公共衛(wèi)生事件下區(qū)塊鏈技術在我國疫苗追溯全過程中的應用探討

林碩

近年來，隨著山東疫苗、長春長生疫苗等問題疫苗被曝光，暴露出我國疫苗在生產流通過程中的諸多問題。為了保證藥品生產、質量控制和質量保證等活動可以追溯，《藥品生產質量管理規(guī)范》明確要求每項活動均應有記錄，同時《疫苗管理法》也明確指出要求加強對疫苗從研發(fā)、生產、流通，以及使用等環(huán)節(jié)的全過程監(jiān)管[1-2]。2018年2月，人民日報對區(qū)塊鏈進行了詳細的專題報道，指出區(qū)塊鏈能解決金融、公益、監(jiān)管、打假等很多領域的痛點難點，合理運用將可以帶來新一輪的科技進步和經濟價值[3]。中央政治局第十八次集體學習上，中共中央總書記習近平強調區(qū)塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業(yè)變革中起著重要作用，要把區(qū)塊鏈作為核心技術自主創(chuàng)新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區(qū)塊鏈技術和產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展[4]，為區(qū)塊鏈技術的應用前景提供了根本方向。在此背景下，將具有分布式記賬功能及開放安全特點的區(qū)塊鏈技術[5]應用于我國疫苗追溯體系的構建，對于順應科技潮流和國家趨勢的發(fā)展，推動區(qū)塊鏈技術和行業(yè)融合交叉融合具有舉足輕重的意義，區(qū)塊鏈技術得到廣泛重視并迎來發(fā)展契機并且將有效提高政府對突發(fā)的公共事件的科學決策和應急指揮能力，對未來我國的公共衛(wèi)生工作將具有深遠的意義。

1 疫苗追溯存在的問題

現(xiàn)階段，疫苗市場暴露出的問題如下[6]：（1）生產廠家為了獲取巨額利潤，違法使用質量低劣的疫苗、甚至假疫苗濫竽充數(shù)；（2）部分監(jiān)督管理部門存在監(jiān)管不足問題；（3）疫苗生產經營之間不能有效的進行信息共享；（4）生產銷售途徑不透明，對追溯造成巨大困擾；（5）專業(yè)運輸設備的不完善，導致疫苗在運輸過程中的損壞。

隨著科技進步，我國正在努力構建和完善醫(yī)藥物品物流追溯系統(tǒng)，但從目前運行的系統(tǒng)功能角度出發(fā)，還是存在以下問題[7-8]。

1.1 溯源系統(tǒng)結構中心化程度高

當前疫苗溯源系統(tǒng)體系的中心化程度高，因為整個疫苗溯源系統(tǒng)主要由生產供應鏈中的某個核心企業(yè)負責，從而使疫苗的原材料采集、生產到倉儲、物流、再到銷售等整個過程中最為關鍵的數(shù)據(jù)完全由該企業(yè)控制。

1.2 溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有被篡改危險

當疫苗活動發(fā)生時，個人或企業(yè)為了追求經濟利益存在對系統(tǒng)上數(shù)據(jù)庫信息進行修改的可能。比如，在監(jiān)管部門監(jiān)督不嚴和市場疫苗供不應求的情況下，少數(shù)企業(yè)不免會修改產品數(shù)據(jù)庫信息，將不合格的產品上架銷售，給人民造成經濟和健康損失。還有，一些員工個人通過不正當渠道竊取不合格疫苗，并修改其數(shù)據(jù)信息，進行私下銷售，從而獲取不正當經濟利益。

因此，目前的疫苗溯源系統(tǒng)存在巨大的空間去完善和優(yōu)化，它將有利于提升群眾對公共衛(wèi)生信任度，也有利于最大限度避免疫苗安全事件的發(fā)生。因此，隨著科技的進步，在疫苗溯源體系里引入?yún)^(qū)塊鏈先進技術，具有重要而又深遠的意義。

2 區(qū)塊鏈技術

2.1 區(qū)塊鏈的概念和組成

2008年“中本聰”學者首次提出區(qū)塊鏈的概念，它是指比特幣協(xié)議里中的一種計算模式[9]。

區(qū)塊鏈包括狹義和廣義兩種概念。狹義的是指一個在網絡交易中具有密碼學算法的區(qū)塊分布式共享賬本；而廣義的是指一種可以利用腳本代碼進行編程和操作數(shù)據(jù)的全新分散式基礎架構和分布式計算模式。由此可見，區(qū)塊鏈可以通過共識算法進行增減和修改數(shù)據(jù)，并由此通過驗證加密的鏈式區(qū)塊結構來進行檢驗數(shù)據(jù)[10]。

