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基于区块链的医药防伪溯源系统研究

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1 引言

医药溯源是指对药品的生产加工、物流运输、零售使用等过程进行记录追踪，这个工作需要药品供应链上下游各方的广泛参与。2018年由“有点甜”阿司匹林引出的21省份特大假药案暴露了目前医药防伪溯源系统的一大弊端，即目前医药防伪溯源系统的所有数据都存在中心数据库内，溯源认证采用中心记账模式，数据在上传、存储、查询等一系列操作中有被篡改的可能[1]。除此之外，目前医药防伪溯源系统还有两点不足：一是存储的数据信息不完整，消费者无法通过查询药品溯源码得到药品的物流信息及使用信息；二是数据信息的私密性无法保证，药品流通过程中参与者与最终消费者查询会得到相同的信息，容易造成消费者个人信息泄露。

区块链技术的出现为解决目前医药防伪溯源系统存在的数据易篡改、信息不完整以及信息私密性等问题提供一个新的思路[2]。首先，区块链所具有的去中心化的性质就是它的核心优势[3]。再结合密码学技术，将每一个区块通过区块头内的前一个区块的哈希值串联成链，且区块链上的每个节点都保存一份相同的账本，保证存储在区块链上的数据很难被篡改[4]；其次，药品流通过程中的每个参与者都可以通过链码功能对药品信息进行记录，得到药品从生产到使用的全部信息，保证数据流的可靠性与完整性[5]；最后，区块链中联盟链具有用户非授权不能接入的特点，作为联盟链代表的Fabric区块链平台具有基于证书认证的账号体系，各组织的账号是根据PKI（公钥基础设施）规范生成的一组证书和秘钥文件，在查询者发起查询请求时，Fabric侧会发起对提案消息的验证，包括对组织账号、通道信息及链码地址的认证，账号体系结合链码功能可以保证数据信息的私密性[6]。

本文提出的基于区块链的医药防伪溯源系统以药品作为溯源对象，以Fabric区块链平台为基础。首先，依据系统的功能需求将医药厂、经销商、医院作为组织加入到Fabric网络中，使用文件配置的方法完成Fabric环境的多机部署，使其具有链码的运行环境。然后开发并部署链码，在终端或者客户端将药品的生产、销售及使用信息通过各组织内经过认证的用户账号加密后上传到区块链。最后，开发客户端程序，消费者经由客户端通过药品溯源码发起查询请求，实现药品溯源信息在网页的查询。

2 相关工作

区块链技术自2008年因一个名为“中本聪”的学者发表的一篇有关比特币的文章开始出现至今[7]，经历了区块链1.0“可编程货币”、区块链2.0“可编程金融”、区块链3.0“可编程社会”3个发展阶段[8]，其应用场景也从最初的数字货币扩展到医疗、金融、教育、物流供应链等更多的领域[9]。2018年Caro等人提出一种集成区块链技术和物联网的可用于农产品供应链管理的完全分散式可追溯系统AgriBlockIoT，此系统设计并部署一个“从农场到餐桌”的经典食品可追溯场景，分别使用Ethereum和Hyperledger Sawtooth两种不同的区块链平台实现，并根据延迟、CPU负载和网络的使用情况对两种系统性能进行分析评估和比较。此系统将整个农产品供应链中物联网设备产生的有效数据信息存储到底层的区块链中，利用区块链技术保证交易记录的容错性、不变性、透明性和可追溯性[10]。同年Figorilli等人结合RFID传感器技术和区块链技术实现一个区块链架构内的木材链追溯系统，此系统将可追溯信息及木材质量相关信息整合到一个在线系统中，利用区块链技术去中心化和分布式存储的特点安全存储数据信息及交易记录，实现木材从立木到最终用户的电子溯源[11]。2019年Lin等人提出并在以太坊上开发了一种基于区块链和EPC信息服务的食品安全溯源系统，此系统利用区块链技术可追溯、时间戳及防篡改的特点结合智能合约和共识机制对整个食品供应链中的有效数据进行准确记录、共享及特定追踪，防止信息交互过程发生数据篡改和信息泄露等问题，用于有效检测和预防食品安全问题并追究责任[12]。

相比以上对农产品、木材及食品溯源的重视，医药产品的重要性也不容置疑，所以一个安全可靠的医药防伪溯源系统是必需的。2010年Huang等人提出的基于RFID的监管可追溯系统，其具有的电子谱系和可追溯性不仅有益于医疗管理人员和患者，而且有益于供应链上的其他参与者[13]。2016年蔡勇等提出一种基于二维码的中药质量可追溯系统，此系统能对药品的生产、加工及流通过程等外在信息和中药内在质量变化进行追溯[14]。2018年Benatia等人通过对几种产品追溯工作的比较研究，提出一种基于大数据技术的数据采集、存储、分析和可视化的数据管理系统，可以确保不同供应链参与者之间的系统互操作性[15]。以上关于医药的溯源系统都有自己的优势，但不能同时满足数据存储去中心化、信息全面且防篡改以及信息私密性这三个要求。而区块链技术在溯源系统的应用中具有独特优势：（1）区块链技术的去中心化和分布式存储特性可保证数据信息的公开透明性和数据流的完整可靠性；（2）区块链技术可追溯和数据防篡改的特点可以有效解决供应链中的假冒伪劣问题；（3）区块链技术数据防篡改和时间戳的特点可以实现举证和追责，解决各参与方的纠纷。结合区块链的技术优势和目前医药防伪溯源系统的不足，本文提出了一种基于区块链的医药防伪溯源系统。