Использование децентрализованных приложений на основе технологии блокчейн

3. Вход в систему.

Сценарий «Пациент > Врач»

1. Пациент выбирает врача и пишет ему письмо

2. Пациент выбирает срез данных для отправки врачу

3. Выбранные данные скачиваются из google fit, преобразуются в формат данных json и вместе с тестом письма загружаются в ipfs

4. Получение хэш-ссылки на письмо пациента загруженный в ipfs

5. Осуществление передачи врачу письма от пациента при помощи смарт-контракта - function addRecord ()

6. Врач открывает письмо - function getClients ()

7. При открытии письма срабатывает функция для получения хэш-ссылки на текст письма на ipfs - function getRecord ()

Сценарий «Врач > Пациент»

1. Врач пишет текст ответа, текст отправляется в ipfs

2. Получение хэш-ссылки на текст письма загруженный в ipfs

3. Осуществление передачи пациенту письма от врача при помощи смарт-контракта - function addRecord ()

4. Пациент открывает письмо - function getClients ()

5. При открытии письма срабатывает функция для получения хэш-ссылки на текст письма на ipfs - function getRecord ()

Функции двух используемых смарт-контрактов представлена на рис.22

Рис. 22 Функции смарт-контрактов

Фрагмент текста программы:

1. Реализация смарт-контракта учетной записи пользователя.

pragma solidity ^0.4.4;

contract UserHolder {

struct User {

string email;

}

mapping (address => User) Users;

event NewClient(address _user);

function UserHolder() {}

function addClient(string email) returns (bool created) {

if (bytes(Users[msg.sender].email).length != 0) { /*msg.sender - адрес вычисленный из публичного ключа*/

return false;

}

Users[msg.sender] = User(email);

NewClient(msg.sender);

return true;

}

function isExists() returns (bool) {

return bytes(Users[msg.sender].email).length != 0;

}

function getMail() returns (string) {

return Users[msg.sender].email;

}

}

2. Реализация смарт-контракта для отправки и получения сообщения между пользователями платформы

pragma solidity ^0.4.4;

contract RecordHolder {

struct Record {

address ipfs;

address to;

}

struct Relation {

address[] clients;

}

mapping(address => Record) Records;

mapping(address => Relation) Relations;

function RecordHolder() {}

function addRecord(address to, address ipfs) returns (bool created) {

Records[msg.sender] = Record(ipfs, to);

Relations[to].clients.push(msg.sender);

return true;

}

function getClients() constant returns (address[]) {

return Relations[msg.sender].clients;

}

function getRecord(address client) constant returns (address) {

address ipfs;

for (uint i=0; i < Relations[msg.sender].clients.length && ipfs == 0; i++) {

if(Relations[msg.sender].clients[i] == client){

ipfs = Records[client].ipfs;

}

}

return ipfs;

}

}

4.7 Проектирование пользовательского интерфейса

Разрабатываемой автоматизированной системой будут пользоваться двое пользователей:

- Врач (медицинский работник);

- Пациент;

Каждый пользователь выполняет разные задачи и функции, ведет диалог с системой. Интерфейс является диалогом между пользователем и системой. В приложении 2 представлены скриншоты пользовательского интерфейса.

5. Экономика. Стоимость использования

Расходы по работе на нашей платформе должны быть минимизированы. Пользователю должно быть выгодно пользоваться платформой.

Действия по пересылке данных в блокчейне - осуществляется за отдельную плату, поэтому модель должна быть продумана так, чтобы списывание денег, было связано с передачей данных врачу или пациенту.

В блокчейне будут храниться взаимоотношения между пациентом и врачом (ссылки - ассоциации будут являться ссылками на хранилище: например, история болезни (определенная инфо из медкарты, а не вся инфа) и назначение врача, а сам массив информации будет храниться в ipfs.

Предположительно, пользователи будут платить за платить: регистрацию на платформе, и за передачу данных (ссылок). Рассчитаем стоимость пересылки передача одной ссылки на базу данных где хранится информация и стоимость регистрации:

1. Сколько байт передаем, стоимость хранения байта в смарт-контракте - 0.00034 eth за 1 байт.

