区块链基本概念 区块链是一种去中心化的分布式数据库，按时间顺序将不断产生的信息区块以顺序相连的方式组合在一起，使所有交易可以查询和跟踪，并利用密码技术保证数据不可篡改和伪造，其特点是：①区块按产生的时间顺序链接，当前区块有上一个区块的哈希值，区块间的链接不可篡改，具有可验证性和可追溯性。②基于分布式系统结构下的数据组织管理，借助共识机制构建节点间信任关系，利用高度冗余抵御黑客攻击，从而形成安全可信任的分布式系统。③采用非对称加密算法对数据进行加密，保证数据不被泄露和篡改，数据安全可信。

哈希函数 哈希函数可以把任意长度的一段信息转换成固定长度的哈希值，哈希值又称摘要、指纹。其特点是：①不可逆性：对于任意长度的信息，可以很容易地计算出其哈希值，但对于某一给定哈希值，则很难反推出原始信息。②雪崩效应：不同的信息，不会得到相同的哈希值。两段信息只要有一点点差异，那么得到的哈希值就会大不相同。③强抗碰撞性：很难找到两段不同的信息，使其哈希值相同。

非对称加密算法 非对称加密算法在加密和解密时使用不同的密钥。对外公开的称为公钥，对外保密的称为私钥。通讯时，发送方用公钥加密信息，接收方用私钥解密信息，反之亦然。非对称性加密不仅能保护明文和密钥，还可以进行身份认证。数字签名就是利用哈希函数和非对称加密等技术，在区块链中实现签名者身份确认和信息真实性、完整性验证。

IPFS星际文件系统 IPFS（InterPlanetary File System）是一个分布式存储和共享文件的网络传输协议，具有内容寻址、不可篡改、去中心化等特点。在存储文件时，IPFS系统将会返回基于该文件计算得出的唯一哈希值，然后把大文件分割成许多小块，分散存储在不同的节点中。当读取文件时，首先从一个全局哈希表找到文件所在的节点，然后同时从多个节点下载文件并进行验证。

基于区块链技术的电子处方共享流转模型是通过将医院、药店、物流和患者等参与方相关业务数据推送上链，在确保数据安全和个人隐私的前提下，对电子处方共享流转全过程数据进行记录、监督和管理，实现电子处方和药品信息的互联互通，完成电子处方从开具、审核、支付、复核、调剂、取药、配送到用药咨询服务全业务流程，为患者提供药学服务，为政府部门监管、追溯、决策提供数据支撑。

模型架构 基于电子处方共享流转应用的特点，受制于现有区块链交易性能（TPS）和节点存储能力的不足，模型采用区块链与IPFS 相结合的方式，区块链上仅存储数据摘要，完整的业务数据存储在链下的IPFS 分布式集群中，并基于哈希值建立链上链下的映射关系。

模型总体架构见图1。总体架构分为4个部分，分别是用户、外部应用系统、前端应用和区块链核心系统。区块链核心系统按照统一接口和业务规范，与多个外部应用系统进行数据交互。

模型联盟链 本模型采用联盟链，采取身份许可与权限管理，以获得更好的隐私保护和更高的安全性。

（1）联盟链节点分为3类：第1类节点是监管机构，包括卫生健康委、药监局、医保局等，负责审核节点合法性验证和准入，并实施资质管理、评估和退出机制；第2类是电子处方共享流转的参与者，包括医院、药店、物流企业、医师、药师等；第3类是患者。

（2）采用改进的DPOS与PBFT相结合的可监管的共识机制。将第2类节点按一定条件进行综合评分，分为3组，选取前N个作为记账节点群A，负责区块生成和链式结构数据维护；后M个节点作为验证节点群B，负责区块验证；剩余的节点作为普通节点群C。在记账节点群A和验证节点群B实行升降级制度，建立节点信誉积分奖罚机制，并在每个轮次后将A排名后几位降级至B，将B排名前几位升级至A。在区块验证阶段，引入监管机制，在第1类节点中，轮流指定数量固定的11个监管机构作为监督节点群D，与验证节点群B分别通过PBFT机制达成共识。当区块通过双重验证时，则产生该区块，否则丢弃。

