本文内容如下e-collection /主题问题:

主题议题:医学信息学与COVID-19 (97) 区块链，健康和医学分布式账本应用程序(72) 道德、隐私和法律问题(346) JMIR主题特刊:新冠肺炎特刊(1898年) 新方法(635) 电子卫生信息的质量/可信度和信任问题(348) 数字接触追踪、数字接近追踪、精确公共卫生(116) 疫情和大流行病的防范和管理(1347) 主题议题:新型冠状病毒(COVID-19)疫情快速报告(1268) 移动健康和uHealth的安全和隐私(92)

发表在在第8卷第9期(2020):9月

本文的预印本(早期版本)可在以下网站获得https://preprints.www.mybigtv.com/preprint/20477，首次出版．
应用区块链技术解决新冠肺炎大流行期间的信任危机

应用区块链技术解决新冠肺炎大流行期间的信任危机

应用区块链技术解决新冠肺炎大流行期间的信任危机

本文作者:

Anjum得以1 作者Orcid Image
文章 作者 引用(10) Tweetations (16) 指标

    的观点

    德克萨斯大学奥斯汀分校，美国德克萨斯州奥斯汀市

    通讯作者:

    Anjum Khurshid医学博士，博士

    德克萨斯大学奥斯汀分校

    三一街1701号

    德克萨斯州奥斯汀市，电话78712

    美国

    电话:1 5124955225

    电子邮件:anjum.khurshid@austin.utexas.edu


    背景:2019冠状病毒病大流行造成的广泛死亡和破坏表明，现有机构在保护人类健康和福祉方面存在缺陷。缺乏准确和及时的数据以及普遍存在的错误信息正在造成越来越多的伤害，数据隐私和公共健康问题之间的关系日益紧张。

    摘要目的:本文的目的是描述区块链及其分布式信任网络和基于加密的安全性如何为与数据相关的信任问题提供解决方案。

    方法:区块链正在以与当前COVID-19危机相关的创新方式得到应用。我们举例说明了追踪医疗用品和受感染患者的现有技术所面临的挑战，以及区块链技术应用如何在这些情况下提供帮助。

    结果:通过对区块链技术在医疗保健方面现有和潜在应用的探索，展示了如何利用区块链的分布式治理结构和隐私保护特性创建“无信任”系统，帮助解决在抗击COVID-19中维护隐私和满足公共卫生需求之间的紧张关系。

    结论:区块链依赖于分布式的、健壮的、安全的、隐私保护的和不可变的记录框架，该框架可以积极地改变信任、价值共享和事务的性质。建议在全国范围内协调努力，探索区块链以解决现有系统的缺陷，并与学术界、研究人员、商界和工业界建立伙伴关系，以加快区块链在卫生保健领域的采用。

    JMIR Med Inform 2020;8(9):e20477

    doi: 10.2196/20477

    关键字

    区块链； 隐私； 信任； 接触者追踪； 新型冠状病毒肺炎； 冠状病毒


    在很多方面，生活在第一世界国家的现代人很难想象一场席卷全球、夺去数百万人生命的大流行，更难以相信像流感这样普通的东西会导致如此广泛的疾病和死亡。

    ［Charles River编辑，1918年西班牙流感大流行:世界上最致命的流感爆发的历史和遗产］

    2019冠状病毒病在美国和世界各地的大流行

    截至2020年7月底，2019冠状病毒病在全球已感染约1900万人，造成70多万人死亡。美国是世界上最富有的国家，每年的卫生支出为3.5万亿美元;该国报告的COVID-19感染人数最高(约500万)，死亡人数也最高(15万)[1］．由于缺乏可靠数据、卫生保健和公共卫生系统无法进行积极监测、所需医疗设备管理不足、来自多个来源的信息相互矛盾，以及与患者接触的技术有限，COVID-19大流行清楚地表明，现有机构未能保护人类健康和避免普遍痛苦。

