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洒脱喜一周评 | 当病毒带来的恐惧在蔓延,区块链可以做些什么?

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写在前面:

洒脱喜一周评 | 当病毒带来的恐惧在蔓延,区块链可以做些什么?
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 (图片来自:tuchong.com)

一、如何用区块链改善现有的医疗系统

论文作者:来自阿联酋大学以及纽约石溪大学医学院的Khaled Shuaib、 Heba Saleous、Karim Shuaib以及 Nazar Zaki。

原论文链接:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6789651/

人类会尽可能努力地保持健康,然后充实地生活,因此,医疗保健是每个人生活中的重要组成部分。为了使医护人员能够提供适当的医疗保健,患者病历会保存在诊所和医院当中。这些记录可帮助医生了解患者过去的诊断以及当前的健康状况。直到最近,依然有很多医疗记录是以物理档案保存的。尽管这对于医院或诊所而言可能不是主要问题,但对于患者而言,这构成了负担。纸质记录的其他问题,还包括(由于各种可能原因的)数据丢失,以及与数据恢复相关的困难。

而电子健康记录或电子病历(EHR / EMR)通过使医生更易于存储、查看、共享和更新患者记录,从而改善了医疗基础设施。然而,与任何电子记录系统一样,安全和隐私问题已成为这些系统的一个挑战。另一个问题是采用保存电子记录所需基础设施的费用。初始成本包括运行电子医疗系统所需的硬件和软件成本,维护、更新以及员工培训的成本。使用者必须具备基本的计算机知识,才能使用该系统。否则,在没有培训的情况下,医院工作人员最初会发现很难组织信息,并且很难在没有帮助的情况下生成和格式化报告。在不了解如何使用电子医疗系统的情况下,工作人员可能会存储或更新包含错误信息的记录。这可能导致错误的诊断,错误的医疗程序顺序,以及错误的药物和剂量处方,由此甚至会引发健康并发症,甚至导致患者死亡。这就是在实施电子医疗系统的成本中应包含员工培训这一项的原因。

但是,即使经过培训,引入新系统也可能导致最初的服务中断。

电子病历(EMR)系统的另一个问题是患者数据的碎片化。由于患者可能会去不同的诊所,因此零散的患者数据可能存在于不同的位置。尽管对患者数据进行数字化,已缓解了电子病历共享的问题,但主要问题仍然在于实现医疗信息系统之间的互操作性,因为诊所可能会使用不同的电子病历系统。这意味着患者的数据可能以不同的格式存在,而这或许会导致患者暴露于危险之中,因为将数据重新格式化为可读格式是需要花费时间的,而且可能还会丢失数据,另外,专业人员在数据库中填写信息的方式也不同。而在危险、敏感的环境(例如医院)中,一分钟对于病人而言,可能就是生死之间的区别。这也就是说,医疗专业人员不能因为零碎的记录和互操作性问题而浪费时间!

除了碎片化和互操作性方面的挑战外,电子病历(EMR)系统的使用,还可能会引起一些隐私问题,这是由于医疗保健基础设施并非是以患者为中心的。尽管患者拥有他们提供给专业人员的信息,但他们并不控制电子病历本身。这也意味着患者无法控制谁查看他们的数据,以及数据的发送和存储位置。

为了解决对患者隐私的担忧,一些区域已制定了一些法规,例如美国的《健康保险可移植性和责任法案》(HIPAA)和欧洲的《通用数据保护法规》(GDPR)。尽管这些规定可能会增加对患者数据更多的控制权,但它们并不能完全防止有意或无意泄露私人数据,因此,患者可能会继续对他们的数据被电子存储和交换而感到不安。

而组织内的电子病历(EMR)通常是作为数据库的一部分,集中式地存储在医疗基础架构当中。这种集中化的基础架构可能只有一个攻击点,其如果被网络罪犯成功攻破,可能会阻碍医疗服务。网络罪犯可以从窃取的电子病历数据中获益,要么将其出售给其他相关方,要么用它索要赎金,这就是所谓的“黑客勒索赎金”。此外,网络犯罪分子还可能利用患者的数据来试图为自己或他人获取处方药。

