否合法的認(rèn)證以及對(duì)簽名存在是否正確的認(rèn)證。最后驗(yàn)證鏈碼信息，包括對(duì)報(bào)頭信息及鏈碼名稱的驗(yàn)證。

⑤背書節(jié)點(diǎn)提供流程提案交易號(hào)txid，F(xiàn)abric側(cè)按交易號(hào)檢索事務(wù)并構(gòu)建新的交易模擬器，背書節(jié)點(diǎn)開始模擬提案并提供交易號(hào)txid及通道id。隨后啟動(dòng)鏈碼（若鏈碼正在運(yùn)行，則不需要重新啟動(dòng)），其包括執(zhí)行、設(shè)置鏈碼提議、發(fā)送執(zhí)行消息、Fabric側(cè)處理鏈碼消息及發(fā)送狀態(tài)消息事務(wù)等一系列操作。

⑥啟動(dòng)的鏈碼根據(jù)交易提案查詢對(duì)應(yīng)的賬本，從緩存中獲取鏈碼所需要的數(shù)據(jù)，獲取完成后通知并退出。

⑦peer節(jié)點(diǎn)退出鏈碼的調(diào)用過程，F(xiàn)abric側(cè)完成事務(wù)模擬/查詢執(zhí)行，退出查詢流程提案。區(qū)塊鏈上的節(jié)點(diǎn)返回相應(yīng)的信息，完成查詢過程。

4.3 Web服務(wù)及客戶端開發(fā)模塊

基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的前端界面主要包括查詢?nèi)肟诮缑婕靶畔@示界面。其中模塊開發(fā)程序的主要功能是負(fù)責(zé)處理消費(fèi)者在客戶端發(fā)送的請(qǐng)求，并與Fabric區(qū)塊鏈進(jìn)行交互?？傮w來說，Web服務(wù)及客戶端開發(fā)模塊的兩個(gè)主要功能就是在后臺(tái)進(jìn)行邏輯處理并收集數(shù)據(jù)以及在前端界面合理簡(jiǎn)潔的顯示數(shù)據(jù)。

鏈碼部署完成之后，通過編寫客戶端演示程序來模擬一個(gè)客戶端發(fā)起交易請(qǐng)求，演示程序由Node.js來編寫。其中Node.js提供的http模塊主要作用就是搭建http服務(wù)端和客戶端。此次客戶端開發(fā)指定http服務(wù)啟動(dòng)在3000端口，在終端輸入命令開啟瀏覽器，啟動(dòng)成功之后在瀏覽器中輸入指定網(wǎng)址來進(jìn)行醫(yī)藥溯源。

以一次藥品查詢?yōu)槔?，消費(fèi)者在客戶端發(fā)起查詢請(qǐng)求，客戶端會(huì)根據(jù)查詢發(fā)起者的地址信息進(jìn)行服務(wù)器請(qǐng)求，服務(wù)器端在接收請(qǐng)求后會(huì)運(yùn)行Web服務(wù)代碼調(diào)用Fabric區(qū)塊鏈上的鏈碼進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。此時(shí)還會(huì)對(duì)登錄客戶端的用戶賬號(hào)進(jìn)行認(rèn)證，經(jīng)過認(rèn)證的具有不同的賬號(hào)的請(qǐng)求指令會(huì)指向不同的鏈碼地址，得到不同的查詢結(jié)果。之后服務(wù)器端會(huì)把處理得到的藥品溯源信息數(shù)據(jù)返回到客戶端，將查詢結(jié)果顯示給消費(fèi)者。

5 結(jié)果與分析

5.1 溯源信息的查詢

圖7展示的是醫(yī)藥信息的查詢?nèi)肟诮缑?，此時(shí)并未輸入查詢藥品的藥品溯源碼medical_id，顯示信息為“please enter the medical_id”。

圖7 藥品信息的查詢界面

本次查詢發(fā)起者的身份信息為“username：‘Admin’，mspid：‘Org3MSP’”，且發(fā)起請(qǐng)求所在的節(jié)點(diǎn)為peer0org3，當(dāng)添加藥品溯源碼后再次發(fā)起溯源請(qǐng)求，部署在組織3節(jié)點(diǎn)上的鏈碼就會(huì)啟動(dòng)，進(jìn)而調(diào)用部署在前兩個(gè)組織節(jié)點(diǎn)的鏈碼，就能得到藥品從生產(chǎn)到使用的全部溯源信息。此處以藥品“香菊膠囊”為例，假設(shè)香菊膠囊的藥品溯源碼為0000001，按照?qǐng)D8所示在瀏覽器發(fā)起medical_id=0000001藥品的查詢請(qǐng)求，就可以得到香菊膠囊的溯源信息，具體數(shù)據(jù)如圖8所示，可以看到查詢結(jié)果中的藥品溯源碼與輸入的藥品溯源碼是一致的。