    COVID-19是一场信任危机

    在缺乏可靠数据和准确信息的情况下，从末日即将来临的警告到阴谋论等错误信息加剧了COVID-19危机造成的痛苦。2019冠状病毒病危机是一场信息危机[2］．这场危机被正确地描述为“信息大流行”，这个术语是由埃森巴赫(Eysenbach)在2002年创造的。3.］．然而，在这场危机中，社交媒体的巨大影响力及其作为公众关于大流行信息来源的作用，比以往任何时候都更加彰显了这个词的重要性[4］．这场百年来最严重的公共卫生灾难已经过去几个月了，尽管我们拥有所有的技术和信息网络，但对于COVID-19的实际流行率、死亡人数、预期治疗方法以及在全球控制大流行的最佳策略，仍有很多困惑。5，6］．由于未能及时、准确和可靠地提供有关感染的信息，大流行加剧了对政府机构和公共卫生机构的信任危机[7］．

    有趣的是，类似的政府应对失败导致了2008年的金融危机，并加剧了对政府和中央集权机构的低信任度，这种状况一直持续至今。银行、政府和金融机构辜负了公众的期望，使许多人在金融危机期间暴露在风险中并感到沮丧。8］．这促使中本聪(Satoshi Nakamoto)写了一篇论文，提出在没有政府或银行等中介的情况下建立金融市场信任的新体系。中本聪是一个匿名个人或团体的化名。该系统依赖于点对点网络的分布式账本技术，被称为区块链[9］．2009年，比特币作为一种去中心化加密货币推出，它绕过了银行、政府和大型金融机构等中介机构，允许人们在安全的信任框架下直接交易。10］．2019冠状病毒病大流行可能给公众带来比2008年金融危机更大的伤害和痛苦，因为它不仅是一场经济灾难，也是一场健康灾难，已经在全世界造成宝贵生命的损失。在这种情况下，中介组织的作用也不尽人意[11］．

    对现有机构的信任问题

    区块链技术去中心化和分布式系统的支持者指出了中心化机构的缺点，因为这些“信任的中介”对环境变化的反应较慢，增加了交易的成本和时间，并对生产率产生了不利影响[12］．集中式机构还将数据集中存储，不仅限制了对这些数据的访问，从而阻碍了信息的协调和有效共享，而且还代表了信息隐私和安全的单点故障[13］．2017年，超过1.43亿客户的个人数据因一次漏洞而暴露[14］．据一位消息人士透露，在过去10年里，全球有超过14亿份记录因政府数据库泄露而被曝光[15］．

    中介机构应当为社会提供急需的、值得信赖的、可靠的服务。16];然而，COVID-19危机暴露了这些机构在卫生保健方面的局限性[17］．在这一危机时刻，公共和私营机构以及传统信息系统大多未能解决与日常卫生保健提供有关的问题[18]，包括能否及时提供预测病例数的数据[19]，识别高危人群[20.]，追踪COVID-19患者的接触者[21]，以及提供个人防护装备或储存救生药物[22］．事实上，有人认为，如果能更好地获得可靠数据，COVID-19死亡人数本可以减少[23］．

    区块链和“不信任”系统

    区块链被描述为一种基础技术[24这可以极大地改变社会和经济交易发生的范式。对构成区块链技术基本方面的关键特征的回顾可能有助于说明为什么该技术在解决上述一些不信任问题方面是无价的。区块链技术基于一种“不可信”系统，在这种系统中，交易可以在事先没有任何关系的人之间进行，但这些人可以验证交易发生的媒介的客观性和原则。这使得合同透明，数据不变，陌生人之间的交易可问责[25］．公共区块链网络允许个人在完全隐私的情况下共享其信息，同时保持对该信息的完全控制。它们还可以维护每笔交易的审计记录，在需要时随时提供该记录，验证信息源以避免错误信息，允许作为网络架构的一部分跟踪资产，并为信息流动提供无障碍的全球连通性[26，27］．共识和验证的规则是透明的，经过数学验证的，无偏的，分布式的，本质上是客观的;这些特征不能归因于政府或处理与大流行有关的私人信息的大多数关键机构[28］．加密货币市场的增长证明，在全球范围内，不可信系统是一种可行的解决方案;2019冠状病毒病大流行突出了这种解决方案的必要性[29］．