除了窃取和滥用患者的信息外,EHR和EMR系统仍然存在欺诈问题。欺诈有两种可能:处方药保险。当处方的详细信息被更改或重复,以接收某些通常无法获得的药物时,就会发生处方欺诈。而当保险公司在降低福利的同时提高提供的保险价格时,或者当医疗专业人员为患者提出错误的诊断以提交虚假的保险索赔时,就会发生保险欺诈。这不仅导致患者的医疗保健成本更高,而且还允许医疗专业人员利用优势,将虚假信息描述为事实。

对此,学术界已提出了几种改进典型医疗基础设施的方法,而区块链技术也被纳入了进来。在最近几年,一些研究人员开始提议使用区块链来改善电子医疗系统,尤其是在处理EMR方面。这是由于EMR包含私人信息,而患者希望对未经授权的人员隐瞒信息,而这可通过区块链技术来实现。

1、1 区块链的概念

区块链最初是由中本聪创造的比特币而引入世界的。其对等网络(P2P)中的每个用户都被视为一个节点,发生的交易则被分组成区块。然后,这些区块以链状相互连接,而每个节点至少有一个公私钥对。其中,公钥用于将节点作为发送方或接收方进行寻址,而关联私钥,则被发送方用来对正在发送的交易进行签名,并由接收方来对其进行赎回。除了要求正确的密钥来解密和访问数据外,还需要在参与节点之间达成协议,然后才能进行更改。这确保了区块链账本的所有副本在整个网络中都是同步的。每当链上发生更改时,系统都会通知网络中的每个节点。由于区块是以这种方式链接在一起的,因此区块链是难以篡改的、半匿名的带有时间戳的账本。

图1所示的概念,描述了区块如何以链的形式链接在一起,以及它们可能包含的数据类型。

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而区块链去中心化、分布式的性质也使得网络攻击变得更加困难。由于账本的副本存在于P2P网络中的每个节点上,因此可实现交易数据的恢复。即便其中一个节点受到威胁或攻击,区块链网络中的信息和连接将依旧保持正常,这是因为它存在于所有其他节点中。由此,区块链也可以防止未经授权的数据修改。

截至目前,区块链主要有三种类型:公链、私链和联盟链,而区块链类型的选择要取决于用例,因为每种用例都有自己的功能要求。

顾名思义,公链是对公众开放的,它们是不需要许可的区块链,这意味着任何人都可以加入区块链网络来参与发生的交易。当一个节点尝试执行某项操作(例如修改或添加值)时,网络上的所有节点都会收到通知,并参与决策过程。公链最流行的一个例子就是比特币,任何人都可以加入比特币网络并参与区块链管理。

而私有链,则可能对组织是更有利的,此类型区块链仅适用于组织内的雇员,前提是他们选择成为节点并参与交易。对于组织外部的用户来说,私链是不可访问的,因此,我们也可以将这种区块链系统视为中心化系统。

而联盟链则要比私有链更开放一些,但由于它们对公众开放的权限有限,它们也可以被视为许可公链。在这种类型的区块链中,一组被选定的实体会参与交易验证以及区块链的管理。而公共用户可能会具有读取权限,但无法参与用于共识的决策过程。

而常见的共识算法有工作量证明(PoW)、权益证明(PoS)、实用拜占庭容错(PBFT)等。

1、2 区块链在医疗保健领域中的应用

虽然区块链最初被用于加密货币和金融交易,但也有其他应用需要用到不可更改、可跟踪的账本系统。而医疗保健,正是区块链可产生积极影响的一个主要领域之一。将区块链与电子病历系统集成,可有效帮助解决当前医疗基础设施中存在的一些问题。例如,患者可以对其数据传输给谁拥有更多的控制权。而当另一方(例如他们所指的医生或保险公司)试图与他人共享数据时,患者就会收到通知。由于被通知,患者将能够决定是否同意与他人共享其数据,并可以选择哪些人可以查看其医疗信息。

区块链为医疗保健带来的另一项改进,是能够保护EMR免受未经授权的查看和修改。按照区块链中交易发生的方式,除非用户持有访问数据所需的凭据,否则他是无权查看数据的。这有助于提高患者的隐私和安全性,因为只有授权方才能在通知患者的同时访问他们的数据。数据完整性之所以得以保留,是因为交易的不变性以及交易在区块链上的存储顺序。除非用户被授权并有权修改数据,否则数据就无法被修改。因此,患者将能够更自信地知道谁查看了他们的个人和机密健康信息。根据区块链的实现,患者可能拥有其数据的加密密钥,因此他们将能够选择哪些人有权查看其医疗信息。

