基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)構(gòu)建研究

古銳

摘要：本文主要分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在藥品追溯的應(yīng)用可行性，對(duì)現(xiàn)階段的藥品質(zhì)量安全追溯體系的解決方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，提供了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一個(gè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，解決之前存在的數(shù)據(jù)偽造、數(shù)據(jù)篡改、身份驗(yàn)證和信任機(jī)制等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;藥品追溯;系統(tǒng)構(gòu)建

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）02-0230-02

1 藥品質(zhì)量安全追溯的發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于廣大病患來(lái)說(shuō)，藥品就是日常生活中如同食物一樣重要的物品，對(duì)慢性病患者來(lái)說(shuō)，更是如此。藥品的質(zhì)量安全是否能夠得到保證，對(duì)他們來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。但藥品從生產(chǎn)制作、倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)浇K端銷(xiāo)售這一過(guò)程中，涉及的環(huán)節(jié)過(guò)多，如何把控藥品質(zhì)量安全成為藥品追溯的首要問(wèn)題。

現(xiàn)階段藥品質(zhì)量安全追溯的解決方案主要是通過(guò)二維碼、RFID、短信或者物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，將藥品從原材料采購(gòu)、生產(chǎn)制作和加工、流通銷(xiāo)售等產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，追蹤藥品的來(lái)源和去向，保證了藥品信息的可追溯，從而保證病患的用藥安全[1][2][3]。目前，大多數(shù)的藥品追溯系統(tǒng)采用的是中心式的存儲(chǔ)模式，追溯數(shù)據(jù)容易受到人為攻擊和篡改，系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的完整性也就無(wú)法得到保證[4]。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)概況及其在藥品追溯的應(yīng)用可行性分析

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)原理

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N數(shù)據(jù)以區(qū)塊為單位產(chǎn)生和存儲(chǔ)，并按照時(shí)間順序首尾相連形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)密碼學(xué)保證不可篡改、不可偽造及數(shù)據(jù)傳輸訪問(wèn)安全的去中心化分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[5]。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)特性

區(qū)塊鏈具有去中心化、集體維護(hù)和信息不可篡改等基本特性。區(qū)塊鏈沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的中心，數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)是對(duì)等的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)按照特定的時(shí)序組織并且采用密碼學(xué)原理加密，使得數(shù)據(jù)不可篡改并且可以追溯。數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和維護(hù)有所有參與方共同參與，任何一方都不能在不經(jīng)過(guò)其他參與方允許的情況下獨(dú)立對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)[6]。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1） 去中心化的分布式存儲(chǔ)保證數(shù)據(jù)的一致性

區(qū)塊鏈?zhǔn)褂昧藚f(xié)議規(guī)定的密碼機(jī)制進(jìn)行認(rèn)證，保證不會(huì)被篡改和偽造，因此任何記錄在區(qū)塊鏈上的信息都是可以被追蹤和查詢(xún)到的。如果有人想修改區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)，需要把整個(gè)鏈條上的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行破解和修改，其難度和代價(jià)極大，幾乎不可能完成[6]。同時(shí)，區(qū)塊鏈構(gòu)建了一個(gè)分布式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)保證數(shù)據(jù)庫(kù)的嚴(yán)謹(jǐn)性。數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)更新并存放于所有參與記錄的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。這樣即使藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中的部分節(jié)點(diǎn)損壞或被攻擊，也不會(huì)影響整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)記錄與信息更新。

（2） 非對(duì)稱(chēng)加密實(shí)現(xiàn)了身份驗(yàn)證，解決信任問(wèn)題

區(qū)塊鏈用密碼學(xué)方法解決了信任問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了安全和不可更改的特性。在區(qū)塊鏈的分布式網(wǎng)絡(luò)里，節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信并達(dá)成信任，通過(guò)數(shù)字簽名實(shí)現(xiàn)身份的確認(rèn)以及信息真實(shí)性、完整性的驗(yàn)證[6]。在區(qū)塊鏈中，非對(duì)稱(chēng)加密的重要應(yīng)用就是數(shù)字簽名，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和合法性，保證區(qū)塊里的任何數(shù)據(jù)都沒(méi)有經(jīng)過(guò)篡改。藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)是復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，存在多個(gè)利益相關(guān)者，他們?cè)谛畔⑾到y(tǒng)中有非常復(fù)雜的交互動(dòng)作。具有隱私最大化算法的分布式區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)可以解決數(shù)據(jù)共享和隱私之間的矛盾，最大化確保數(shù)據(jù)處理的安全性和機(jī)密性。

2.4 區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥品質(zhì)量安全追溯的基本思路

通過(guò)將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到藥品質(zhì)量安全追溯的過(guò)程中，其獨(dú)有的鏈狀結(jié)構(gòu)、時(shí)間戳、散列算法和非對(duì)稱(chēng)加密等核心要素，使得錄入到區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)難以被篡改，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。