    作为一项有望为老问题提供新解决方案的基础技术，区块链技术正越来越多地以与2019冠状病毒病大流行带来的挑战相关的创新方式得到应用。现有系统未能为这场全球危机造成的问题提供可靠和有效的解决方案，这更加突出了区块链应用的潜力[30.］．这场危机为测试和开发基于区块链的解决方案创造了一个独特的机会。在没有更多证据证明其有效性的情况下，卫生保健组织很难实施区块链技术并采用其更开放、透明、以患者为中心和更健壮的交易和信息管理系统;然而，值得测试该技术来开发具有当前信息系统无法实现的健壮性级别的系统。幸运的是，区块链技术已经有了一些使用案例，可能在短期内更有效地为抗击COVID-19大流行和信息大流行作出重大贡献，并建设未来应对类似突发卫生事件的能力。我们将讨论两个与医疗保健直接相关的关键例子，它们是区块链技术目前正在应用的领域，但如果证明有效，应该更广泛地采用它们。

    供应链和区块链

    在2019冠状病毒病危机期间，不仅厕纸和洗手皂等家庭用品出现了重大供应链故障[31但更重要的是，用于医院和诊所的个人防护装备和救生呼吸机[32］．区块链技术提供了具有可审计记录的不可变和分布式账本，这对于跟踪供应链中的每个资产非常理想，因为供应链中的每个参与者共享相同的信息[33］．因此，很容易计算存货和资产在链条上的确切阶段;无需在不同供应商和最终用户之间进行任何额外的审计或谈判，即可实现即时对账。沃尔玛和ibm的一个联合项目演示了如何利用区块链在几秒钟内就能跟踪绿色蔬菜中的污染源，而以前这一任务需要数月时间。34，35］．美国食品药品监督管理局(fda)目前正将从该体系中吸取的一些教训用于假冒药品的监管。36］．IBM还设计了快速供应商连接，以帮助COVID-19大流行期间的医疗供应链，并将其提供给卫生系统和政府机构，以帮助寻找医疗用品和个人防护装备的供应商[37］．

    即使在这场全球危机期间，仍有报告称，假冒药品和质量低劣的设备被送到急需这些物品的组织和个人手中[38］．这导致了供应链中的信任问题[39］．事实上，经济合作与发展组织的一份报告就COVID-19大流行期间全球假药贸易增加提出了警告。[40］．区块链不仅为管理供应链提供了一种有效的方法，而且提供了一种方法来区分优质产品和假冒产品[41］．当物品必须跨越国际边界运输时，情况尤其如此，因为关于生产来源的信息水平和进行质量检查的规则差别很大。通过点对点网络(如区块链)对质量进行验证，可提高信任，并减少不必要的诉讼和纠纷[42，43］．此类系统的一个例子是IBM的“信任你的供应商”解决方案，在该解决方案中，区块链使供应商信息的可信来源和数字身份管理能够降低伪造的风险，同时促进供应商的登记和买方与卖方或供应商与分销商之间的通信[44］．如图1“信任您的供应商”是一个受许可的网络，它限制了对区块链上信息的访问，并允许供应链上各节点之间的透明度。密码安全保证了链上数据的机密性，记录的不变性保证了任何一方都不能在没有达成一致的情况下单方面进行更改。

    另一个使用区块链解决假药问题的例子是Gcoin (图2) [45］．

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    图1。IBM快速供应商连接示意图[44］．
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    图2。Gcoin区块链系统示意图[45］．
    查看此图

    通过在共享账本(即区块链)上维护供应商和买家，并将链上的所有交易记录为不可变记录，可以更容易地快速查看产品的来源，并在不创建集中数据库的情况下搜索某项产品的总供应。集中式数据库不仅难以在危机期间保持最新，而且很容易成为黑客攻击和入侵的目标。区块链缺乏信任的系统可大大有助于减少供应链故障，特别是在大流行进入需要跨越国际边界来拯救生命的阶段时。

