医疗数据涉及用户隐私,如何安全地存储与共享医疗数据是医疗行业领域中的难点。一方面,医疗数据具有极大的价值,对其合理地运用能够推动医疗行业健康发展;另一方面,医疗数据具有极其敏感的隐私性,如何保护医疗数据在共享过程中的隐私是又一大难题。除此之外,传统医疗行业中心化的存储方式会导致医疗数据“孤岛化”现象,医疗数据在不同机构间共享效率低。
区块链技术具有去中心化、不可篡改、可溯源等特点,为医疗数据的保护与共享提供了新的思路;而匿名隐私保护算法则能够针对隐私数据泄露的问题,对数据中的敏感信息进行处理,以降低用户隐私泄露的风险。
首先,本文针对实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)的不足,设计了效率更高的共识算法;然后,基于医疗数据隐私保护设计了满足用户个性化隐私保护需求的匿名隐私保护算法;最后,结合提出的这些算法,设计了一种基于区块链的医疗数据隐私保护与共享系统。本文的主要工作如下:
(1)提出一种基于信誉模型的改进PBFT算法。针对PBFT共识算法主节点选取随意以及节点无法动态加入/退出共识网络的问题,引入信誉评估机制与节点动态加入/退出机制,设计了基于信誉模型的实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance Based on Reputation,PBFT-BR)。实验对比证明改进后的算法具有更高的效率以及更广的适用场景。
(2)提出一种基于医疗数据隐私保护的6)-匿名改进算法。针对OTF算法在构造泛化层次合并节点时,没有考虑节点出现频率的问题,设计了基于频率的OTF算法(On The Fly Algorithm Based on Frequency,OTF-BF),降低算法在构造泛化层次时的信息损失;针对Progressive算法对敏感值的约束阈值全局单一化,没有考虑不同敏感属性值敏感程度不同的问题,设计了敏感值个性化的Progressive算法(Sensitivity-Personalized Progressive,SPP),为不同的敏感属性值设置不同的频率约束,并允许用户指定个人数据的隐私保护水平以满足个性化隐私保护需求。实验对比证明改进后算法能够降低医疗数据匿名化过程中的信息损失,能够更好地保证医疗隐私数据的安全性。
(3)结合本文提出的PBFT-BR共识算法以及SPP匿名隐私保护算法,设计了一种基于区块链的医疗数据隐私保护与共享系统,分析了系统的功能需求,对系统进行了实现。使用区块链来实现数据的安全保护与高效共享,使用PBFT-BR共识算法提高系统性能;使用SPP匿名隐私保护算法,在数据共享时保护用户隐私。对该系统进行测试分析,验证了系统的有效性与稳定性。
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