而区块链的去中心化特性,确保了患者数据不仅可免受可能导致停机的攻击,而且还可以实现恢复。在传统的中心化存储环境中,患者记录将存储在可从医院内任何地方访问的数据库中。如果数据库遭到破坏或攻击,则可能会削弱员工访问病历的能力。万一有恶意方决定销毁数据,除非将文件备份到另一个系统上,否则EMR可能就无法恢复。而在区块链中,数据是分布式的,因此它们存在于网络中的所有节点上,从而在丢失或损坏的情况下可以进行恢复。

此外,区块链还允许将医院、保险公司和药店连接在一起,以改进提供的服务。而对当前医疗基础设施有益的一个例子,就是药物处方。当医生为患者开药时,授权药房和保险公司可以对其进行查看。药剂师将可以轻松地与相关的保险公司联系,以发现该药物是否属于患者的保险计划之列。将这些当事方联系在一起,可以减少目前为患者开具处方所需的文书工作和工作量。

图2描绘了如何通过区块链将参与医疗保健的各方进行连接的概念模型。

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1、3 区块链在个性化医疗中的应用

随着EHR和EMR的引入,以及医疗系统的不断发展,个性化医疗越来越受欢迎。个性化医疗的概念围绕着根据某些常见因素(如基因组数据、种族、年龄或性别),然后对患者进行分类(例如,可根据测试收集的基因组数据对患者进行分类)。由于基因变异,患者可能面临的任何健康风险都可通过测试显示出来,看护人员也可以根据这些风险对患者进行分类。然后根据每个类别的特点,相应地提供治疗和健康计划。由于群体成员之间可能存在共同的健康问题,患者群体也可能成为药品广告的目标。

尽管个性化医疗为进一步改善医疗保健(尤其是电子医疗保健)铺平了道路,但这种模式可能会产生一些问题。首先要关注的是患者数据隐私的普遍问题。例如,通过基因组测试收集的患者数据可能还包括家庭健康风险。与此相关的一个问题是,有必要告知患者家属可能的家族健康风险,即使患者同意接受测试,他们也可能不同意暴露其基因组。与患者隐私有关的另一个问题是,可能需要患者的健康数据进行另一项研究,而患者有不同意的可能。这些隐私问题阻碍了患者对系统的信心,并可能阻止他们寻求医疗保健

缺乏信心,害怕尴尬或泄露私人信息可能导致患者不愿提供准确信息,或在某些情况下可能提供虚假信息,从而影响治疗方案,引起公众健康担忧,甚至导致严重的健康并发症和死亡。

另一个问题是从患者那里收集的健康数据的可用性。运行测试的实验室可以将结果和原始数据存储在其服务器上。但是,如果由于任何原因需要另一方访问数据,则可能无法访问。请求访问数据并等待批准可能会花费一些时间,并且给看护者和需要征得他们同意的患者带来诸多不便。

而将区块链集成到个性化医学模型中,可以解决这些问题。只有拥有密钥以对数据进行解密的授权方才可以进行加密交易,从而可以防止其他人查看与其无关的健康数据。这增加了患者对医疗系统的信心,他们可确定只有少数人可以查看他们的私人信息,而每次交易发生时收到的通知以及所有交易的记录,也可以帮助患者放松心情。这种改进的可用性,为患者提供了向研究人员捐赠甚至出售其健康数据的机会,以供未来的患者及实验使用。

图3总结了如何将区块链集成到个性化医疗中。

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由患者和现有临床记录生成的数据,在被存储到数据库或数据湖之前会经历加密和数字签名处理,这是因为原始数据量太过庞大的原因。来自临床试验的数据,也能以相同的方式记录和存储,研究人员能够追溯结果以发现数据的模式和相关性。当请求数据时,它会先经过身份验证和解密,然后再将数据透露给患者或看护人。从图3可以看出,区块链可以用作索引,以将用户链接到要查找的数据的实际位置。由于来自多个来源的原始数据(例如图像或实验室结果)可能会导致单个患者的文件很大,因此只能在区块链上传达数据链接。 而实际数据将严格存储在链下数据湖中。MedRec和Stony Brook Oncology项目就是这样的例子。使用此模型,患者不仅可以选择谁可以访问其数据,还可以选择出售数据或将其直接交给研究机构和制药公司。 除此之外,制药和保险公司还可以通过请求和利用存储的数据,以寻找区块链网络的潜在参与者。有关更多详细信息,请参见参考文献:《区块链技术在医学中的应用机会