（3）为提高系统性能，增强系统可扩展性，针对不同业务建立多个联盟链，分别记录各环节的业务数据，包括处方链、审核链、支付链、调剂链、配送链和药事服务链等。将处方链作为父链，其他联盟链作为子链，父链和子链通过哈希值进行双向锚定建立关联。

处方链：记录电子处方哈希值和医师签名等信息，信息来源于医院HIS系统推送。利用非对称加密和哈希函数，确保电子处方是由签名医师本人出具，且未被篡改，为事后处方审计提供凭证和监督依据。

审核链：记录药师对处方的审核意见和药师签名，确保审方过程全程留痕可追溯。

支付链：记录订单支付信息，信息来源于各种支付系统，包括药店名称、取药方式和支付明细等。

调剂链：记录药品调剂和药师签名等信息，信息来源于药店ERP系统。确保药品调配身份可信、调配过程可追溯。

配送链：记录药品配送物流信息，信息来源于物流企业业务系统，包括药品配送的温湿度要求，冷链运输要求等。

药事服务链：记录每次对患者提供的药学延伸服务，如药物咨询、 用药指导及不良反应追踪等服务，保障患者用药安全。

模型运转流程 主要包括以下6个环节：

（1）患者完成问诊，医师用HIS系统开具电子处方后，先计算电子处方的哈希值，并用医师私钥进行加密得到医师签名，然后用目标区块链节点的公钥将电子处方和医师签名进行加密，并将其推送到区块链目标节点；节点验证电子处方的真实性和完整性后，将电子处方完整信息加密存储在IPFS集群，将电子处方摘要及存储地址、患者公钥和医师签名等数据打包成新区块添加到处方链。

（2）药师首先验证处方的真实性和有效性，然后对处方进行审核，出具审核意见并签名。最后将审核意见和药师签名等数据打包成块添加到审核链。未通过审核的处方，将推送给医师修改或重新开具。

（3）处方审核通过之后，系统检索匹配满足处方需求的合规药店信息，确定可供选择的药店名单，并生成询价订单，最后将订单信息和处方发送到患者手机上。

（4）首先验证处方的有效性，包括处方有效期，是否重复使用等，然后患者选择药店、支付方式和取药方式，并支付订单。最后将订单信息和支付信息加密存储在IPFS集群，并将信息摘要添加到支付链。

（5）药店确认订单，在验证确认处方的真实性和有效性后，由药师进行复核、调剂并签名，完成现场发药或快递配送，最后将完整的调剂和配送物流等详细信息加密存储在IPFS集群，将包含药品信息摘要、复核调剂药师签名等信息存储添加到调剂链，将配送物流信息的IPFS存储地址存到配送链。

（6）将药师为患者提供药学延伸服务信息加密存储在IPFS集群，并将其摘要存储到药事服务链。

模型采用多条联盟链来提高系统的可扩展性；使用IPFS分布式集群提高系统的存储能力；采用优化的可监管的共识机制，在提高出块效率的同时，增强可监管能力；通过身份管理、多链隔离、数据加密、智能合约等访问控制策略，防止信息泄露，保护患者隐私。

模型在保证数据安全的前提下，克服区块链存储能力小、吞吐能力低的缺点，提高系统的整体性能。陈明阳等人的研究采用单联盟链，由政府机关扮演授权认证中心的角色，负责节点准入和验证；翟社平等人的研究采用私有链与联盟链结合的双链结构和委托权益证明DPOS共识算法；陈云龙等人的研究采用单联盟链结构和基于权威证明POA的共识算法，并利用IPFS提高扩展性。表1从5个维度将本研究中的模型与文献中的方案进行了对比。可以看出，本模型在整体性能和可扩展性上具有一定的优势。

基于区块链技术，结合IPFS分布式集群技术，实现对多个业务数据的有效整合，构造了一个链上链下相融合的技术方案。解决了电子处方共享流转过程中存在的数据安全、隐私保护和监管障碍等问题，可防止处方滥用，促进合理用药，保障用药安全，推动电子处方的共享流转。利用区块链技术，可为医疗健康数据跨部门、跨行业的互联互通，提供安全、可靠、经济、高效的技术解决方案。

责任编辑：亦欣

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