2. Смотрим сколько весят id точек - 32 bytes (ipfs всегда генерирует хеши одинаковой длины)

Стоимость хранения id = 0.00034 * 32 * 600$ (1 ether) = 2.45$

3. Стоимость регистрации пользователя = 0.00034 * (длину email адреса) * 600$. Пример почта abzlik@gmail.com: т.к. @gmail.com не учитывается при регистрации, то длина почты составит 6 символов, что обойдется в 0.00034 * 6 * 600$ = 1.225$

6. Анализ научно-исследовательской и практической значимости проведенных исследований

Блокчейн - механизм, способный обеспечить надежный учет данных. Фальсификацию данных легче организовать, когда данные хранятся на одном центральном сервере, в нескольких - будет труднее. Идея децентрализованных узлов в том, что запись информация происходит одновременно на некоторое количество нод - узлов. Данные записываются в виде блоков. Неизменяемость данных реализована тем, что новый блок связывается с предыдущим с помощью хэш функций, для расчета которого используется хэш-функция предыдущего блока.

Технологию Bitcoin не взломали ни разу за 7 лет ее функционирования. Если технология может обеспечить доверие в сфере переводов финансовых средств, то и в медицине она имеет будущее.

До предложения использования технологии в новой сфере, необходимо разобраться с тем, где разумно использовать главные преимущества децентрализованного хранения - увеличения уровня доверия, скорости рассмотрения и подписание документов, уменьшение затрат за счет урезания числа посредников. Нужно выявить проблемные места и посмотреть, принесет ли пользу использование новой технологии.

Медицинские карты

В промышленности уже давно нашли применение методам предсказательной аналитики, которые дают возможность на основе базы цифровой модели устройства, обновляемой, при получении новых данных, прогнозировать поломку узлов и предупредить аварийные случаи. А для человека, являющегося самым ценным ресурсом экономики, даже не налажен электронный сбор и хранение всей необходимой и важной информации, касающейся здоровья. Стопки анализов и заключения врачей вклеиваются в карточки в разных поликлиниках и служат только для оперативного анализа. После получения анализов, лечащий врач назначает лечение, а про данные забывают.

Лучше обстоят дела в частных медицинских клиниках, где медицинские карты пациентов хранятся в электронном виде в базах данных. Однако, эти данные не будут доступны в других коммерческих и государственных медицинских организациях.

Разработки по созданию медицинских карт в электронном виде проводятся в рамках Единой государственной информационной системы здравоохранения (ЕГИСЗ) не первый год. Анализы чаще поступают к врачу в электронном виде, ведутся обсуждения по подключению информационных систем частных медицинских учреждений и коммерческих лабораторий к региональному сегменту интеграционной шины ЕГИСЗ, для возможности предоставить полномасштабный доступ пациентов к своим данным.

Однако возникает вопрос - как гарантировать целость данных в электронных карточках? Во избежание случаев, когда клиника может исправлять назначения лечащего врача назначенные в прошлом, которые привели к летальному исходу или ухудшению здоровья пациента, для того чтобы избежать судебных последствий, нужно продумать механизм неизменяемости данных.

Для решения данной проблемы, может помочь технология - Blokchain. «Именно принцип работы технологии блокчейн, будет применяться при организации методов хранения медицинских карт в России», - высказалась глава Минздрава Вероника Скворцова на Восточно Экономическом форме в 2017 году. Неизменяемость записанных данных в децентрализованные узлы - одно из главных преимуществ использования новой технологии блокчейн.

Рассмотрим примеры проблем, которые способен решить блокчейн:

1. Как пользуясь услугами телемедицины, идентифицировать человека, находящегося по другую сторону экрана. Действительно ли это врач с необходимой квалификацией, к которому записывался пациент? Проверить подлинность его образования, ученой степени, рейтинг, количество удачных и неудачных операций, для оценки вероятности, что врач примет неверное решение.

Врач (если законом будет утверждена возможность дистанционного консультирования без проведения первичного очного приема) должен иметь подтвержденную информацию о том, кем является его пациент и что предоставленные анализы, медицинская карточка и история болезни его. Что он не выпишет рекомендации по лечению, больничный, заключение о профессиональной пригодности или инвалидности другому человеку.

