基于区块链技术的突发公共卫生事件数据发布与共享体系研究

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  摘  要: 2020年初的这场新冠疫情给我国经济和社会发展造成了广泛的影响。实时、高效、可信度较高的疫情相关数据发布与共享,对及时解决此类突发公共卫生事件造成的社会影响有着积极的意义。本文整理了疫情发生初期,信息不对称造成的社会影响,分析了产生这种现象的原因。提出了一种基于区块链技术的疫情数据发布与共享框架,建立网格化信任管理的区域性私有链和跨域信任传递的行业内联盟链结合的体系架构。这种体系解决疫情防控工作中传染源注册,传染轨迹溯源和舆情信息监控等方面的需求,为突发公共卫生事件提供可信的数据发布和共享方案。
  关键词: 区块链;数据发布;数据共享;突发公共卫生事件
  中图分类号: TP309.2    文献标识码: A    DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.058
  本文著录格式:杨绍禹,谭丛. 基于区块链技术的突发公共卫生事件数据发布与共享体系研究[J]. 软件,2020,41(10):225228
  【Abstract】: In the early of 2020, the COVID-19 outbreak has brought about comprehensive impact on China’s economic and social development. The real-time, efficient and reliable mechanism of data publishing and sharing can be used for solving the social impact caused by such public health emergency. This paper straighten out the social influence caused by information asymmetry in the early stage of the epidemic, and analyzes the reasons for this phenomenon. We propose an epidemic data publishing and sharing framework based on block-chain technology, and establish an architecture that combines the regional private chain of grid trust management and the  alliance chain of cross-domain trust. This system solves the requirement of infection source registration, infection trajectory history and public opinion information monitoring. And it provide a credible data publishing and sharing scheme for public health emergency.
  【Key words】: Block-chain; Data publishing; Data sharing; Public health emergency
  0  引言
  2019年与2020年新旧交替之际,神州大地被一场突如其来的疫情席卷,给国家经济发展和人民健康生活带来了极大的伤害。在举国上下团结一致的抗疫斗争中,疫情已经得到了有效的控制。回溯到去年年底疫情爆发之初,各种舆情数据和专业信息被忽视或误判,还是引起了我们很多的反思。加强公共卫生事件应急响应体系建设,提高有效和专业信息的信息触达能力,利用区块链和人工智能技术,打通信息壁垒,建立自下而上的顺畅信息通道;構造有效信息溯源机制,消除无效或者负向舆情信息对突发事件处理造成的影响,这是摆在公共卫生事件应急响应体系建设过程中亟需解决的问题。
  1  新冠疫情事件初期发展分析
  此次突发公共卫生事件相比较17年前的SARS事件,在信息披露和舆情扩散过程中信息技术和手段的应用都有了很大的进步[1]。但是也暴露出一些有效信息发布失信,传递失灵,专业知识介入失效等问题。很多时候我们的信息手段不是应用得太少,而是结构化数据组织过于复杂,数据共享不充分和业务流程衔接不畅造成疫情信息纵向消息汇总无效,横向协同效率低下的问题[2-3]。如下图示,这是一个从2019年12月1日到武汉封城2020年1月22日之间,武汉医疗系统涉及疫情发展情况的信息汇总,数据来自于Github武汉新型冠状病毒防疫信息收集平台[4]。从这个疫情发展时间线可以看出:
  1.1  专业机构数据有效性反馈