區(qū)塊鏈的基本組成單位包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體[11]，圖1展示了區(qū)塊鏈的一個區(qū)塊的基本結構。區(qū)塊頭包含前一區(qū)塊的哈希值、挖礦難度系數(shù)、時間戳、隨機數(shù)以及Merkle根。其中，前一區(qū)塊的哈希值用于連接前一區(qū)塊，當前一個區(qū)塊的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，整個區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)將失效；挖礦難度系數(shù)代表新區(qū)塊的難度程度，時間戳表示創(chuàng)建下一區(qū)塊的時間；隨機數(shù)表示的是幫助區(qū)塊驗證的共識計數(shù)器，Merkle根是由區(qū)塊中的交易經過哈希算法層層迭代產生，Merkle樹會使塊頭的哈希值失效，使整個區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結構失效。

圖1 區(qū)塊鏈基本結構

2.2 區(qū)塊鏈的技術特點

區(qū)塊鏈功能之所以能夠解決在疫苗全程追溯中的弊端，與它本身具去中心化、可追溯性、不可篡改性、開放性、匿名性等技術特點相關[12-13]。這些技術特點幫助區(qū)塊鏈成為追蹤溯源、鑒證證明和防偽等應用場景的最佳選擇[14]。區(qū)塊鏈就是利用交易數(shù)據(jù)不能被篡改、分布式儲存和共識等核心機制，讓區(qū)塊中各個網絡節(jié)點達成相互信任。任何一個節(jié)點加入?yún)^(qū)塊鏈后，只需要通過點對點的記賬方式達成共識機制即可，不需要第三方的認證[15]。

2.2.1 可去中心化 區(qū)塊鏈通過獨特的加密、共識算法模式和分布式存儲形成可靠的分布式系統(tǒng)。這樣任何參與方可以訪問數(shù)據(jù)鏈，實現(xiàn)點對點的通信，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)透明化和公開化。

2.2.2 可溯源性 由于區(qū)塊鏈具有獨特的鏈結構，每個區(qū)塊通過時間戳緊密鏈接，使得區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)具有可追蹤性。

2.2.3 不可篡改性 區(qū)塊鏈使用哈希計算和密碼學等算法將每個區(qū)塊塊緊密連接起來，區(qū)塊前后按時間順序排列。據(jù)報道，只有控制了區(qū)塊鏈1 / 2以上的節(jié)點才可以篡改數(shù)據(jù)的可能，但此操作需要花費極其巨大的成本，因此，篡改數(shù)據(jù)是極不可能的。由此，區(qū)塊鏈功能特性將會保存永久的交易數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)記錄的真實性[16]。

2.2.4 開放性 區(qū)塊鏈中的公有鏈上任何節(jié)點都可參與，何參與節(jié)點都可以在區(qū)塊鏈中查詢并記錄相關數(shù)據(jù)。記賬者為區(qū)塊鏈內的所有節(jié)點，信任機制為工作量證明。

2.2.5 隱私性 區(qū)塊鏈通過哈希算法、私鑰公鑰和非對稱加密等加密方法和手段，使得區(qū)塊鏈在最大限度地公開數(shù)據(jù)的前提下也保護了用戶隱私。

3 區(qū)塊鏈應用方案設計

文章提出基于區(qū)塊鏈的疫苗追蹤溯源架構，主要包含系統(tǒng)場景模擬、系統(tǒng)整體結構和系統(tǒng)信息體系模型等3個部分。

3.1 系統(tǒng)場景模擬

在現(xiàn)實中，疫苗全過程包括從生產、運輸、倉儲到使用和接種4個過程。生產過程指的是疫苗從生產企業(yè)將疫苗原材料采集到生產完成結束。運輸過程包括疫苗通過冷鏈運輸設備將疫苗運輸至各級省級衛(wèi)生醫(yī)療機構運輸，再到各級市級衛(wèi)生醫(yī)療機構。倉儲指的是疫苗運輸?shù)侥康牡睾?，進行儲存的過程。使用和接種過程指的是從疫苗進行成接種的過程。因此，系統(tǒng)將通過以上4個階段場景的模擬，將區(qū)塊鏈技術嵌入疫苗全過程，從上至下，保證了疫苗的全過程的生產、運輸、暫存、使用等信息數(shù)據(jù)，以至于讓政府快速追溯從廠家到個人信息。

3.2 系統(tǒng)整體結構

如圖2所示為溯源方案的整體結構模型示意圖。生產企業(yè)、冷鏈運輸公司、防疫工作單位、醫(yī)療機構共同參于維護，政府管理部門對企業(yè)機構和疫苗網絡數(shù)據(jù)信息進行雙重監(jiān)管，主要流程如下。

圖2 疫苗追溯整體結構模型

3.2.1 疫苗生產 疫苗制造企業(yè)將合格疫苗信息對外公布，并且將生產的合格疫苗信息數(shù)據(jù)發(fā)送到生產節(jié)點上，生產節(jié)點通過區(qū)塊鏈算法將合格疫苗信息摘要上傳到區(qū)塊鏈上。

3.2.2 疫苗運輸 冷鏈運輸中心將疫苗物流信息對外公布，并且將物流信息發(fā)送到物流節(jié)點，物流節(jié)點通過區(qū)塊鏈算法將疫苗物流信息摘要發(fā)送到區(qū)塊鏈上。

