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专利号: 2022107034408
申请人: 天津理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享系统,其特征在于,所述系统包括:

用户注册模块,用于对用户的注册信息进行审核,对审核通过的用户赋予初始信誉值,并基于所述初始信誉值对用户进行医疗数据共享节点角色分类,以及生成用户密钥;

数据验证和存储模块,用于验证医疗数据提供用户发送的原始医疗数据质量,验证通过后使用用户密钥对所述原始医疗数据进行加密压缩,并上传至云存储空间,获得云存储证明URL和云存储数据URL;所述云存储证明URL为原始医疗数据云存储证明链接,所述云存储数据URL为原始医疗数据链接;

交易生成模块,用于医疗数据提供用户发布数据共享事务,医疗数据需求用户发布数据需求事务,以及交易成功后数据付款方发布数据共享成功事务;

匿名通信模块,用于建立医疗数据交易双方匿名通信通道,进行医疗数据交易双方实时通信,在医疗数据交易成功后交换用户密钥、云存储数据和信誉值代币;

VDF‑PBFT共识模块,用于基于可验证延迟函数进行主共识节点分布式选举,确定主共识节点,具体包括:根据共识节点的公钥哈希值和私钥生成VRF证明,并根据VRF证明和哈希函数确定医疗数据区块链各共识节点的随机安全参数;基于所述随机安全参数和时间参数,各共识节点运行VDF初始化函数和VDF计算函数,得到输出值和证明值;各共识节点相互广播各自的输出值和证明值,并对接收到的其他节点的输出值和证明值运行VDF验证函数;

对验证成功后的各共识节点的输出值计算哈希值,将所述哈希值最小的节点作为当前医疗数据共享链的主共识节点;

通过主共识节点验证数据共享事务、数据需求事务和数据共享成功事务的签名,并向其它共识节点广播事务集合;

基于VDF‑PBFT共识机制实现医疗数据共识记录的上链,具体包括:

通过医疗数据共享链主共识节点收集来自不同医疗数据共享用户的不同类型事务请求,使用用户公钥校验不同事务的数字签名,校验通过后根据事务类型进行事务编号,并向其余医疗数据共享链共识节点广播预共识事务请求;所述编号用于对不同类型事务进行排序;所述预共识事务请求中包含事务内容、事务摘要、事务编号和主共识节点的数据签名;

其余共识节点收到包含预共识事务请求的广播后,验证所述主共识节点的数据签名,验证通过后检验所述事务编号是否为重复编号以及编号大小是否合理,当所有验证完成后当前共识节点向包括主共识节点在内的其余共识节点广播准备共识消息;所述准备共识消息包括事务内容、事务摘要、事务编号、当前共识节点编号和当前共识节点的数据签名;

各共识节点收到包含准备共识消息的广播后,校验准备共识消息中的当前共识节点的数据签名、事务编号和当前共识节点编号,验证通过后继续接收准备共识消息,直至每个共识节点接收的相同准备共识消息的数量达到设定阈值时判定各共识节点已完成共识工作,共识节点广播承诺共识消息,所述承诺共识消息包含事务内容、事务摘要、事务编号、当前共识节点编号和当前共识节点的数据签名;

其余各共识节点校验通过继续接收所述承诺共识消息,当接收的所述承诺共识消息的数量达到设定阈值时判定各共识节点已经完成医疗数据共享链的共识过程,各共识节点执行用户数据共享事务中数据共享请求操作,并发送回复消息至当前用户节点,完成一轮医疗数据共享链的共识过程;所述回复消息中包含当前时间戳、当前客户端编号和数据共享请求操作结果;

数据共享模块,用于当医疗数据需求用户在数据共享事务上链后,通过链下传输收到的云存储数据链接获得所述原始医疗数据的加密压缩包,使用对应的加密密钥解密后获取原始医疗数据,完成医疗数据安全共享。

2.一种基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享方法,其特征在于,所述方法基于权利要求1所述的基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享系统,所述方法包括:通过用户注册模块对用户的注册信息进行审核,对验证通过的用户赋予初始信誉值,并基于所述初始信誉值对用户进行医疗数据共享节点角色分类,以及生成用户密钥;

通过数据验证和存储模块验证医疗数据提供用户发送的原始医疗数据质量,验证通过后使用用户密钥对所述原始医疗数据进行加密压缩,并上传至云存储空间,获得云存储证明URL和云存储数据URL;所述云存储证明URL为原始医疗数据云存储证明链接,所述云存储数据URL为原始医疗数据链接;

在交易生成模块中,通过医疗数据提供用户发布数据共享事务,通过医疗数据需求用户发布数据需求事务,以及交易成功后数据付款方发布数据共享成功事务;

医疗数据提供用户和医疗数据需求用户均根据实时更新的本地事务索引表进行数据共享匹配,匹配成功后在链下通过匿名通信模块进行实时通信协商,交易完成后交换用户密钥、云存储数据和信誉值代币;

通过VDF‑PBFT共识模块进行基于可验证延迟函数的主共识节点分布式选举,确定主共识节点,具体包括:根据共识节点的公钥哈希值和私钥生成VRF证明,并根据VRF证明和哈希函数确定医疗数据区块链各共识节点的随机安全参数;基于所述随机安全参数和时间参数,各共识节点运行VDF初始化函数和VDF计算函数,得到输出值和证明值;各共识节点相互广播各自的输出值和证明值,并对接收到的其他节点的输出值和证明值运行VDF验证函数;

