一种基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法；该方法基于Merkle树的有向无环图DAG数据结构，设计链下数据、链上哈希的存储机制，利用PBFT共识机制、最小连接数法等，针对虚拟医疗资源的特性，构建基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法，具体流程如下：步骤1，链下分块存储；步骤2，哈希上链；步骤3，验证节点；步骤4，拓展区块链。本发明专利技术对虚拟医疗资源分情况存储、因地制宜，实现链下数据、链上哈希的存储机制，具有去中心化、系统稳定、逻辑简单、易扩展、有针对性等特点，弥补了医疗资源存储分散的缺点，促进了各省医院信息互通，重整了医疗数据存储的风貌。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法
本专利技术涉及医疗信息化
，具体来讲涉及的是一种基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法。
技术介绍
随着医院计算机管理网络化、信息存储介质的应用以及互联网的全球化，传统的手写纸张病历等实体医疗资源被电子病历等虚拟医疗资源所取代。虚拟医疗资源的存储比传统的方式有着安全可靠、存储和查阅方便、时效性强等优点。但是如今步入大数据时代，信息增长速度突飞猛进，在虚拟医疗资源方面也不例外。虚拟医疗资源包括病人信息数据、病历资料、影像数据、药物备案信息、医疗设备信息等，繁复且多模态。不同的医院拥有不同的数据库，甚至同一医院不同科室所用的数据库都是不通互通的，“虚拟医疗资源管理难”成为普遍存在的问题。区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。区块链的这些特性使虚拟医疗资源在不同医院能够实现互通，且资源的安全性得以保障，可以确保医疗资源不被篡改，能够防止患者信息被有心人士出卖，谋取非法利益。目前将区块链和虚拟医疗资源相结合的技术中，存在过于中心化、系统不稳定、通信复杂度过高、可扩展性较低等问题。而由于虚拟医疗资源的特殊性，普通的区块链扩展难以转移到虚拟医疗资源的存储场景中。因此，现在急需一种去中心化、系统稳定、逻辑简单、易扩展的针对虚拟医疗资源存储的区块链扩展方法。经过检索发现，申请号CN201811001849.5的专利技术公开了一种基于区块链的医疗资源数据处理方法及装置。其中方法包括：获取医疗需求端信息以及相应的服务需求信息，并存储在区块链中；查询区块链，得到与服务需求信息相匹配的医疗服务提供端信息；生成医疗服务订单信息，将医疗服务订单信息存储至区块链中，医疗服务订单信息包括服务需求信息、医疗需求端信息以及医疗服务提供端信息；向医疗需求端及与服务需求信息相匹配的医疗服务提供端发送医疗服务订单信息，以使医疗需求端以及医疗服务提供端根据医疗服务订单信息进行医疗服务。申请号CN201711428235.0的专利技术提出一种医疗资源的控制系统和控制方法，可以对不同自然属性的医疗资源内的信息进行分组，在通过建立具体应用将这些不同医疗资源的分组进行关联，可以实现对医疗资源的快速、灵活的配置，并且可以查询、显示单个医疗资源信息所在的应用以及相关的其他医疗资源，实现医院对医疗资源的信息化、自动化的管理和调配，提高了效率，减少了出现差错的可能性。申请号CN201711277248.2的专利技术公开了一种医疗资源整合系统，所述医疗资源整合系统架设于服务器，该医疗资源整合系统包括：账户单元、咨询单元、处理单元以及信息单元，咨询单元用于患者输入病症信息，处理单元将病症信息与医疗信息数据库比对分析产生病症结果，处理单元将病症结果与账户单元的医护者账户比对，选取对应病症结果的医护者账户，且传送至对应的医护者账户，信息单元用于医护者根据接收到的病症结果输入诊疗建议信息，诊疗建议信息显示在账户单元的患者账户。