  在突发性强,扩散范围广,应急响应时间段的重大事件面前,来自专业机构的一线数据有效性反馈显得格外重要。2019年12月25日已经有医疗机构报告有医护人员感染病例,接下来不断有报告医护人员感染事件。经过6天时间的信息上报,审核,甄别和综合研判,31日国家卫健委开始介入调查此事件。此次新冠疫情是突发公共卫生事件,在疫情初期,缺乏对感染者的诊断依据和检测方法。一线医护人员对感染情况的判断,需要经过逐级上报和鉴别。期间可能还会遇到一些误判的情况。这些都说明一线有效的数据在采集端可信机制上存在问题,很多一线上报的信息没有得到快速有效的反馈。
  1.2  有效信息精度不够
  2019年12月1日,顶级医学杂志《柳叶刀》就已有关于新冠病毒的论文发表,其后武汉卫健委也做了首例感染病例信息发布。随后在国家卫建委专家组对病毒发现地-华南海鲜城进行实地调研后,所发布信息为“未见明显人传人”。在之后的武汉卫健委通报的信息中,也描述为“未见明显人传人”,但此时在一线医护人员有确切人传人案例。直到2012年1月20日,钟南山院士通过央视确认新冠病毒的“人传人”特点,方才引起大家重视。在这个过程中,汇总信息和数据不能说匮乏,调研过程也很充分,但是过程中没有充分综合多维度数据进行综合研判,数据精度不够。   1.3  疫情谣言追溯和真伪辨识存在缺失
  在中央媒体没有发布主流信息之前,有很多的信息被辨识为谣言,包括2019年12月30日,武汉中心医院李文亮医生等8人所反馈的信息。在疫情爆发信息发布之后,又出现虚假谣言信息被盲目信任的问题,其中不乏一些具有一定公信力媒体发布的消息。这说明突发事件中,围绕集中的信息点,会有大量的衍生信息被发布或转发。对于这些信息的真伪辨识极为重要,尤其是在人民活动区域受限,信息采集方式单一的形势下,更需要去伪存真,让人民群众对整体抗疫形势有真实的了解。
  2  面向疫情防控的区块链数据发布与共享体系
  面对这次疫情,全国各地各界人士都积极地投入到疫情防控攻坚战当中来。大数据、人工智能和区块链等信息技术手段在处理此次突发公共卫生事件当中,发挥着重要的作用,在广泛应用取得了很好的效果。区块链+疫情防控的应用,诸如捐助信息存证上链、疫情监测溯源平台等相继设计并投入应用,有效地助攻了全国的疫情防控工作[5]。
  2.1  基于区块链的疫情防控框架
  区块链技术能够建立一个持久性保护,分布式和实时数据采集,开放可访问的数据存储平台。区块链技术使用分布式一致性协议去管理各个采集中终端的上链数据,使得这些数据具有较高的可靠性和安全性。经过Hash处理的区块数据能够有效地记录信息传递的情况,方便进行信息安全发布和溯源。
  2.2  数据层基础
  数据层主要包括底层数据区块及其基本的数据结构,由哈希算法,时间戳,Merkle树以及相关的非对称加密算法等内容组成。利用SM2国产非对称加密体系对数据采集人员身份进行加密,以地址公钥形式对外发布信息。Merkle树用于记录上链数据的信息传递路径,保证区块体中存放的信息无法伪造和篡改。哈希算法和时间戳对满足上链条件的数据完成记账操作。
  2.3  网络与共识层
  网络层和共识合约层是区块链的关键,包括了区块链上数据传递机制,交易验证机制,访问控制机制等内容。区块链的网络架构是建立在P2P网络环境下的,通过对分布式节点采集的数据进行传递与验证。由于没有中心化的信任和管理中心,需要建立适当的P2P网络协议,信息资源的访问控制方法以及身份验证机制。共识层是保障分布式节点之间数据一致性和真实性的关键。共识机制中包括传统的分布式一致性算法(Byzantine fault tolerance,BTF),工作量证明(Proof of work,PoW)以及授权股份证明(Delegated proof of stake,DPos)。在面向疫情防控公共卫生事件处理过程中,由于其特殊性,不能完全使用去中心化的信任验证方式,同时需要快速地达成上链数据的共识。DPos机制可以通过类似股东投票方式选出代表得到记账权,保证分布式数据的一致性。同时,为了避免出现权重过高的数据采集节点,破坏分布式去中心的数据采集架构,在DPos基础上,采用随机化的方法保持投票选择过程的随机分布。在完成前面的功能以后,可以面向疫情应用,设计用于搜集疫情信息的智能合约、用于采集相关舆情数据的智能合约以及用于溯源感染者行动轨迹的智能合约。
  2.4  应用层
  应用层是建立在各类链上脚本算法及智能合约之上的可记录,可溯源,可编程,可共享的各类区块链应用实体。对疫情发生过程中,各个分布式终端实时地发布上链数据,以便及时感知相关信息。这些信息包括区域性网格内感染信息,感染者传播轨迹信息,舆情信息等内容。数据通过共识机制成功发布后,全网内终端节点都可以共享链上数据,提高数据实时性和利用效率。用户层面向不同的应用环境,诸如高风险感染区域,医护机构,网格化社区等。
  2.5  联盟链和私有链结合的突发应急事件处理体系