对验证成功后的各共识节点的输出值计算哈希值,将所述哈希值最小的节点作为当前医疗数据共享链的主共识节点;通过主共识节点验证数据共享事务、数据需求事务和数据共享成功事务的签名,并向其它共识节点广播事务集合;基于VDF‑PBFT共识机制实现医疗数据共识记录的上链过程,具体包括:通过医疗数据共享链主共识节点收集来自不同医疗数据共享用户的不同类型事务请求,使用用户公钥校验不同事务的数字签名,校验通过后根据事务类型进行事务编号,并向其余医疗数据共享链共识节点广播预共识事务请求;所述编号用于对不同类型事务进行排序;所述预共识事务请求中包含事务内容、事务摘要、事务编号和主共识节点的数据签名;其余共识节点收到包含预共识事务请求的广播后,验证所述主共识节点的数据签名,验证通过后检验所述事务编号是否为重复编号以及编号大小是否合理,当所有验证完成后当前共识节点向包括主共识节点在内的其余共识节点广播准备共识消息;所述准备共识消息包括事务内容、事务摘要、事务编号、当前共识节点编号和当前共识节点的数据签名;各共识节点收到包含准备共识消息的广播后,校验准备共识消息中的当前共识节点的数据签名、事务编号和当前共识节点编号,验证通过后继续接收准备共识消息,直至每个共识节点接收的相同准备共识消息的数量达到设定阈值时判定各共识节点已完成共识工作,共识节点广播承诺共识消息,所述承诺共识消息包含事务内容、事务摘要、事务编号、当前共识节点编号和当前共识节点的数据签名;其余各共识节点校验通过继续接收所述承诺共识消息,当接收的所述承诺共识消息的数量达到设定阈值时判定各共识节点已经完成医疗数据共享链的共识过程,各共识节点执行用户数据共享事务中数据共享请求操作,并发送回复消息至当前用户节点,完成一轮医疗数据共享链的共识过程;所述回复消息中包含当前时间戳、当前客户端编号和数据共享请求操作结果;

医疗数据需求用户在数据共享事务上链后,通过链下传输收到的云存储数据链接获得所述原始医疗数据的加密压缩包,使用对应的用户密钥解密后获取原始医疗数据,完成医疗数据安全共享。

3.根据权利要求2所述的基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享方法,其特征在于,所述基于所述初始信誉值对用户进行医疗数据共享节点角色分类,具体包括:对所述初始信誉值进行排序,根据排序结果将用户划分为共识节点、备份节点和普通节点;

其中,共识节点竞争主节点地位,随机主导医疗数据共享链的共识过程;备份节点作为共识节点的后备节点,当共识节点信誉值过低掉出共识节点排名时由备份节点递补,共识过程中备份节点负责不同事务校验和响应;普通节点负责校验过程,不参与医疗数据共享链的共识过程。

4.根据权利要求2所述的基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享方法,其特征在于,数据验证和存储模块采用对应样本的邻域粗糙集分类机器学习算法验证用户发送的原始医疗数据质量。

5.根据权利要求2所述的基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享方法,其特征在于,所述数据共享事务中包含数据摘要、数据云存储证明、数据共享请求操作、数据说明、数据提供用户地址和当前时间戳信息;

所述数据需求事务包含数据共享请求操作、数据说明、数据需求用户地址和当前时间戳信息;所述数据共享请求操作包含数据价值和对数据的处理操作;所述数据说明包括原始医疗数据类型、质量和大小。

6.根据权利要求5所述的基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享方法,其特征在于,所述医疗数据提供用户和医疗数据需求用户均根据实时更新的本地事务索引表进行数据共享匹配,匹配成功后在链下通过匿名通信模块进行实时通信协商,具体包括:用户完成信息注册后在本地建立两份事务索引表,包括作为数据提供用户发布的共享事务索引表和作为数据需求用户发布的需求事务索引表;所述共享事务索引表中包含已发布共享数据的数据说明、数据摘要和数据提供用户地址;所述需求事务索引表包括需求数据说明和数据需求用户地址;

所述数据需求用户对所述数据提供用户发布的数据说明进行检索,在检索到目标事务后通过数据提供用户地址请求通信;

所述数据提供用户对所述数据需求用户发布的数据说明进行检索,在检索到目标事务后通过数据需求用户地址请求通信。

7.根据权利要求6所述的基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享方法,其特征在于,所述匹配成功后在链下通过匿名通信模块进行实时通信协商,交易完成后交换用户密钥、云存储数据和信誉值代币,具体包括:所述医疗数据提供用户和所述医疗数据需求用户之间建立通信连接后,所述医疗数据需求用户查看医疗数据提供用户传输的数据共享请求操作中的数据价值,根据所述数据价值在通道建立的交易过程中附加相应信誉值代币,建立链下匿名通信通道;

医疗数据提供用户和医疗数据需求用户在链下通道半承诺交易的空白区块中附加数据块,以附加信誉值代币为通信代价,实现交易双方的实时交流;

若双方达成交易意向,则通过在链下通道的最后一笔半承诺交易中进行数据费、加密密钥和云存储数据交换,完成数据共享过程,关闭通道;否则交易失败,暂时冻结通道,待双方退出后返还信誉值代币。

8.根据权利要求2所述的基于可验证延迟函数的区块链医疗数据共享方法,其特征在于,所述方法还包括:

通过所述医疗数据需求用户计算原始医疗数据的摘要,并将所述原始医疗数据的摘要与本地事务索引表中的数据摘要进行对比,以校验所述原始医疗数据的完整性。