2.1 區(qū)塊鏈的組成：“區(qū)塊”和“鏈”

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的分布式記錄與分布式存儲，它是一種把區(qū)塊以鏈的方式組合在一起的數(shù)據(jù)結構。區(qū)塊鏈技術使用密碼學的手段產(chǎn)生一套記錄時間先后的、不可篡改的、可信任的數(shù)據(jù)庫，這套數(shù)據(jù)庫采用去中心化存儲且能夠有效保證數(shù)據(jù)的安全，能夠使參與者對全網(wǎng)交易記錄的時間順序和當前狀態(tài)建立共識。

2017年以來，區(qū)塊鏈概念大火，但是其技術相對生澀。很多媒體紛紛用通俗易懂的漫畫方式，讓人們了解了區(qū)塊鏈是怎么一回事。說得通俗一點，就是區(qū)塊鏈由以前的一人記賬，變成了大家一起記賬的模式，讓賬目和交易更加安全，這就是分布式數(shù)據(jù)存儲。

實際上，和區(qū)塊鏈相關的技術名詞除了分布式存儲，還有去中心化、智能合約、加密算法等概念。

想要了解區(qū)塊鏈技術的基本原理，首先要弄清楚什么是“區(qū)塊”，它們是怎么“鏈”起來的，以及區(qū)塊里面記錄了什么信息。

區(qū)塊鏈（Blockchain）由兩個詞組成，一個是“區(qū)塊”，一個是“鏈”，這是從數(shù)據(jù)的形態(tài)對這項技術進行描述。區(qū)塊鏈技術把數(shù)據(jù)庫中需要存儲的數(shù)據(jù)分成了不同的區(qū)塊，每個區(qū)塊通過特定的信息鏈接到上一區(qū)塊的后面，前后按時間順序連接起來成為一套完整的數(shù)據(jù)。每個區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫本質(zhì)上是一個按照時間順序串聯(lián)起來的時間鏈，它使用協(xié)議規(guī)定的密碼機制進行身份認證，同時保證數(shù)據(jù)的內(nèi)容不會被篡改和偽造，如圖2-1所示。

我們將區(qū)塊鏈分成了六層，其中數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層是區(qū)塊鏈的技術基礎。共識層、激勵層催生了數(shù)字貨幣。合約層、應用層則讓區(qū)塊鏈實現(xiàn)了落地，如圖2-2所示。

1.區(qū)塊結構

區(qū)塊是使用密碼學方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)以電子記錄的形式被永久儲存下來，存放這些電子記錄的文件就被稱為“區(qū)塊”。每個區(qū)塊記錄了幾項內(nèi)容，包括神奇數(shù)、區(qū)塊大小、數(shù)據(jù)區(qū)塊頭部信息、交易數(shù)、交易詳情。區(qū)塊鏈結構如圖2-3所示。

每一個區(qū)塊都由塊頭和塊身組成。塊頭用于鏈接到上一個區(qū)塊的地址，并且為區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫提供完整性保證；塊身則包含了經(jīng)過驗證的、塊創(chuàng)建過程中發(fā)生的交易詳情或其他數(shù)據(jù)記錄。

區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲通過兩種方式來保證數(shù)據(jù)庫的完整性和嚴謹性。第一，每一個區(qū)塊上記錄的交易是上一個區(qū)塊形成之后，該區(qū)塊被創(chuàng)建前發(fā)生的所有價值交換活動，這個特點保證了數(shù)據(jù)庫的完整性。第二，在絕大多數(shù)情況下，一旦新區(qū)塊完成后被加入到區(qū)塊鏈的最后，則此區(qū)塊的數(shù)據(jù)記錄就再也不能改變或刪除。這個特點保證了數(shù)據(jù)庫的嚴謹性，使其無法被篡改。

2.鏈式結構

那么，區(qū)塊和區(qū)塊之間是如何“鏈”起來的呢？這主要依靠各個區(qū)塊之間的區(qū)塊頭部信息鏈接起來，頭部信息記錄了上一個區(qū)塊的哈希值（通過散列函數(shù)變換的散列值）和本區(qū)塊的哈希值。本區(qū)塊的哈希值，又在下一個新的區(qū)塊中有所記錄，由此完成了所有區(qū)塊的信息鏈。鏈式結構如圖2-4所示。