另外，申请人还发现如下与本专利技术有关的现有技术；（1）基于区块链的扩展技术：2017年，谭智勇等人在《沿横向拓展的区块链的生成方法及系统》中，将延展区块链作为快照对象区块链进行数据快照，生成快照结果区块链，二者中各区块间的第一链接关系，以及区块中区块体数据的内容对应相同；以快照对象区块链中各区块作为父区块，以快照结果区块链中各区块作为子区块，形成第二链接关系；按照第一链接关系和第二链接关系，依次生成快照结果区块链中各区块的散列值，并写入区块头，完成区块链横向拓展。2019年，徐陶阳等人提出《一种大数据量的区块链水平扩展解决方法》，通过在服务器上部署多条互补关联的区块链，部署好多条区块链后，其数据采用如下的方法进行上链，用各条链的客户端SDK证书初始化一个连接池，连接池里存放到各条链id以及对应的连接。当接收到业务数据时，生成数据摘要，开始上链。根据负载均衡算法，计算出目标链的id。从连接池里获取相应的连接，用该连接调用对应链上的合约。调用成功后保存相关的数据。2019年，宋明明等人在《基于水平扩展数据库建立区块链侧链的方法及系统》中，通过数据库和区块链结合实现了一种高性能、高并发的区块链侧链。首先创建一个数据库主库和区块链侧链；构建开发者用户的交易提案，交易提案为把开发者用户的交易内容写入开发者用户对应的通道的请求；区块链侧链根据交易提案对应的开发者用户的信息将交易提案发送至开发者用户对应的可扩展通道中；区块链侧链将交易提案进行预处理后，获得预处理交易提案；将预处理交易提案打包到区块链侧链的区块中；将区块链侧链的区块锚定到超级账本区块链中。其缺点为；上述提到的基于区块链的扩展技术中，第一种技术快照结果需要过多的存储空间，而如今在医疗大数据环境下，每天都会有海量的医疗健康数据产生，大量的数据需要存储在区块链中，并且还需要对每个数据创建快照副本来确保数据不会缺失。在医疗大数据情况下，这种横向扩展方式变得不可行。第二种技术虽然在服务器上部署了多条区块链，试图提高上链效率，但仍然是单链，所以上链效率并不高。第三种技术基于区块链的侧链技术，但是侧链技术分别在网络、资产、用户界面等层面引入了额外的复杂度。因此，传统的区块链扩展技术通常存在存储空间需求大、上链效率不高或者逻辑过于复杂等问题。而且传统的区块链扩展技术是无针对性的，是希望能够适用于普遍的情况，对于医疗大数据并不适用。（2）基于区块链的医疗存储技术；2019年，闾海荣等人提出《一种基于随机Merkle树的链下个人医疗数据存储方法》，把存储的数据随机分块，然后对其随机排序的数据块建立一个Merkle树，将Merkle树根哈希存入区块链，将随机排序的数据块链下存储，数据块的排序通过数据拥有者的公钥进行加密并存储到区块链上，数据拥有者本身可利用自己的私钥对排序密文解密，然后根据解密得到的原排序对随机排序的数据块进行重构获得原始数据，确保原始数据不会在链下数据存储过程中泄露。2020年，南京邮电大学的黄海平等人在《基于多层次区块链体系架构的智慧医疗数据存储方法》中，摒弃现有的单链或者双层区块链系统设计，基于HyperledgerFabric平台提出了一种多层次的区块链体系架构来解决医疗数据的存储问题，实现了大规模医疗数据的高效管理，极大地提升了系统的效率和可扩展性。同时采用公钥加密和对称加密相结合的双钥加密体制，在保护病人隐私的情况下实现医疗数据的存储与共享。其缺点为；上述的第一种技术虽然加强了链下数据在存储过程中的安全性，但是由于采用了链下技术，患者看病的医院作为一个大的中继者，使得中继过于中心化，失去了区块链的去中心化的特点。同时，如果这个医院因为某种原因关停了，那么该医院的数据将再也无法读取，这是一种不稳定的因素。第二种技术使用PBFT共识机制，虽然解决了BFT算法效率不高的问题，但是通信复杂度过高，可扩展性比较低，一般系统的节点数在100左右时，性能下降非常快，而存放医疗大数据的节点数一定是大于100的。