区块链的技术本质及其三个发展阶段

如今卫生机构面临着越来越多的公众监督与部门监管，迫切需要建立起患者与卫生部门的有效信任机制。电子病历是医疗机构对患者进行临床诊疗、指导干预等医疗服务的完整记录，不仅是医院信息系统的核心组成，更是医疗纠纷治理过程中的重要佐证。

“联盟区块链”作为区块链技术的3.0阶段，在“分布式存储、点对点传输、加密与共识”等基础之上，实现了“跨机构可信协同”的“社会编程框架”。将其用于诊疗核心数据（这里尤指电子病历）的创新治理：无人值守（算法自治）、数据可信（迭代加密）、多机构共识（机构联盟及协商校验）、数据自主（患者授权查阅）。可实现“多中心化”的电子病历可信存储与校验系统，在保障患者权益的同时，也将极大地提升医院和卫生管理部门的公信力。

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区块链的技术本质及其三个发展阶段

近年来，在外界看来非常神秘的加密数字货币（如比特币等）等产品与相关的社会事件，让一种叫作“区块链”的技术走进了公众的视野。区块链技术实现了多方参与、智能协同、分布式对等、共享与透明的网络规则，不仅成为了前沿金融科技的核心代表技术，并逐渐受到社会各个行业领域甚至是政府机关和国际组织的高度重视，在国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》中，区块链技术亦被首次列入，并迎来了重大的发展机遇。区块链甚至被认为是自互联网诞生以来最为颠覆性的技术。

古往今来，人类的无数发明都是为了建立信任，例如古代的“兵符”，近现代的电话、电报、数字证书等；事实上，区块链技术的本质就是建立信任的新型工具（第五代加密技术），从其诞生以来已经历了三个阶段：

（1）2009年1月3日，以比特币为代表的产品横空出世，区块链技术初次得到关注；除了比特币产品，没有技术框架，不能进行定制化开发（只能在比特币产品上进行二次开发，仅限于数字货币）。事实上，比特币只是通过算法保障和赋予了三个货币属性：基于“工作量证明”的共识算法，其哈希难度赋予了稀缺性；分布式存储与基于时序的密码记账赋予了持久性；挖矿的奖赏机制赋予了群体性。

（2）2013年底，VitalikButerin发布并推出了名为“Ethereum/以太坊”的开源的区块链底层系统，像安卓一样，以太坊提供了非常丰富的API和接口，能让任何人能在区块链上实现智能合约并快速开发出各种各样的区块链应用。目前已经有超过200多个应用在以太坊上开发。

（3）随着区块链技术的进一步发展，其去中心化、数据防伪等功能在其他领域也逐步受到重视。区块链不再局限于金融领域，而是扩展到仲裁、公证、域名、审计、医疗、邮件、投票、签证、物流等整个社会领域，为实现社会治理提供了新的理念和模式，这就是“区块链3.0”，也被称为“社会化编程技术框架”。区别于比特币和以太坊为代表的“公有链”技术平台，又陆续诞生了以R3Corda为代表的“私有链”技术平台、以Hyperledger名下的Fabric为代表的“联盟链”平台。

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“联盟区块链+电子病历治理”应用系统的设计与实现

如图1所示，是“联盟区块链+电子病历数据治理系统”的具体技术架构设计。需要强调的是，虚线框中的系统与卫生服务（医院）机构是一一对应的（医院有几家，虚线框中的系统就存在几套；以2家医院+2家行政机构形成的区块链网络为例，虚线框中的系统就应该独立实施2套。对于区块链网络节点数量为N的情况，可以综合加以类推（已建成区域统一卫生信息数据库的情况例外）。

如图2所示，是该系统在宏观上的应用展示：将来自电子病历的诊疗核心信息的哈希摘要存贮在区块链上，利用区块数据不可篡改和联盟节点广播的特点，一旦电子病历被修改过，即可做到电子病历数据在全网范围内的异地仲裁和可信比对。该系统已经投放在深圳市南山区医院集团作为科研测试使用，测试结果表明：无论是司法机构、仲裁机构又或者是用户，都可以通过查询和比对原始存证HASH和数据库中对应数据HASH，可以一种“绝对不可抵赖”的方式有效仲裁诊疗数据的数据篡改行为，能有效地提高医疗纠纷过程中的治理效能和公信力。

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从网络技术和信息安全层面解决公有链，将是下一步重点研究的方向

本项目架设在深圳市南山区人民医院内网，开辟了四个节点以模拟卫生服务和管理机构，经闭环测试表明可以有效地服务于医疗纠纷治理中的数据采信与取证问题；在进一步通过安全与性能、管理效能评测后，未来将很快部署在实际生产环境中，必能极大地提高卫生服务与行政机构的公信力。

本项目的大部分工作还处于科研初期阶段，今后还需要继续在以下方面进行更加深入、细划、综合的研究。

（1）“主链+侧链”前沿应用的探索与研究。本项目虽然实现了一个基于区块链的医疗纠纷治理系统，但其本质上只是保障电子病历信息不被篡改的技术手段；如能进一步基于“主链+侧链”的技术架构，将电子病历的哈希摘要和文本信息（加密）分别存储在区块链（病历哈希链和病历链）上，则不仅可以做到数据的篡改比对监督，还能做到电子病历数据在全网节点范围内的异地仲裁与可信查阅。

（2）基于公有链社会治理应用的探索与研究。区块链架构是一种分布式的架构，其部署模式有公共链、联盟链、私有链三种，对应的是去中心化分布式系统、部分去中心化分布式系统和弱中心分布式系统。对于本项目这种典型的去中心化、建立信任的社会治理应用来说，采用公有链在制度层面是最佳选择，然而公有链技术在运营机制的管理层面（奖励机制的行政可替代方案）、运行效能的技术层面存在着瓶颈。从公共管理与行政管理的角度，探索公有链的行政运营机制；从网络技术和信息安全层面解决公有链（例如“闪电网络”“隔离见证”等新技术），将是下一步重点研究的方向。

（3）区块链共识算法体系理论的完善与发展。共识算法简单来说就是让不同节点上的数据保持一致性与正确性，是去中心化协同应用的重要基础和构筑区块链信任特性的基础。本项目使用的Fabric框架基于经典的PBEF（拜占庭容错）算法，然而Fischer-Lynch-Paterson定理已经证明：“在一个多进程异步系统中，只要有一个进程不可靠，那么就不存在一个协议能保证有限时间内使所有进程达成一致”。由此可见在异步通信的情况下，PBEF算法的应用并不乐观；然而分布式系统又不能完全依靠同步通信（性能和效率非常低）。因此寻找一种实用的解决拜占庭将军问题的算法仍然是分布式计算领域中的一个重要问题。

（4）项目实施过程中，存在着区块链底层技术平台选型难、兼容性差等诸多问题。本项目课题组成员已着手合作开发用于快速开发区块链应用的区块链中间件产品。中间件能封装多种异构的区块链技术平台，向区块链应用提供统一的API接口，使得实际项目可以随时切换区块链底层技术平台，也不用再去研究和担心编程语言、设计风格、适用场景中存在着不确定性等风险问题。