同時，由于區(qū)塊上包含了時間戳，區(qū)塊鏈還帶有時序性。時間越久的區(qū)塊后面所鏈接的區(qū)塊越多，修改該區(qū)塊所要付出的代價也就越大。區(qū)塊鏈采用了密碼協(xié)議，允許計算機（節(jié)點）的網(wǎng)絡共同維護信息的共享分布式賬本，而不需要節(jié)點之間的完全信任。

該機制保證，只要大多數(shù)網(wǎng)絡按照所述管理規(guī)則發(fā)布到區(qū)塊上，則存儲在區(qū)塊鏈中的信息就可被信任為可靠的。這可以確保交易數(shù)據(jù)在整個網(wǎng)絡中被一致地復制。分布式存儲機制的存在通常意味著網(wǎng)絡的所有節(jié)點都保存了區(qū)塊鏈上存儲的所有信息。借用一個形象的比喻，區(qū)塊鏈就好比地殼，越往下層，時間越久遠，結構越穩(wěn)定，不會發(fā)生改變。

由于區(qū)塊鏈將創(chuàng)世塊以來的所有交易都明文記錄在區(qū)塊中，且形成的數(shù)據(jù)記錄不可篡改，因此任何交易雙方之間的價值交換活動都是可以追蹤和查詢到的。這種完全透明的數(shù)據(jù)管理體系不僅從法律角度看無懈可擊，也為現(xiàn)有的物流追蹤、操作日志記錄、審計查賬等提供了可信任的追蹤捷徑。

區(qū)塊鏈在增加新區(qū)塊的時候，有很小的概率發(fā)生“分叉”現(xiàn)象，即同一時間出現(xiàn)兩個符合要求的區(qū)塊。對于“分叉”的解決方法是延長時間，等待下一個區(qū)塊生成，選擇長度最長的支鏈添加到主鏈。“分叉”發(fā)生的概率很小，多次分叉的概率基本可以忽略不計，“分叉”只是短暫的狀態(tài)，最終的區(qū)塊鏈必然是唯一確定的最長鏈。

從監(jiān)管和審計的角度來看，條目可以添加到分布式賬本中，但不能從中刪除。運行專用軟件的通信節(jié)點網(wǎng)絡以對等方式在參與者之間復制分類賬，執(zhí)行分布式分類賬的維護和驗證。在區(qū)塊鏈上共享的所有信息都具有可審計的痕跡，這意味著它具有可追蹤的數(shù)字“指紋”。分類賬上的信息是普遍和持久的，其通過創(chuàng)建可靠的“交易云”，使數(shù)據(jù)不會丟失，所以區(qū)塊鏈技術從根本上消除了交易對手之間的單點故障風險和數(shù)據(jù)碎片差異。

總結起來，區(qū)塊鏈的主要特征如下：

（1）它是一個分布式的鏈接賬本，每個賬本就是一個“區(qū)塊”；

（2）分布式存儲保證了賬本一致性；

（3）基于共識算法來決定記賬者；

（4）賬本內(nèi)交易由密碼學簽名和哈希算法保證不可篡改；

（5）賬本按產(chǎn)生的時間順序鏈接，當前賬本含有上一個賬本的哈希值，賬本間的鏈接保證不可篡改；

（6）所有交易在賬本中可追溯。

3.區(qū)塊所能存儲的醫(yī)療健康信息

區(qū)塊鏈最初是加密貨幣比特幣的基礎。比特幣區(qū)塊鏈上的“交易”代表著金融交易：將特定數(shù)量的比特幣從一個賬戶轉移到另一個賬戶的交易記錄。任何人都可以使用適當?shù)能浖ぞ邅頇z查公共區(qū)塊鏈上的交易，以驗證特定比特幣屬于哪個賬戶。

