基于區塊鏈的醫院網絡安全框架設計與實現

于翠梅

（山東省菏澤市鄆城縣婦幼保健院，山東 菏澤 274700）

醫院作為重要的公共服務機構，擁有大量患者的個人隱私信息與醫療數據，因此，保護醫院網絡安全十分重要。而傳統的網絡安全防護措施，通常難以應對日益復雜的網絡攻擊手段，而區塊鏈作為一種新型的技術具有許多優勢，為醫院網絡安全提供了新的解決方案。

1 區塊鏈技術概述

1.1 區塊鏈的概念

區域鏈是一種應用模型，在模型中能夠實現兩點之間的功能傳輸，還可以對加密算法等相關功能進行運算，使不同節點形成數據信任，從而獲得相應的權益。從概念出發，區塊鏈技術通常被人們認為是一種數學算法。從廣義角度來說，對區塊鏈技術進行理解，該技術就是通過一些跨鏈式的結構進行數據的驗證與傳輸，并運用自動化的腳本代碼，達到智能合約的目的，再進行后續的操作。從狹義角度來說，分析區塊鏈技術，可以認為此技術標準是參考時間的先后順序，利用鏈接的方法形成鏈式數據的結構。

1.2 區塊鏈的技術原理

數據的產生形式通常會通過一連串的密碼學方法構建數據塊，最終形成分布式的賬簿系統，也就是區塊鏈的技術原理。區塊鏈技術包括鏈接與數據塊，數據塊屬于數據結構，這種數據結構能夠記錄交易。挖礦記錄或被驗證的轉賬記錄是交易記錄，對數據塊而言，它肩負著系統內加密的數據信息，同時這些數據信息需要在一定的時期內進行存儲，對于驗證的有效性與次生區塊的形成具有一定的作用。鏈接就是區塊和區塊間的關系，最終形成的區塊鏈。對于區塊單元而言，它包括三個部分，分別是交易信息、隨機數等，交易信息中有雙方交易的數量與交易時形成的電子貨幣數字簽名與雙方的私鑰等，這些交易信息也是區塊需要承擔的任務。數字簽名是一個證明數據的機制與依據。它對數學機制的所有權進行證明，數字簽名包含諸多內容，比如發送者的私鑰等，從而確定發送方式，通過確認簽名發出消息，此外，還包括確定整個數據或信息的完整性[1]。

1.3 區塊鏈技術的特征

區塊鏈技術屬于分布式的數據庫技術，它能夠使數據之間實現共享，同時具有一些基本的特征，比如集體維護、去中心化、可靠數據庫等，去中心化的主要特征就是在運營中沒有中心化的硬件或管理機構，每一個節點的權利與任務都是平等的。若在其中有任何一個節點沒有工作，都不會對整個運行系統造成影響。去信任就是在區塊鏈技術運營中，數據庫的運作與數據都是公開的，在各節點執行交易時不需要信任，因此叫做去信任，也就是在系統所規定的范圍與時間內，不同節點是不能欺負彼此的。集體維護的特征就是在系統中，每個節點都是受到維護的，每個節點都參與到系統的維護中，可靠數據庫就是在運營系統中，所參與的節點都是完整的信息。因此，對某個節點的數據庫進行修改是不能實現的，系統會通過自己的判斷，將頻率最多且出現相同的記錄認定為真實。對于其安全性而言，整個節點的參與度與計算能力成正比。參與度的高低直接決定計算能力的強弱，同時也代表了系統數據的安全性。

2 區塊鏈技術在醫院網絡安全中出現的問題

2.1 數據存儲空間不足

在區塊鏈技術應用中，數據庫是一個重要的數據集合，每筆交易都在數據庫中存儲，因此，所有參與的節點都需要下載與更新存儲的數據，并下載與記錄自始至終的數據。在醫院網絡安全中，擁有數字化技術數據存儲量在不斷地攀升。若在醫院網絡安全技術中應用區塊鏈技術，它將承載大量的醫院信息與患者的數據，這就需要大量的數據庫資料存儲空間。若想使每個節點的數據達到同步，就需要龐大的區塊鏈數據存儲空間，這也是在眾多領域中區塊鏈技術應用的關鍵。對醫療系統來說，其對醫療系統工作快速開展與醫患數據的準確性具有直接的影響[2]。