Децентрализованные ноды с произвольным числом участников, где любой может выступать в качестве подтверждающего блоки, выглядят вполне надежными с точки зрения подтверждения достоверности, особенно при большом количестве узлов в сети. Есть основания полагать, что за данной технологией будущее, но в настоящем времени, скорее будут пробовать использовать сети с ограниченным числом участников. Например, в рамках сети одного медицинского учреждения.

В этом случае вполне перспективным будет выглядеть использование в медицине закрытых блокчейнов на платформах, создаваемых для бизнеса, таких как IBM Blockchain Platform, SAP Cloud Platform Blockchain (на базе Hyperledger), или решений типа, разработанного для американских правительственных ведомств сервиса на технологии блокчейн MS Azure Government Secret.

В числе отечественных проектов стоит отметить блокчейн-платформу, разрабатываемую ассоциацией Финтех при поддержке ЦБ РФ и использует соответствующую ГОСТ РФ криптографию, Мастерчейн, на базе Ethereum. Платформа не служит для удаленной идентификации, но идентификация может быть пройдена с необходимыми документами в бумажном варианте, в одном из пунктов проверки, как делается на сайте ФНС, при открытии личного кабинета.

Сценарии работы.

Системы документооборота, основанные на технологии блокчейн, могут быть использованы на каждом этапе отношений между медицинских учреждений и пациентов с целью подтверждения информации. Рассмотрим один из возможных примеров.

В страховую компанию X обращается клиент, X посылает пациента на удаленную консультацию к врачу, занося информацию в блокчейн.

Клиент удостоверяется в компетентности врача и при необходимости меняет его на специалиста с достаточной квалификацией по его мнению. После идентификации обеих сторон, врач проводит консультацию, просматривает результаты анализов и историю болезни пациента записанные в блокчейн, проводит осмотр и назначает лечение.

Назначение, записанное в блокчейн можно рассматривать как рецепт, который пациент посылает в интернет-аптеку и оплачивает заказ. Курьер доставляет лекарства, либо больной забирает лично из аптеки лекарства, предварительно проверяя их подлинность, просматривая в блокчейне срок изготовления, происхождение и способы поставки.

Страховая компания получает данные из блокчейна о проведенном лечении и оплачивает врачу его работу. Причем этот момент можно сделать автоматическим, производя оплату с помощью смарт-контракта.

Страховая компания имеет достоверные данные, что лечение действительно произведено и что она оплачивает не подделанные квитанции. Медицинская организация сразу получает деньги. Все это, увеличивает доверие и скорость процессов. А это именно то, что может обеспечить блокчейн в данном вопросе.

Также, нужно помнить о безопасности медицинских данных. В СССР пробовали экспериментировать с консультациями на расстоянии, и первый опыт был проведен в Крайнем Севере. Эксперимент с точки зрения защиты конфиденциальной информации пациента потерпел неудачу, о заболевании оленевода узнали в его селе. Поэтому вся информация в блокчейне с авторизованными участниками, должна быть зашифрована.

Технические проблемы и возможные пути решения

Осуществлять поиск и анализировать записи в блокчейне вручную не представляется возможны. А это значит, для того чтобы выбирать данные, относящиеся к тому или иному учреждению или пациенту, возникнет необходимость в построении информационной модели пациента.

Например, появившийся в 2016 году проект в США, под названием Gem, платформа предприятия GemOS дает возможность сторонам без угрозы безопасности данных передавать их и получать к ним доступ с необходимыми разрешениями и с полным соблюдением закона об охране и ответственности за информацию, полученную в результате медицинского страхования (HIPAA) внутри и между организациями. При этом платформа предоставляет возможность объединения блокчейн-систем на Ethereum и Hyperledger c системами идентификации, облаками и различными приложениями.

У медицинских ИТ-специалистов возникает еще один важный вопрос, - объем информации. В каждом узле распределенной сети хранится вся база, так что при использовании файлов с объемами информации, которые требует много памяти, таких как рентгеновские снимки или узи, базы данных могут в короткие сроки заполниться.