1、4 区块链医疗框架的发展

自2016年区块链与医学研究被首次提出以来,研究人员在实施区块链以改善医疗基础设施方面已取得了显著进展。

据信,首个用于医疗保健目的的区块链系统是由麻省理工学院(MIT)完成的,该学院的研究人员开发了一个MedRec项目,其目的是改善EMR的处理和交换。最初,该提案的作者试图解决四个主要问题:数据分散、互操作性、以患者为中心以及数据的研究。研究人员设计了三种合约来处理数据查询并在患者和看护者之间建立联系。然而,关于节点安全性、可扩展性以及来自区块链内连接的患者推断仍然存在着问题。在2018年,MedRec演变成一个可用的系统,并解决了第一次迭代中存在的一些问题。 MedRec 2.0通过引入通信的假名性来解决患者从交易中进行推断的问题,并改变了信息在区块链上的存储方式,以解决一些可扩展性和隐私问题。然而,从以太坊地址的元数据以及节点或提供商数据库的安全性来看,患者推断仍然是一个问题。

MedRec项目详细资料链接:https://medrec.media.mit.edu/technical/

与此同时,越来越多的区块链医疗方案和系统开始涌现,而它们着重讨论的两个主题是:

  1. 如何将区块链与医疗集成以改善不同领域的服务;
  2. 如何使用区块链来改善EHR和EMR的处理;
而论文作者则对34篇相关文献进行了全面评审,图4总结了这些论文的类型:

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如图4所示,与其他类型的论文相比,在2017年和2018年,我们可以看到更多与区块链医疗基础设施有关的模型提案涌现了出来。该图还显示,2019年的文献综述有所增加,这可能是由于研究者在2017年和2018年发表的模型和理论论文数量过多所致。而根据这些文献,我们就可以回顾这些工作,以确定区块链在医疗领域研究存在的问题,以及未来可能的关注重点。

其中,这些文献特别关注的一个领域是使用区块链技术来改善EHR和EMR服务。图5描述了这种趋势。

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而这些模型或理论工作,主要使用的是两种平台:以太坊和超级账本Fabric。

其中,大多数模型和理论(19篇研究论文)建议使用以太坊作为基础平台,而另外有4篇文献则讨论使用超级账本Fabric框架。

而在13个实践项目当中,有10个项目选择使用了以太坊,而其他3个项目则使用了超级账本Fabric,如图6所示:

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这些项目当中,大多数都试图遵守HIPAA指定的数据隐私法规,它们还实施了假名技术,以便在链内交易期间掩盖患者的身份。虽然这些项目解决了隐私和安全问题,但仍有一些技术问题有待解决。 例如,某些项目面临着系统可扩展性问题。在测试时,这可能不会造成问题,但在实际应用时就需要考虑到用户数量。

 这些项目的时间表可以在图7中看到:

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1、5 讨论

在审阅了有关如何使用区块链来改善当前医疗系统的文献之后,我们可以尝试回答以下这些问题:

问题1:如何使用区块链来改善医疗保健信息系统?

答:问题2: 为医疗保健系统实施区块链时,重点关注的领域是什么?

答:问题3: 还有哪些尚待解决的问题?

答:问题4: 可以将区块链与人工智能相结合,以进一步优化个性化医疗吗?

答:

1、6 结论

为了使患者对医疗专业人员及其诊所更有信心,我们需要解决当前医疗保健系统中存在的安全性和隐私问题。而EMR管理是需要重点关注的一个领域,数字化医疗记录简化了它们的存储和共享。但是,这仍然存在以下问题:未经授权的访问和披露,可以被视为单一攻击点的集中式系统,以及在拜访多名医疗专业人员的情况下存在的,患者医疗信息的碎片化问题。

为了解决这些问题,研究人员正在转向区块链,随着时间的流逝,原始的区块链基础设施已经有了一些发展,因此它不仅可被用于加密货币和金融交易,研究人员已在研究可用于改善当前医疗系统的区块链方法。由于区块链具有不可篡改、透明、去中心化的性质,因此可以将其用作数字账本,以简化患者、护理人员和保险公司之间的通信。