2.2 大規模交流下的抗壓問題

隨著醫院內部與外部信息交流不斷增加，區塊鏈技術的應用也隨之擴展。然而，當大量數據同時傳輸時，區塊鏈網絡可能面臨嚴重的抗壓問題。醫院網絡中的交流可能涉及大量的醫療數據，比如，患者的病歷、醫療記錄與醫囑等。這些數據的傳輸需要高速與穩定的網絡連接，但區塊鏈技術的分布式特性可能導致傳輸速度較慢，從而影響醫院網絡的正常運行。大規模交流下的抗壓問題還涉及網絡的帶寬和存儲容量。區塊鏈技術需要大量的存儲空間來存儲交易數據和區塊鏈的歷史記錄。當醫院網絡中的交流數據量過大時，可能會導致網絡帶寬和存儲容量不足的問題，從而影響數據的傳輸與存儲。區塊鏈技術的網絡節點數量也可能影響到網絡的抗壓能力。在醫院網絡中可能存在大量的節點參與區塊鏈的驗證和交易確認過程。當節點數量過多時，可能會導致網絡擁堵和延遲，從而影響到醫院網絡的正常運行[3]。

2.3 醫院網絡安全缺乏實踐經驗

盡管區塊鏈技術被認為是一種安全且去中心化的解決方案，但在醫院網絡環境中應用時仍然面臨一些挑戰。醫院網絡安全意識的欠缺是導致問題出現的主要原因，由于醫療工作人員對區塊鏈技術并不熟悉，缺乏對網絡安全威脅的認識和理解，這會導致區塊鏈系統在使用與管理時出現漏洞，從而使醫療數據容易受到攻擊。由于醫院網絡環境的復雜性，區塊鏈技術的實施也會面臨一些難題，醫院網絡通常包含多個終端設備、傳感器、服務器等，這些設備之間的數據交互需要高度的安全性，然而，區塊鏈技術的部署與配置對于醫院網絡來說可能是一項復雜的任務，需要采用專業技術對醫院進行管理。醫院網絡中的潛在安全漏洞也十分令人擔憂，由于醫院網絡常常連接到外部網絡，如互聯網等，因此，存在被黑客攻擊的風險[4]。

2.4 隱私與安全問題

盡管區塊鏈技術本身被認為是安全的，但其應用在醫院網絡中仍然存在一些風險。由于區塊鏈是一個公開的分布式賬本，其中的交易信息是可追溯的，這可能導致患者隱私泄露的風險。雖然區塊鏈數據是匿名的，但患者的身份信息仍然可能通過其他方式與其相關聯。區塊鏈技術的去中心化特性，使得數據存儲在多個節點上，這增加了網絡攻擊的潛在目標。黑客可能通過攻擊這些節點來竊取敏感的醫療信息，從而對患者的隱私和安全造成威脅。由于區塊技術是基于密碼學的，一旦密碼被破解，整個網絡的安全性將受到威脅。區塊技術還具有可擴展性，由于每個節點都需要存儲完整的區塊鏈數據，就會導致數據量的快速增長，從而對網絡的帶寬與存儲資源提出挑戰。

3 基于區塊鏈的醫院網絡安全框架設計與實現策略

3.1 建立分布式的網絡結構

基于區塊鏈的醫院網絡安全架構設計需要建立一個分布式的網絡結構，傳統的網絡結構中存在著集中式的服務器，一旦服務器被攻破，整個系統的安全性就會受到威脅。而區塊鏈的分布式結構使得數據存儲在多個節點上，沒有單一的中心服務器，從而降低了被攻擊的風險。同時，區塊鏈的去中心化特點也增加了系統的抗攻擊能力，即使某一節點被攻破，其他節點仍然能夠運行正常，保證了數據的安全性與可靠性。建立分布式網絡結構，可以減少單點故障的風險。分布式網絡結構將數據與計算資源分散在多個節點上，即使某個節點發生故障，其他節點仍能正常運行，保證醫院網絡的連續性和可靠性。分布式網絡結構還可以增加網絡的安全性，其每個節點只存儲部分數據與計算任務，大大降低了黑客獲取全部數據的難度，同時，基于區塊鏈的分布式賬本技術可以確保數據的不可篡改性與透明性，使得醫院網絡更加安全可信。同時，還可以提高網絡的性能與可擴展性，實現并行計算與負載均衡，提高網絡的處理能力和響應速度。伴隨醫院規模的不斷擴大，可以方便地添加新的節點來擴展網絡的容量與覆蓋范圍[5]。