    联系人跟踪和区块链

    对于COVID-19这样的高传染性疾病，能够迅速追踪接触过感染者的个人是一项有益的公共卫生战略，可以限制感染的持续传播。随着COVID-19病例数量继续上升，并在全球范围内激增，人们越来越认识到，社会距离和封锁措施不能无限期延长。在许多情况下，难以执行对封锁的遵守，需要强制措施和大量资源分配来执行[46］．警察、军队和其他政府机构在街头巡逻，强制关闭企业和封锁的场景在互联网上随处可见，对公民使用暴力和威胁的例子很多[47］．由于没有其他补救措施来控制感染的传播，广泛的社会距离和封锁是大多数政府正在使用的钝性政策杠杆。然而，这一政策对经济活动、社会交往、心理健康和寻求健康行为的破坏性后果已经可见，使人们认识到这不是一项可持续的战略。需要在个人层面管理感染，并在有感染风险的亲密圈子内采取预防措施，以使某种程度的正常恢复。接触者追踪是这方面的重要工具[48］．

    自大流行开始以来，美国许多州和世界各国迅速开发和采用了接触者追踪应用程序，取得了好坏参半的成功[49］．由于卫生保健服务系统因检测和治疗需求而不堪重负，人们使用症状跟踪应用程序来帮助个人评估其COVID-19风险和检测需求。大多数这些应用程序都需要通知或与公共卫生或卫生保健组织共享数据，以协调检测和治疗。由于检测试剂的供应有限，只要求有症状的人进行检测。如果一个人的COVID-19检测呈阳性，接下来的步骤是冗长的公共卫生调查，以确定还有谁有被这个人感染的风险。传统上，公共卫生机构使用接触者追踪者，通过电话或邮件向潜在接触者提供这一信息，并要求他们进行检测。当感染人数没有COVID-19大流行时，这种方法是成功的。而且，这些策略都是在前手机时代发展起来的。由于移动应用程序开发相对容易，手机无处不在，COVID-19的接触追踪应用程序显然是一个公共卫生解决方案。

    挪威、韩国、中国、新加坡、德国和卡塔尔等国家已经开发、鼓励或强制使用接触者追踪应用程序作为一项公共卫生战略。使用了不同的技术来提供接触者追踪;这些技术利用手机平台内置的各种功能，如GPS、蓝牙、Wi-Fi和快速响应(QR)码。然而，个人和倡导团体很快就提出了对数据隐私、机密性和安全的担忧[50］．与此同时，大量关于黑客攻击、漏洞和数据滥用的报告开始出现。其中一些应用程序已经被禁止或停产。这种不信任不仅存在于政府，也是谷歌和苹果联系追踪功能在英国和其他国家受到关注的原因。51］．然而，通过确定有风险的人来追踪接触者和控制感染的需要并没有减少。在这种情况下，区块链技术的不可信任系统可以就如何平衡公共卫生需求与隐私关切提供潜在答案[52］．

    区块链允许在不识别个人身分的情况下，利用公开及私钥系统收集个人资料[53］．例如，BeepTrace系统使用区块链提供加密和匿名的个人身份，同时允许监管机构和卫生保健提供者联系因与感染者接触而有感染风险的人。该系统使用两个链和一个由政府或公共实体生成的公钥来生成位置数据，同时还生成一个诊断密钥来验证测试结果。感染者同意诊断实体，诊断实体参与区块链验证结果;然而，政府无法识别个体。通知可使用单独的链发送给个人[54］．

    此前，在其他基于区块链的应用中也提出了相同的隐私和数据共享方案[25］．关键是，通过匿名和加密，一个基于区块链的接触者追踪应用程序确保了个人隐私，同时允许公共卫生部门通过感染者联系可能接触到导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒的人。这些安全、隐私、信任、透明和效率的特性内置于区块链的体系结构中，很难在其他应用程序中复制或可靠地开发。