尽管如此,现有的医疗区块链解决方案,也面临着一些需要解决的问题,例如可扩展性问题以及节点安全性问题(尽管区块链是安全的,但受到破坏的单个节点也可能会影响整个链)。由于存在节点受损的风险,还需要解决密钥生成和替换的问题,以便用户可以尽快恢复使用区块链。

总体而言,将区块链集成到医疗基础设施中显示出了巨大的潜力。在这一领域的持续研究,将有利于医疗保健提供者、患者和其他相关方(如研究机构和保险公司)。一旦区块链的剩余问题被克服,医疗系统就可以有效得到发展,从而有利于每个人。

二、硬核技术文章一月精选

2、1 关于错误性证明(Fault Proof)的沉思(一)

一般而言,我们会将 Fault Proof 认为是与 Layer-2 相关的概念,是 Layer-2 将自己的状态报告给 Layer-1 时采取的模式。但在本文中,作者使用的是广义的错误性证明概念,考虑的是如何设计一种错误性证明模式,使 SPV 节点(近似于所谓的 “轻节点”)获得更高的安全性。

作者:Paul Sztorc ,译者:IAN LIU & 阿剑

文章链接:https://www.8btc.com/article/547929

2、2 私钥丢失也能找回?五分钟了解V神的秘密多重签名恢复方案

丢失钱包密码或私钥是加密货币用户经常会遇到的问题,那能否有方法可在最小化信任的同时,恢复丢失的密钥呢?这正是以太坊联合创始人vitalik等人正在探索的一个方向,而他们已编写了一个新的EIP(以太坊改进提案),并将其命名为秘密多重签名恢复(Secret Multisig Recovery)方案。

作者:Vitalik Buterin等人

文章链接:https://www.8btc.com/article/548303

2、3 Mimblewimble可实现非交互式交易,莱特币、Grin等将受益

当前的Mimblewimble协议,其交易要求发送方和接收方同时在线交互才能实现,从而阻碍了相关项目的大规模应用。而在近日,Grin++钱包开发者David Burkett提出了一种支持Mimblewimble非交互式交易的提案,其可适用于莱特币、Grin等区块链项目。

作者:David Burkett

文章链接:https://www.8btc.com/article/551018

2、4 安全多方计算MPC正热,如何通过MPC管理密钥?

密钥管理是一个正在变得越来越重要的概念,已经成为区块链领域重要的基础设施。当数字货币或 Token 更多的被交易和使用,而不仅仅被一劳永逸地存储时,通过私钥或钱包密码使用资产的方式既不安全,也不友好,更难以满足诸多应用场景的需求。

基于 MPC(安全多方计算)的门限签名方式与多重签名方式是两种不同的密钥管理方法,在这篇文章中,PlatON 算法科学家谢翔博士介绍了基于 MPC 的密钥管理,以及这种方式与多重签名方式的本质区别。

撰文:李画

文章链接:https://www.8btc.com/media/551767

三、主流区块链项目技术进展

3、1 以太坊开发更新进展

以太坊1.X更新内容:
  1. 无状态以太坊客户端研究最新进展
  2. Parity v2.7.1版本客户端发布
  3. Nethermind v1.5.8 版本客户端发布
以太坊2.0研发更新内容:
  1. Lighthouse客户端更新:大区块处理和同步加速等内容
  2. Prysmatic客户端更新:同步速度提高10倍
  3. 最新的Eth2网络开发者会议内容
  4. 无状态EE和延迟区块包含(delayed block inclusion)

3、2 比特币开发更新

  1. LND升级到0.9.0-beta版本:这个新的主要版本改进了访问控制列表机制(“macaroons”),支持接收多路径支付等
  2. Bitcoin Core 0.19.1rc1进入测试期:即将发布的维护版本core软件包括几个漏洞修复
  3. Pieter Wuille发布Schnorr签名和Taproot提案BIP:Schnorr/Taproot提案现在被分配为BIP 340、BIP341以及BIP342
更多更新内容:https://bitcoinops.org/en/newsletters/2020/01/29/

3、3 超级账本Fabric 2.0版本正式发布

超级账本(Hyperledger)联盟正式发布了其企业分布式账本(DLT)平台Hyperledger Fabric的2.0版,据悉,该版本增加了几个主要功能,并改进了不同参与者之间的交流方式。

文章链接:https://www.8btc.com/article/550790

本期的分享就到这里啦,下周再见~

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