3.2 引入智能合約

智能合約是一種合約的進化形式，它利用人工智能與機器學習的技術，使合約能夠自動學習和適應不斷變化的網絡環境。智能合約是區塊鏈中的一種自動執行的合約，可以確保數據的安全和一致性。醫院可以通過智能合約實現數據的自動驗證與控制，確保只有授權的用戶才能訪問與修改數據。同時，智能合約還可以記錄和追蹤數據的變更歷史，任何人都無法篡改數據，保證了數據的完整性和可追溯性。智能合約在醫院網絡安全中的應用是為了提高網絡的自我防御能力，通過對網絡流量進行實時監測與分析。智能合約可以識別異常行為與潛在的威脅，并自動采取相應的應對措施，比如，當發現有可疑的網絡攻擊行為時，智能合約可以立即啟動防御機制，如封鎖攻擊源IP 地址或限制訪問權限，以保護醫院網絡的安全。智能合約還可以進行自我學習與優化。通過不斷分析與整理醫院網絡的安全日志與歷史數據智能合約，能夠識別出網絡的漏洞與弱點，并提出改進的方案。這種自我學習與優化的過程，使得醫院網絡安全架構能夠不斷適應新的威脅與攻擊方式，保持較高的安全性與可靠性。

3.3 加強身份認證與訪問控制

基于區塊鏈的醫院網絡安全架構設計需要加強身份認證和訪問控制。傳統的網絡安全系統往往通過用戶名和密碼來進行身份認證，但這種方式容易被攻擊者破解，而區塊鏈技術可以通過公鑰和私鑰的加密方式來進行身份認證，只有擁有私鑰的用戶才能訪問和修改數據。區塊鏈技術的去中心化特性為醫院提供了更加安全和可信的身份驗證機制。通過使用區塊鏈，醫院可以建立一個分布式的身份認證系統，確保其有被授權的用戶可以訪問敏感的醫療信息。醫院可以將所有醫護人員的身份信息存儲在區塊鏈上，這些身份信息包括醫生、護士和其他醫療人員的資質、執業證書與許可證等，每個醫務人員都有一個唯一的身份標識符，該標識符被記錄在區塊鏈上，并與其身份信息進行關聯。當醫務人員需要訪問醫療信息時，他們需要使用其身份標識進行身份驗證。區塊鏈技術可以確保這些身份信息的真實性與安全性，防止身份欺詐和冒名頂替。加強訪問控制也是保護醫療網絡安全的重要手段。醫院可以實現細粒度的訪問控制，確保只有授權的用戶可以訪問特定的醫療信息。同時，基于區塊鏈的訪問控制，可以將權限管理的過程透明化，確保只有授權人員才能進行敏感操作，提高了系統的安全性[6]。

3.4 加強數據隱私保護

基于區塊鏈的醫院網絡安全架構設計，需要加強數據隱私保護。患者個人隱私信息和醫療數據的泄露，將對患者造成嚴重的損害，區塊鏈技術可以通過加密算法和匿名化技術來保護數據的隱私性，確保只有授權的用戶才能訪問和使用數據，同時，區塊鏈的不可篡改性，也可以防止數據被篡改或刪除，保護數據的完整性與可信度。通過使用區塊鏈技術語言，可以實現匿名化的數據存儲和傳輸。區塊鏈是一種分布式賬本技術，每個參與者都可以驗證和記錄交易，而不需要透露個人身份信息，這意味著患者的個人身份和健康數據可以被加密，只有授權的參與者才能解密與訪問，這將大大降低患者隱私被泄露的風險，并增加醫院網絡的安全性。區塊鏈的不可篡改性是提高數據隱私保護的關鍵特性之一，一旦數據被寫入區塊鏈，就無法被刪除或修改，只能添加新的交易記錄。這確保了患者健康數據的完整性與真實性，防止任何未經授權的篡改。通過這種方式患者可以更加信任醫院網絡，并且對他們的個人數據的安全性與隱私保護有更多的控制權。同時，采用智能合約，也可以加強數據隱私保護，智能合約可以在區塊鏈上執行。通過編寫智能合約，醫院可以定義與實施嚴格的訪問控制策略，確保只有經過授權的參與者，才能訪問患者的健康數據。

4 結論

基于區塊鏈的醫院網絡安全架構設計，可以有效提升醫院網絡的安全性與可靠性。通過建立分布式的網絡結構，引入智能合約、加強身份認證與訪問控制以及加強數據隱私保護，可以有效防止網絡攻擊和數據的泄露，保護患者的個人隱私信息與醫療數據的安全。然而，區塊鏈技術也存在一定的挑戰與限制，因此，在實際應用中需要進一步研究與改進。