在醫(yī)療健康領域中，哪些信息可以用區(qū)塊鏈進行存儲來保證安全性？醫(yī)療健康領域的“交易”部分包括所提供醫(yī)療服務的具體事件的記錄，可以是病人病歷信息、醫(yī)院內(nèi)部信息、設備交換信息、藥品流通信息、保險合同信息等。這些信息都需要很高的安全保障，并且要保證不能被篡改。醫(yī)療機構面臨著無法跨平臺安全共享數(shù)據(jù)的問題。在醫(yī)療服務商之間建立良好的數(shù)據(jù)協(xié)作，有助于進一步提高診斷準確率，改善治療效果，降低醫(yī)療成本。基于區(qū)塊鏈技術，醫(yī)療產(chǎn)業(yè)鏈中的參與方可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡訪問權限的共享，同時不會對數(shù)據(jù)的安全性和完整性造成威脅。

電子健康病歷（EHR）

醫(yī)療方面，區(qū)塊鏈最主要的應用是對個人醫(yī)療記錄的保存，這可以理解為區(qū)塊鏈上的電子病歷。如果把病歷想象成一個賬本，原本它是掌握在各個醫(yī)院手上的，患者自己并不掌握，所以患者就沒有辦法獲得自己的醫(yī)療記錄和歷史病歷，這會對患者就醫(yī)造成很大的困擾，因為醫(yī)生無法詳盡了解到患者的病史記錄，如圖2-5所示。

但現(xiàn)在如果用區(qū)塊鏈技術來保存健康病歷、檢驗數(shù)據(jù)，就相當于有了個人醫(yī)療記錄的歷史數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈應用允許患者個人掌握自己的信息。醫(yī)生判斷、影像、心電圖、睡眠模式、血糖等檢測數(shù)據(jù)都能查到，然后記錄到區(qū)塊鏈上。無論是看病，還是對自己的健康做規(guī)劃，都有歷史數(shù)據(jù)可供使用，而這個數(shù)據(jù)真正的掌握者是患者自己，而不是某個醫(yī)院或第三方機構。

藥品防偽

因為藥品生產(chǎn)的特殊性，可以先將區(qū)塊鏈技術應用到藥品的生產(chǎn)和銷售環(huán)節(jié)，把藥品的追溯認證納入到市場監(jiān)管中。消費者在購買藥品的時候通過個人數(shù)據(jù)的分享上傳使購買過程透明化，與區(qū)塊鏈記錄信息相互對照來確保藥品的合法性，同時滿足監(jiān)管需求。

保險索賠

目前小額醫(yī)療保險的理賠過程通常是投保人先向醫(yī)院支付醫(yī)療費用，然后再從醫(yī)院獲得相關費用文件，之后投保人用這些文件向保險公司申請理賠，獲得理賠金。這個耗時的系統(tǒng)存在的原因是醫(yī)院擔心數(shù)據(jù)泄露，從而導致保險公司無法立即獲得醫(yī)療數(shù)據(jù)。不可篡改的區(qū)塊鏈平臺可以提供更好更安全的數(shù)據(jù)服務。

區(qū)塊鏈技術把有關數(shù)據(jù)記錄分布式存儲在區(qū)塊鏈上，實現(xiàn)了保險數(shù)據(jù)保全、數(shù)據(jù)不可篡改，從而避免合同爭議。即使投保人沒有申請理賠，理賠流程也會自動進行。因為醫(yī)院醫(yī)療費用支付詳情和保險合同都是自動驗證的，所以賠款的支付也是如此。

保險公司和醫(yī)院之間搭建的區(qū)塊鏈平臺將提高理賠流程效率，降低支付耗時。醫(yī)院可以通過與保險公司共享的賬本核對投保人保險信息。保險公司接收到醫(yī)院自動發(fā)送的相關文件，并向投保人支付賠償。

手術病歷記錄

手術過程的病歷記錄非常重要，但在一些醫(yī)療事故當中，可能會出現(xiàn)手術記錄被篡改的現(xiàn)象。而區(qū)塊鏈技術則可以記錄下完整的手術過程，其不可修改的屬性可以幫助醫(yī)療機構在出現(xiàn)醫(yī)療事故之后，通過記錄來認定具體責任人。