В связи с этим, нет необходимости сохранять полные снимки с процедур обследования в блокчейне. Для этого лучше подойдут традиционные базы данных. Блокчейн - только средство обеспечения доверия. В нем достаточно хранить хэш используемого файла, и тогда легко можно будет проверить его подлинность. А саму информацию хранить более привычным образом, в SQL- и NOSQL-базах или в новой технологии IPFS.

Необходим ли врач?

В 2017 года, проект doc.ai родом из Америки, анонсировал, что его технологическая платформа по обработке текстов на естественных языках, основанная на блокчейне, будет оказывать услуги медицинским организациям, а именно, возможность их пациентам обращаться к искусственномц интеллекту 24/7 с консультациями по поводу своего здоровья. Не ожидается, что платформа будет способна заменить квалифицированных врачей, но некоторое количество медицинского персонала, вполне вытеснит. Платформа обучаемая и не может быть и речи об ухудшении уровня знаний в профессиональной области, так как информация о последних новинках медицины и методах лечения у нее будет.

Использование технологии децентрализованного хранения может плодотворно сказаться на российской медицине. Это осознают и в Минздраве России. В декабре 2017 года при поддержке министерства и Внешэкономбанка прошел конкурс блокчейн-решений в области здравоохранения. Области применения может быть много, это и цифровой контроль рекомендаций данных пациенту и следования им, оптимизация исследования лекарств, оптимизация процессов приобретения, например, путем организации «пулов» закупок для пациентов.

7. Заключение

Одной из ключевых проблем при создании Единой государственной информационной системы в области здравоохранения, будет гарантия обеспечения безопасности персональных медицинских данных населения.

Для обеспечения защиты информации необходимо использовать комплексное решение, которое будет включать в себя организационные, технические и правовые меры защиты. При этом каждый рассматриваемый случай будет уникальным и уровни безопасности и применяемые меры будут зависеть от ряда факторов, таких как, объем обрабатываемых данных, степень чувствительности данных, количество лиц, имеющих доступ к данным, добровольность/обязательность передачи данных в обработку, динамизм/статичность данных, хранящихся в базе и т.п. Информационные системы персональных данных, используемых в телемедицине, обладают такими характеристиками, которые требуют наибольшего уровня защиты. Задачи, которые требуют обеспечения безопасности информационных систем в телемедицине являются: предоставление доступа к персональным записям о здоровье граждан только лицам с законным и обоснованным интересом (в том числе внутри медицинской организации); обеспечение физической безопасности IT-инфраструктуры, используемой в телемедицине; применение технологий шифрования информации при ее передаче по каналам связи и др.

Важно разрабатывать информационные системы по телемедицине с условием обеспечения безопасности, учитывая специфические угрозы, характерные для телемедицинских технологий.

Для решения поставленной задачи была выбрана технология - блокчейн, благодаря которому, децентрализованный консенсус стал возможен. Однако, до предложения использования технологии в новой сфере, необходимо разобраться с тем, где разумно использовать главные преимущества децентрализованного хранения - увеличения уровня доверия, скорости рассмотрения и подписание документов, уменьшение затрат за счет урезания числа посредников. Нужно выявить проблемные места и посмотреть, принесет ли пользу использование новой технологии.

В ходе работы, было проведено исследование на предмет возможности использования децентрализованных приложений на основе технологии блокчейн для организации системы защиты информации в области телемедицины, с целью повышения уровня надежности хранения и передачи информации между врачом и пациентом. Для этого:

- Выявлены критерии, которым должны соответствовать приложения по телемедицине

- Проведен анализ на соответствие заданным критериям существующих платформ по телемедицине и их реализация обеспечения защиты хранения и передачи персональных данных. По результату анализа, сделаны выводы о несоответствии существующих систем, необходимым критериям и предложена альтернатива, в виде децентрализованных приложений.

- Проведено исследование на предмет возможности использования децентрализованных приложений для организации системы защиты информации, путем рассмотрения, сравнения и проведения анализа преимуществ и недостатков разных технологий, таких как, блокчейн, смарт-контракты, платформы для работы со смарт-контрактами и IPFS, рассматриваемых для достижения поставленной цели. Выбор каждой технологии обосновывается.