  在突发公共事件中,科学精准的决策需要透明,共享多维度的数据信息,以便协调各个方面的资源和力量。目前的管理体制中,单位之间或者单位中不同部门之间存在着信息壁垒和数据冗余问题。很多的数据存在多次采集,多头采集的问题,数据利用效率低。在疫情防控体系中,可以建立起以基层数据网格为基础的区域性私有链。通过区块链技术实现数据来源可追溯,建立“谁举证,谁负责”的群智数据采集激励机制。私有链能够快速地完成区域性有效数据汇总与管理工作。在此基础上,建立各个基础数据网格之间的联盟链,实现区域性私有链的区块互联,建立基础数据共享体系。
  3  区块链技术在疫情防控工作中的应用
  利用区块链技术可以建立起分布式网络环境下的去中心信任基础,信息通过上链数据建立网格化区域管理内的信任,通过跨域的方式建立区域之间的信任传递。结合不用的应用需求,形成了丰富的区块链+疫情防护方面的应用。
  3.1  区块链+信息存证
  2018年9月7日,最高院在《关于互联网法院审理案件若干问题的规定》中指出,“可以用区块链来解决电子证据的存证问题,对使用新技术解决司法行业痛点表示支持”。利用区块链技术对信息数据尤其是舆情数据进行电子证据保存,绑定舆情数据与发布人员的权属关系,做到防止篡改、事中留痕、事后审计,确保电子证据的可信度和真實性。基于区块链技术建设舆情数据存证平台,结合大数据和人工智能技术,对舆情信息进行搜集和证据保存。采用区块链技术能够安全有效地标识网络事件参与者身份,将虚拟网络世界发布的信息和现实世界中发布者身份之间建立其唯一的关联关系,确保物理世界人的行为不可篡改、不可抵赖,使得信息和行为的追溯成为可能。大大降低造谣传播的追查成本,提高新闻消息的管控效率。
  3.2  区块链+医疗信息共享
  本次疫情可以看到,一线的专业技术人员在内部和外部信息平台上,发布了很多报警信息。如果这些信息能够被有效采集并引起足够重视,能够帮助决策者更加快速地掌握疫情防控的主动权。基于区块链技术的去中心化信任机制,能够建立各医院、政府部门、高校科研机构、疫情监管部门所组成的联盟链,实现跨平台跨部门的医疗信息与相关专业领域的信息共享。联盟链能够构建起系统内部闭环的,具有较强专业性和权威性的高效应急预警平台。这种平台能够有效保障电子病例上链的真实性、传递共享中的可信性,同时又能便于用户手机查询全套病例及医院共享情况,实现医院电子病例生成上链、患者隐私数据保护、跨医院就诊、病例信息同步、传染源跟踪、传染病学分析等,从而提升疫情防控信息化、数字化、云端化整体的能力和应用,实现联动共同防治。   3.3  区块链+公共安全监测
  在疫情防控和病患救治过程中,涉及大量的独立机构,主要包括医院、政府各部门、疾控中心和相关公益组织等。利用区块链分布式存储、不可篡改、匿名性和可追溯性等特点,构建跨部门跨组织的快速应急响应处理公共安全监测平台。利用去中心信任机制、P2P网络环境,加快公共卫生系统在紧急情况下的响应速度,改进疫情监测预警网络和决策流程,防止相关信息造假,保持信息的透明性。通过数字签名和加密技术保证不同机构在共享信息的同时,保护患者隐私;利用监测网络采集的地理位置信息,快速定位感染者活动位置,有助于掌握传染轨迹和疫情发展整体趋势。
  4  区块链技术在疫情防控过程中应用的思考
  区块链技术具有很好的跨平台性和可溯源性,但是技术应用还处于发展的早期。对于今年突然爆发的疫情,在防控工作中尚未发挥最大的效能。对于疫情防控工业各个业务场景的探索还不够深入,无法在各种应用场景大规模地落地,还没有形成技术生态布局。
  区块链技术与大数据技术、人工智能技术相比较,在此次疫情防控中发挥的作用有限。这是由于区块链技术相对于后两者,需要进行信息化平台底层的重构,更加需要提前布局和规划。而进行这种底层架构设计与实施,势必会对现有的信息化基础设施正常运作造成影响。对于处理突发事件来说,普遍认为采用已经运行稳定的系统上寻找信息化的解决方案更加稳妥、安全。但是,没有畅通快速的高速公路,就无法承载安全快捷的物流运输。随着我国经济社会的发展,各种突发应急事件都将为国民经济造成或多或少的影响。信息化3.0时代中,区块链进行应当加快与现有的信息化平台整合步伐,联合企业和政府的力量,构建面向公共事件应急响应的区块链技术生态圈。
  区块链技术还没有形成完整的公信力体系,需要借助政府和相关机构的信任体系,整体布局区块链网络,形成上下信息畅通,平台间协同便利的突发公共卫生事件应急响应体系。
  5  结论
  这次疫情的爆发,是对我国各级行政组织和党群部门执政能力和动员执行能力的综合考验。在周围发生危险的时候,民众首先想到的是如何从可信任的渠道获取有效信息。突发公共卫生事件应急响应体系就是需要建立专业性信息共享联盟链结合信息追溯区块链与一体的综合信息处理平台。一方面对民众网络舆情进行正向引导,另一方面消除负向信息对民众的影响。真正意义上做到在突发事件处理中,形成人民群众相信政府,相信媒體,甄别谣言,团结抗疫的良好氛围,避免陷入总书记曾经提醒我们的“塔西佗陷阱”。
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