3.2.3 疫苗暫存 防疫機構將對外公布疫苗暫存信息，并且將合規(guī)疫苗的暫存信息發(fā)送到暫存節(jié)點，暫存節(jié)點通過區(qū)塊鏈算法將合格疫苗暫存信息傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈上。

3.2.4 疫苗使用 衛(wèi)生使用機構將疫苗使用相關信息發(fā)送到使用節(jié)點，使用節(jié)點將通過區(qū)塊鏈算法將疫苗使用的患者、注射時間、注射護士等信息輸送到區(qū)塊鏈上。

3.2.5 政府監(jiān)督 政府對4個中心單位通過區(qū)塊鏈上的信息的耦合，可以實現(xiàn)對疫苗進行全程監(jiān)管，采集疫苗數(shù)據(jù)，監(jiān)控疫苗流向，預警相關風險，這有利于政府對線下和線上信息進行雙重查驗，減少人為造假和公共衛(wèi)生事件的發(fā)生。并且在突發(fā)公共衛(wèi)生事件后，有利于政府對事件發(fā)展的全程進行把控，有利于處理事件的后續(xù)情況，規(guī)劃和部署重要戰(zhàn)略規(guī)劃和物資等。

3.3 溯源信息體系模型

圖3 為溯源信息體系模型，疫苗制造企業(yè)、冷鏈運輸中心、防疫單位、衛(wèi)生使用機構分別將合格疫苗全過程中產生的信息記錄在疫苗信息里，各節(jié)點可通過現(xiàn)代5 G、二維碼等技術上傳至區(qū)塊鏈溯源信息系統(tǒng)中[17]。每個疫苗接種者、各個單位和政府都可以通過區(qū)塊鏈各個節(jié)點進行訪問讀取所有疫苗數(shù)據(jù)的權限。在該系統(tǒng)中，每一種疫苗都有獨特的標識，并在生產和質量檢測后，可以出售給防疫站醫(yī)院和接種者。區(qū)塊鏈將疫苗交易全過程進行記錄，系統(tǒng)數(shù)據(jù)公開、透明，不被篡改，并且可以通過訪問區(qū)塊輕松完成疫苗追溯，每個節(jié)點的機構都可以根據(jù)自己的需求，可以從區(qū)塊鏈存儲系統(tǒng)查詢相關數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈系統(tǒng)上的信息由疫苗制造企業(yè)、冷鏈運輸中心、防疫單位、衛(wèi)生使用機構共同更新和維護，由此實現(xiàn)了疫苗數(shù)據(jù)公開化、透明化、去中心化。與此同時，政府將履行監(jiān)督和保護數(shù)據(jù)信息職責，并通過建立一個公共鏈，方便所有單位和接種者訪問和查詢疫苗信息，此操作方便快捷準確真實。

圖3 疫苗追溯信息體系模型

4 目前挑戰(zhàn)

基于區(qū)塊鏈技術的疫苗溯源系統(tǒng)為疫苗的溯源提供了方向。但是，區(qū)塊鏈技術的引入也將面臨政策、市場、人群等諸多方面的挑戰(zhàn)[18]。初期階段的區(qū)塊鏈疫苗溯源還需要解決以下問題：（1）人為的數(shù)據(jù)造假與偽造的問題。（2）數(shù)據(jù)來源可靠性的問題。即使能夠保證數(shù)據(jù)不被篡改[19]，但不能保證其他客觀因素導致數(shù)據(jù)失真，需要配合現(xiàn)代技術發(fā)展的，如其他物聯(lián)網、傳感器技術保證對原始數(shù)據(jù)有效采集。（3）涉及多方的利益問題。疫苗供應鏈是一個涉及面復雜而且廣泛的系統(tǒng)，區(qū)塊鏈應用的前提是在各利益上達成共識后進行分享，這工作難度復雜，需要引導政府的引導教育工作。（4）缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標準，區(qū)塊鏈技術目前還沒有形式統(tǒng)一的標準，無法進行大范圍的普及，阻礙了其在多個領域的應用[20]。

5 結語

但無疑，區(qū)塊鏈技術特點為疫苗溯源信息的真實性、可靠性和透明性提供了有效的保障。這些區(qū)塊鏈特點有效彌補了追溯過程中的不足和弊端，提升了疫苗溯源體系的功能。在未來，區(qū)塊鏈技術將創(chuàng)新國內公共衛(wèi)生決策責任機制，為應急管理決策者提供更為客觀、全面、科學的大數(shù)據(jù)參考，有效推動應急管理決策由原有的經驗估計型向大數(shù)據(jù)分析型轉變，最終實現(xiàn)公共衛(wèi)生應急決策機制人工智能化。當然，區(qū)塊鏈疫苗溯源體系的并非一蹴而就，相信隨著物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等先進技術的發(fā)展，將能夠解決疫苗追溯弊端的問題。