论文题目：基于区块链的医疗数据共享和访问控制机制研究
摘要：医疗数据包括患者病历、保险合同、药品流通记录和从业人员信息等,由于其专业性、复杂性、隐私性及高知识密度性,目前这类数据大都由医疗机构独立存储以确保安全,相互隔离的情况不利于及时诊断患者病情。如果将电子病历、体检报告等数据进行科学规范的共享整合,患者就能享受更加及时精确的诊断治疗和完善便捷的保险服务,研究人员也将探索攻破更多疑难杂症,进而推动整个行业持续高质量发展,因此数据共享问题一直是医疗领域的研究重点。传统的医疗数据共享方案存在一些弊端:一是集中化数据存储产生的监管成本增大和数据泄露问题;二是不同机构间难以建立信任基础导致的数据申请难问题;三是跨机构共享数据难以监管控制,因无法溯源会出现医疗推责和医患纠纷;四是复杂繁琐的密码学算法产生大量计算与通信消耗,不适用于资源受限的医疗场景;五是无法满足细粒度的访问控制需求,患者病历和体检数据等信息具有一定隐私性,不便在机构内部和其他机构无关科室之间共享。针对上述问题,本文主要研究内容及创新点如下:（1）提出“一主多从”的主从多链结构,确保数据跨机构安全共享。通过区块链建立去中心化的信任环境,哈希算法和Merkle树的存在保证数据不能被篡改,时间戳使数据来源可追溯。主从链的划分让所有机构无需共担风险,系统不会因为个别链被攻击而整体瘫痪,链上资源消耗也因为单一链上节点数量的减少和原始数据脱链存储的形式而大幅降低。（2）提出基于区块链的医疗数据访问控制机制,实现细粒度的访问控制。利用区块链记录数据提供者制定的访问控制策略,实现了策略建立、更新和撤销的全流程监控。除此之外,设计实现了策略执行合约、属性权威合约、策略管理合约、策略决策合约等4项智能合约,由其直接进行访问权限判决,决策过程公正透明、决策结果真实可信。（3）提出基于分组的优化实用拜占庭容错共识算法,进一步降低通信消耗。算法通过建立信誉评估模型,动态选取信誉值较高的节点构建共识组,组内成员通过不断更新以避免中心化问题。共识组的出现减少了参与共识的节点数量,实验评估结果表明,算法在事务延迟、吞吐量上的性能明显优于传统的实用拜占庭容错共识算法,可扩展性更强。
关键词：区块链;访问控制;信誉评估;拜占庭容错算法;医疗数据共享
学科专业：计算机科学与技术
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 基于区块链的医疗数据共享研究现状
1.2.2 基于区块链的数据访问控制研究
1.2.3 区块链共识算法研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 论文组织结构
第2章 相关技术介绍
2.1 基于区块链的数据共享
2.1.1 区块链核心技术
2.1.2 利用区块链共享数据的优势
2.2 基于属性的访问控制模型
2.2.1 实现原理
2.2.2 模型优势
2.2.3 布隆过滤器
2.3 本章小结
第3章 基于区块链的医疗数据共享和访问控制模型
3.1 模型整体架构
3.1.1 模型层级设计
3.1.2 主从多链结构
3.1.3 模型节点组成
3.2 数据存储方式
3.2.1 从链存储结构
3.2.2 主链存储结构
3.3 数据访问控制机制
3.3.1 数据访问控制框架
3.3.2 节点信誉评估模型
3.3.3 智能合约设计
3.4 系统性能评估
3.4.1 信誉模型
3.4.2 检索效率
3.4.3 响应结果
3.5 本章小结
第4章 基于分组的优化实用拜占庭容错共识算法
4.1 GPBFT算法思想
4.2 GPBFT算法设计
4.2.1 算法整体架构
4.2.2 综合信誉模型
4.2.3 共识组设计
4.3 GPBFT算法实现
4.4 GPBFT算法性能评估
4.4.1 理论分析
4.4.2 实验验证
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