    台湾和韩国等国家已经表明，强有力的接触者追踪系统可以控制感染的传播，同时允许感染风险较低的健康人继续正常生活[55］．然而，对隐私和安全的担忧可能会限制这类策略在世界不同地区的实施，特别是在病例和死亡人数最高的美国[56］．区块链技术使个人能够以安全的方式与公共卫生机构分享其个人信息，而不暴露其身份或将该信息贡献给中央政府或企业数据库，这可能有助于识别与COVID-19检测呈阳性的患者有过接触的人。这可以通过公共卫生机构或点对点通知实现，在这种情况下，只能分享阳性状态，而不能共享其他医疗或个人数据[57］．追踪COVID-19阳性个人并检查其血清感染阳性状态的能力，可作为一种关键工具，在不导致病例激增的情况下，更负责任地重新开放经济。在我们开发疫苗或开发针对感染的群体免疫的同时，区块链技术也可用于签发可由雇主和公共卫生机构轻松核实的健康证书，以确认个人的状况[58］．

    区块链技术可应用于与长期抗击COVID-19大流行有关的许多其他方面，例如在几秒钟内批准保险状态，而不是今天需要多次接触来验证保险[59]，病人在就诊时的身份识别，无需填写多份表格和携带文件与医生预约[60]，或在不增加个人私隐风险的情况下进行研究[61］．人工智能[62，物联网[63]，以及3D打印[64]通过区块链使用不可变和经过验证的指令是其他可能在未来抗击COVID-19等大流行病方面有很大帮助的技术。


    COVID-19危机造成的破坏和痛苦应促使人们决心建立更好的数据、信任和交易系统，以便在未来跟踪、应对和控制这类大流行病。虽然区块链技术前景广阔，而且针对我们当前卫生保健、公共卫生和政策机构系统性失败的解决方案已经在制定中，但要广泛采用该技术还需要规划和执行。立即考虑区块链应用如何有助于安全有效地应对COVID-19大流行的国家政策议程，将有助于加快接受、采用和实施这一技术，以改善我们有缺陷的卫生保健数据和卫生相关交易系统。

    主要的区块链和软件公司已经在创建一个去中心化的治理系统，以创建国际标准，如万维网联盟(W3C)和互联网协议。超级账本、以太坊、BankChain和R3都是这种联盟构建努力的例子[65］．竞争对手和合作伙伴之间就商业协议和规则达成共识，会产生更有效、更平等、更可执行的规则，这有助于提高无线和互联网技术的互操作性和可伸缩性。如果各国政府和大型私营企业积极参与并鼓励这种协作式全球治理，而不是将其视为对其霸权权威的威胁，那么世界各地的卫生系统就能更好地应对未来的卫生危机，如COVID-19大流行。

    最后，需要进行研究和开发，为区块链应用程序构建和测试健壮的用例。大学和研究机构应该与工商界合作。这种合作很少，必须广泛建立，以加快在卫生领域采用区块链技术。在大学和医学院发展和资助区块链技术实施实验室将有助于促进这种产学界伙伴关系，并为评估区块链技术在保健方面的影响提供更有力和更可靠的证据。医疗保健和区块链技术都需要跨学科团队合作解决问题。学术医疗中心和公立大学的区块链实验室可以为合作和创造性解决问题提供平台，这将有助于抗击COVID-19等大流行病。


    区块链技术依赖于一个分布式的、健壮的、安全的、隐私保护的和不可变的记录保存框架，该框架可以积极地改变信任、价值共享和事务的性质。2019冠状病毒病危机凸显了当前信任和数据共享体系的失败。虽然这场大流行病对我们的生活方式构成了明显和严重的危险，但它也为应用和测试新技术提供了独特的机会，这些技术可能有助于改变我们抗击这场大流行病的能力，并在此过程中建立一个更有效、更民主和更安全的系统，以应对未来的大流行病。

    致谢

    作者要感谢Robert John Bautista博士对论文提交格式的帮助。这项研究没有从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何具体的资助。

    利益冲突

    没有宣布。

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    个人防护用品:个人防护装备
    QR:快速反应
    W3C:万维网联盟

    G·埃森巴赫编辑;提交19.05.20;M Hölbl, C Esposito同行评议;对作者29.06.20的评论;修订版收到14.08.20;接受02.09.20;发表22.09.20

    版权

    ©Anjum得以。最初发表于JMIR医学信息学(http://medinform.www.mybigtv.com)， 2020年9月22日。

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