5.2 系統(tǒng)性能分析

本次醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的環(huán)境搭建部分在虛擬機(jī)vmware中完成，操作系統(tǒng)為ubuntu16.4。虛擬機(jī)設(shè)置如下：內(nèi)存為1 GB，處理器為2，硬盤為30 GB。圖9展示的是查詢命令發(fā)出后Fabric的響應(yīng)時(shí)間，以其中50次查詢結(jié)果為例。圖中橫坐標(biāo)i表示第i次查詢，縱坐標(biāo)t表示每次查詢Fabric的響應(yīng)時(shí)間，具體響應(yīng)時(shí)間處于動(dòng)態(tài)變化中，與查詢命令發(fā)出時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)速率有關(guān)，其平均響應(yīng)時(shí)間為22 ms，符合網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求。當(dāng)消費(fèi)者在客戶端進(jìn)行藥品溯源信息查詢時(shí)，其結(jié)果顯示界面不會(huì)出現(xiàn)卡頓或崩潰，可以獲得較好的用戶體驗(yàn)。

圖8 藥品的溯源信息顯示界面

圖9 查詢時(shí)Fabric的響應(yīng)時(shí)間

為了保證數(shù)據(jù)的隱私性，使消費(fèi)者的個(gè)人信息不被泄露，基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)可以根據(jù)查詢發(fā)起者不同的身份信息來確定此次查詢者可以調(diào)用的鏈碼，并根據(jù)鏈碼功能來獲得不同的數(shù)據(jù)信息。被組織1和組織2認(rèn)證的用戶不能得到組織3節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的藥品使用信息，以身份信息為“username：‘Admin’，mspid：‘Org2MSP’”的被組織2認(rèn)證的查詢者為例，此節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息查詢只能調(diào)用部署在組織2節(jié)點(diǎn)上的鏈碼，得到的是藥品的流通信息，具體數(shù)據(jù)如圖10所示。

圖10 藥品流通信息顯示界面

基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)具有較為簡(jiǎn)單的查詢操作，較短的時(shí)間響應(yīng)，非常完整的溯源信息以及非常高的隱私性。將此系統(tǒng)與相關(guān)工作中基于其他技術(shù)的三篇有關(guān)醫(yī)藥溯源的系統(tǒng)作比較可以得出如表2所示的結(jié)果。從表2可以看出，四篇文章中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都能完成基本功能，即信息可追溯，參考文獻(xiàn)[14]與本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有更好的信息完整性。而且本文設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)借助于區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的去中心化、基于證書認(rèn)證的賬號(hào)體系等特性，使此系統(tǒng)在存儲(chǔ)分散化程度及信息隱私性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

表2 系統(tǒng)性能對(duì)比表

6 結(jié)論

本文從藥品的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥溯源系統(tǒng)，以藥品為溯源對(duì)象，以Fabric區(qū)塊鏈平臺(tái)為基礎(chǔ)，對(duì)藥品生產(chǎn)加工、物流運(yùn)輸及零售使用等過程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄追蹤。通過客戶端使用藥品溯源碼進(jìn)行查詢，得到此藥品的溯源信息，且Fabric響應(yīng)時(shí)間平均為22 ms，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性與有效性。區(qū)塊鏈技術(shù)與溯源技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，進(jìn)一步完善了醫(yī)藥防偽溯源系統(tǒng)的性能，利用區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化、數(shù)據(jù)難以篡改及交易可追溯的特點(diǎn)保證藥品數(shù)據(jù)的可靠性，實(shí)現(xiàn)藥品的全過程可追溯，且可追溯到鏈上的每一個(gè)參與者，提高醫(yī)藥防偽溯源信息的透明度，保證消費(fèi)者能通過查詢藥品的溯源碼了解到藥品從生產(chǎn)到使用的全部信息。而且Fabric中基于證書認(rèn)證的賬號(hào)體系結(jié)合鏈碼功能可以保證數(shù)據(jù)的隱私性，使消費(fèi)者的個(gè)人信息不被泄露。另外在商業(yè)應(yīng)用中，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的醫(yī)藥溯源系統(tǒng)可以為品牌背書，為醫(yī)藥企業(yè)增加信任值，提高醫(yī)藥企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，帶來額外收益。除了對(duì)醫(yī)藥的溯源，區(qū)塊鏈技術(shù)還可以與電子病歷信息儲(chǔ)存、共享慢性疾病診療、醫(yī)療欺詐與理賠方面相結(jié)合，為醫(yī)療衛(wèi)生的良好發(fā)展提供更有利的保障。