藥品質(zhì)量安全追溯體系中的相關(guān)參與方共同負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈上的各自節(jié)點(diǎn)，他們同時(shí)也是所有鏈上節(jié)點(diǎn)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)者。藥品監(jiān)管部門(mén)、獨(dú)立的第三方質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和用戶(hù)也同時(shí)進(jìn)駐區(qū)塊鏈系統(tǒng)，在鏈上充當(dāng)監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的角色，杜絕了由一家企業(yè)或機(jī)構(gòu)管理整個(gè)數(shù)據(jù)的情況，防止數(shù)據(jù)造假和篡改。如果發(fā)生藥品質(zhì)量安全的問(wèn)題，藥品監(jiān)管部門(mén)可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并啟動(dòng)有效的追責(zé)機(jī)制。用戶(hù)通過(guò)參與到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，可以方便和準(zhǔn)確地了解藥品質(zhì)量安全追溯的信息，從而辨別藥品真?zhèn)?，也能夠和藥品監(jiān)管部門(mén)形成聯(lián)動(dòng)的監(jiān)督機(jī)制。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

利用區(qū)塊鏈技術(shù)作為底層架構(gòu)，搭建藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，能有效解決信息溯源的各自問(wèn)題。在區(qū)塊鏈上，每個(gè)參與方的數(shù)據(jù)都可以共享，解決了傳統(tǒng)追溯系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。區(qū)塊鏈技術(shù)還具有不可篡改、隱私性和安全性的特點(diǎn)，能夠保障用戶(hù)數(shù)據(jù)的隱私安全。

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)采用五層架構(gòu)，分為基礎(chǔ)層、平臺(tái)層、API層、外部交互層和用戶(hù)層，如圖1所示。基礎(chǔ)層包括數(shù)據(jù)區(qū)塊、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、分布式存儲(chǔ)、加密計(jì)算、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和驗(yàn)證機(jī)制。平臺(tái)層包括智能合約、賬本記錄、事務(wù)系統(tǒng)、成員管理、狀態(tài)管理、共識(shí)機(jī)制、事件分發(fā)、加密服務(wù)和安全的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信機(jī)制。API層包括外部接口、用戶(hù)API和管理API。外部交互層包括鏈外數(shù)據(jù)和非原生應(yīng)用。用戶(hù)層包括用戶(hù)應(yīng)用和管理應(yīng)用。

3.2 藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)

基于上述藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，具體流程包括：

（1） 將追溯系統(tǒng)的參與方，包括供應(yīng)商、制造商、物流承運(yùn)商、末端派送方和終端客戶(hù)，組成一個(gè)聯(lián)盟，利用區(qū)塊鏈平臺(tái)，通過(guò)適當(dāng)?shù)臋C(jī)制激勵(lì)各個(gè)參與節(jié)點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)。多方對(duì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行確認(rèn)，保證數(shù)據(jù)記錄不可篡改。

（2） 運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)，定義各方需要上傳到區(qū)塊鏈上的信息，并指定要通過(guò)區(qū)塊鏈共享的信息。追溯系統(tǒng)的各個(gè)參與方將定義的信息及時(shí)上傳到區(qū)塊鏈，并通過(guò)賬號(hào)授權(quán)管理和應(yīng)該程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的確認(rèn)和接收。

（3） 追溯系統(tǒng)的各個(gè)參與方將追溯信息和追蹤記錄存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，保證區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)真實(shí)有效、不可篡改，以便精準(zhǔn)追溯和責(zé)任界定。

（4） 通過(guò)管理應(yīng)用和驗(yàn)證機(jī)制，對(duì)追溯系統(tǒng)的各個(gè)參與方進(jìn)行身份識(shí)別和管理，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估。區(qū)塊鏈加密算法與授權(quán)訪問(wèn)機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。

4 結(jié)論

本文主要分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在藥品追溯的應(yīng)用可行性，對(duì)現(xiàn)階段的藥品質(zhì)量安全追溯體系的解決方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，解決之前存在的數(shù)據(jù)偽造、數(shù)據(jù)篡改、身份驗(yàn)證和信任機(jī)制等問(wèn)題。本文提供了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一個(gè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的藥品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 奚燕，洪軍，吳旌.基于二維碼技術(shù)構(gòu)建中藥飲片質(zhì)量追溯系統(tǒng)[J].藥學(xué)服務(wù)與研究，2019，19（02）：156-158.

[2] 孫莉. 基于RFID和ZigBee的道地中藥材質(zhì)量追溯系統(tǒng)的分析及實(shí)現(xiàn)[D].寧夏大學(xué)，2017.

[3] 唐瑞弦，施明毅，溫川飆，趙姝婷，楊超.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的中藥飲片生產(chǎn)質(zhì)量追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（20）：144-146+148.

[4] 張朝棟，王寶生，鄧文平.基于側(cè)鏈技術(shù)的供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J/OL].計(jì)算機(jī)工程：1-9[2019-09-21].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/31.1289.TP.20190826.0942.003.html.

[5] 黃俊飛，劉杰.區(qū)塊鏈技術(shù)研究綜述[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，41（02）：1-8.

[6] 中本聰.比特幣： 點(diǎn)到點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)[EB/OL].https：//bitcoin.org/bitcoin.pdf， 2008-10-31.

【通聯(lián)編輯：王力】