- Построена функциональная модель разрабатываемого комплекса, рассмотрен план интеграции с существующим комплексом по мониторингу сердечного ритма.

- Разработана система защиты информации на уровне хранения и передаче данных между пользователями платформы, для разработанной ранее платформы по мониторингу сердечного ритма.

- Рассмотрена возможность использования идей децентрализованного хранения и передачи данных в области телемедицины, практическая и теоретическая значимость проведенного исследования, значимость разработанного решения.

Проведенное исследование позволит ускорить процесс повсеместного внедрения телемедицины, путем решения части проблем, связанных с развитием данной области, в частности, защиты персональных медицинских данных. Разработанная система наглядно демонстрирует возможность использования децентрализованных приложений в телемедицине для обеспечения конфиденциальности, управления и защиты обмена персональных медицинских данных,

8. Список литературы

1. Abzalova L.R. «Long - Running predictions in pulse measuring tasks». Available at: http://scientific-publication.com/images/PDF/2017/26/long-running.pdf (accessed January, 2018).

2. Ethereum Whitepaper. Available at: https://coss.io/documents/white-papers/ethereum.pdf.

3. Telemedicine today. Available at: http://www.techracers.com/blockchain-technology-telemedicine (accessed January, 2018).

4. ResearchGate. Available at: https://gem.co/wp-content/uploads/2017/09/A.-Schumacher-2017-Blockchain-Healthcare-Strategy-Guide.pdf (accessed January, 2018).

5. Deloitte research. Available at: https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/us/Documents/public-sector/us-blockchain-opportunities-for-health-care.pdf (accessed January, 2018).

6. Smart Contracts Alliance. Available at: http://www.the-blockchain.com/docs/Smart%20Contracts%20-%2012%20Use%20Cases%20for%20Business%20and%20Beyond%20-%20Chamber%20of%20Digital%20Commerce.pdf (accessed January, 2018).

7. Massimo Bartoletti, An empirical analysis of smart contracts: platforms, applications, and design patterns. Available at: https://arxiv.org/pdf/1703.06322.pdf (accessed January, 2018).

8. Abhishek Chakravarty. Prototyping a Blockchain Smart Contract. Available at: https://medium.com/@chakrvyuh/prototyping-a-blockchain-smart-contract-78877464e38e (accessed January, 2018).

9. В.В. Бухтояров, М.Н. Жукова, В.В. Золоторев [и др.] Поддержка принятия решений при проектировании систем защиты информации: монография. М.: ИНФРА-М, 2017. 131 с. (Научная мысль).

10. Децентрализованные приложения. Технология Blockchain в действии. СПб.:Питер, 2017. 240 с.: ил. (Серия «Бестселлеры O'Reilly»).

11. Скрыпник К. (2017) «Телемедицина в России: что нас ждет в 2018 году» // Портал «https://telemedicina.ru» (https://telemedicina.ru/news/russian/telemeditsina-2016-tendentsii-rosta). Просмотрено: 22.01.2018.

12. Стаценко Н. (2017) «Рынок российской телемедицины и его проблемы»// Портал «https://rb.ru» (https://rb.ru/analytics/kto-krainii-k-ortopedu/). Просмотрено: 25.01.2018.

13. Саламов.И. (2016) «Телемедицина на сегодня»// Портал «https://vc.ru» (https://vc.ru/21017-tv-health-2016). Просмотрено: 25.01.2018.

14. Сажин С. «Телемедицина в России: от фантома к реальности»// Портал «http://www.forbes.ru» (http://www.forbes.ru/tehnologii/337631-telemedicina-v-rossii-ot-fantoma-k-realnosti). Просмотрено: 22.02.2018.

15. «Проблемы внедрения телемедицины в России» (2017)// Портал «https://unitsolutions.ru» (https://unitsolutions.ru/blog/post/problemy-vnedreniya-telemediciny-v-rossii-?page_type=post). Просмотрено: 22.02.2018.