另外一点是，PBFT在网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法，其特征在于；/n该方法基于Merkle树的有向无环图DAG数据结构，设计链下数据、链上哈希的存储机制，利用PBFT共识机制、最小连接数法，针对虚拟医疗资源的特性，构建基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法，具体流程如下：/n步骤1，链下分块存储；在存储时采用块存储，将不同类型的数据分块存入对应种类的数据库，实现并行读取数据；/n步骤2，哈希上链；将数据内容的哈希上链，采用有向无环图DAG数据结构，分别为全国每个省份构建自己的Merkle树，省份链接则构成了DAG；每个Merkle树的子节点都是其本地内容的哈希，不使用完整内容来命名；/n步骤3，验证节点；在对区块链进行扩展时，需要验证节点的准确性；验证节点采用PBFT共识算法；/n步骤4，拓展区块链；验证完毕后，将安全节点分别根据同省跨院、跨省跨院和跨省同院三种情况进行拓展；其中同省跨院和跨省跨院拓展针对公立医院，跨省同院拓展针对私立医院；拓展时采用负载均衡算法中的最小连接数法。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法，其特征在于；
该方法基于Merkle树的有向无环图DAG数据结构，设计链下数据、链上哈希的存储机制，利用PBFT共识机制、最小连接数法，针对虚拟医疗资源的特性，构建基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法，具体流程如下：
步骤1，链下分块存储；在存储时采用块存储，将不同类型的数据分块存入对应种类的数据库，实现并行读取数据；
步骤2，哈希上链；将数据内容的哈希上链，采用有向无环图DAG数据结构，分别为全国每个省份构建自己的Merkle树，省份链接则构成了DAG；每个Merkle树的子节点都是其本地内容的哈希，不使用完整内容来命名；
步骤3，验证节点；在对区块链进行扩展时，需要验证节点的准确性；验证节点采用PBFT共识算法；
步骤4，拓展区块链；验证完毕后，将安全节点分别根据同省跨院、跨省跨院和跨省同院三种情况进行拓展；其中同省跨院和跨省跨院拓展针对公立医院，跨省同院拓展针对私立医院；拓展时采用负载均衡算法中的最小连接数法。


2.根据权利要求1所述基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法，其特征在于；步骤1中，虚拟医疗资源分为个人数据和物资数据两大类；个人数据包括疾病数据和健康数据；其中疾病数据有电子病历数据、检验数据、影像数据、医疗器械数据、移动问诊数据、基因数据；健康数据有体检数据、智能穿戴数据、基因数据；物资数据有药品流通数据、医药研发数据、医院物资数据、医院费用数据；由此可知，虚拟医疗资源数据类型包含文本类、影像类；
本方法使用两种数据库在链下分别存储不同类型的数据，使用面向文档数据库存储文本类的虚拟医疗资源数据，使用图形数据库存储影像类数据；MongoDB是目前最为流行的文档数据库，它更够分布式部署，可以随着负载的增大动态扩容，满足医疗业务增长的需求；Neo4j是目前最流行的图形数据库，支持完整的事务，在属性图中，每一个医疗影像都是一个节点，诊断信息则是属性。


3.根据权利要求1所述基于区块链的虚拟医疗资源横向扩展方法，其特征在于；步骤2中，为了完成数据上链，本发明将分两步进行，首先现将全国各省哈希上链，再将各省医院哈希上链，详细步骤如下；
步骤2.1全国各省上链；首先创建34个根节点代表各省份；一个方框代表一个Merkle树的根节点，分别表示全国34个省，将这34个节点上链；
步骤2.2各省医院上链；定义医院区块链的ID意义：医院所在省份-医院编号-是否仅同步更新-更新版本号；
区块头包含当前时间、上一个区块的哈希、区块体的哈希，区块体包含当前区块的I...

【专利技术属性】
技术研发人员：周川，陈雷霆，唐溪蔓，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51