16. Гуляева А. (2017) «Телемедицина в России и в мире: состояние и перспективы»// Портал «https://apptractor.ru» (https://apptractor.ru/info/articles/telemeditsina-v-rossii-i-v-mire-sostoyanie-i-perspektivyi.html). Просмотрено: 22.02.2018.

17. «Телемедицина: успехи и проблемы» (2016)// Портал «https://telemedicina.ru» (https://telemedicina.ru/news/russian/telemeditsina-uspehi-i-problemyi). Просмотрено: 22.02.2018.

18. Гусенко М. (2018) «В России вступает в силу закон о телемедицине» // Портал «https://rg.ru» (https://rg.ru/2018/01/01/v-rossii-vstupaet-v-silu-zakon-o-telemedicine.html). Просмотрено: 22.02.2018.

19. «В России вступает в силу закон о телемедицине» (2018) // Портал «https://ria.ru» (https://ria.ru/society/20180101/1512051112.html). Просмотрено: 28.02.2018.

20. «Госдума приняла закон о телемедицине (2017)»// Портал «http://tass.ru» (http://tass.ru/obschestvo/4430362). Просмотрено: 28.02.2018.

21. «Телемедицина: есть ли угроза для безопасности информации пациентов и врачей?» (2017) // Портал «https://securenews.ru» (https://securenews.ru/telemedicine/). Просмотрено: 28.02.2018.

22. «Защиту персональных данных назвали краеугольным камнем закона о телемедицине» (2017) // Портал «https://medvestnik.ru» (https://medvestnik.ru/content/news/Zashitu-personalnyh-dannyh-nazvali-kraeugolnym-kamnem-zakona-o-telemedicine.html). Просмотрено: 28.02.2018.

23. Федеральный закон от 29 июля 2017 г. N 242-ФЗ "О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации по вопросам применения информационных технологий в сфере охраны здоровья" http://www.garant.ru/hotlaw/federal/1126336/#ixzz5GDhwI6iG// Портал «http://www.garant.ru». (http://www.garant.ru/hotlaw/federal/1126336/). Просмотрено: 28.02.2018.

24. «Как регулируется телемедицина в США» (2017) // Портал «http://evercare.ru» (http://evercare.ru/telemedicine-regulations-in-usa). Просмотрено: 28.02.2018.

25. «20 областей применения Блокчейн вне финансовых сервисов, ч. 1» (2017) // Портал «https://geektimes.ru» (https://geektimes.ru/company/wirex/blog /281140/). Просмотрено: 28.02.2018.

26. Портал «http://ipfs.io» (http://ipfs.io). Просмотрено: 28.02.2018.

27. Портал «http://filecoin. io» (http://filecoin. io/filecoin.pdf). Просмотрено: 28.02.2018.

28. «Что такое смарт-контракт?» (2017) // Портал «https://forklog.com» (https://forklog.com/chto-takoe-smart-kontrakt/). Просмотрено: 28.02.2018.

29. Портал «https://chronobank.io» (https://chronobank.io/). Просмотрено: 28.02.2018.

30. «Двухфакторная аутентификация: что это и зачем оно нужно?» (2014) // Портал «https://www.kaspersky.ru» (https://www.kaspersky.ru/blog/what_is_two_factor_authenticatio/4272/). Просмотрено: 28.02.2018.

31. «Ethereum: Signing and Validating» (2017) // Портал «https://medium.com» (https://medium.com/@angellopozo/ethereum-signing-and-validating-13a2d7cb0ee3). Просмотрено: 28.02.2018.

9. Приложение

Приложение 1. Описание объекта моделирования

См. рис.23

Приложение 2. Пользовательский интерфейс

См. рис. 24 - 27

Рис. 23 Диаграмма А-0. Обеспечение обмена и хранения персональных медицинских данных между пользователями платформы

Рис. 24 Авторизация пользователя на платформе при помощи приватного ключа

Рис. 25 Авторизация пользователя при помощи google аккаунт через google oauth

Рис. 26 При помощи протокола авторизации google oauth, плаформа получает доступ к ресурсам пользователя на сервисе google fit

Рис. 27 Интерфейс личного кабинета пользователя - пациента

Размещено на Allbest.ru