MIDAS: Hệ thống quản lý dữ liệu và truy cập tương tác đa chuỗi trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe

MIDAS: A multi-chain interoperable data and access system for healthcare

Xây dựng, triển khai hệ thống danh tính phi tập trung dựa trên Blockchain nhằm quản lý các thực thể trong mạng phù hợp với bối cảnh chăm sóc sức khỏe. Tích hợp với giải pháp liên chuỗi nhằm mang lại cho thế giới mạng đa Blockchain khả năng tương tác, giao tiếp, vận chuyển dữ liệu, và mở rộng khả năng quản lý danh tính trong bối cảnh tương tác đa chuỗi.

Xem toàn văn báo cáo tại:

Khoá luận tốt nghiệp

TÁC GIẢ

Nguyễn Bùi Kim Ngân, Nguyễn Bình Thục Trâm

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NGÀNH

Tổng quan

Theo số liệu của Tổ chức Y tế Thế giới, tỷ lệ bao phủ chăm sóc sức khỏe toàn dân (UHC) đã tăng từ 45% tới 68% trong khoảng từ năm 2000 tới 2021. Tuy nhiên con số đó đã phát triển chậm lại sau 2015, chỉ tăng 3% từ năm 2015 đến 2019 và trì trệ tại mức đó tới năm 2021. Điều này cho thấy rằng vào năm 2021, đã có tới khoảng 4,5 tỷ người không nhận được đầy đủ các dịch vụ chăm sóc y tế thiết yếu. Do đó, hàng giờ, hàng ngày các nhà nghiên cứu đã và đang phát triển những công nghệ giúp tăng tỷ lệ bảo phủ, nâng cao chất lượng bệnh viện, giúp cho mọi người đều thể tiếp cập được với dịch vụ y tế chất lượng một cách hiệu quả, an toàn và minh bạch.

Hệ sinh thái chăm sóc sức khỏe là rất rộng lớn, bao gồm nhiều thành phần, các bên liên quan cũng như nhiều yêu cầu khắt khe để đảm bảo an toàn cho dữ liệu sức khỏe của người dùng. Bên cạnh đó, môi trường này cũng gần phải trao đổi thông tin như hồ sơ y tế bệnh nhân thường xuyên và cần đảm bảo tin cậy giữa các bên liên quan. Ứng dụng những công nghệ mạnh mẽ như Blockchain đang là xu thế hiện nay để có thể mang lại nhiều lợi ích, bao gồm: khả năng bảo mật cao, quản lý quyền truy cập và chia sẻ dữ liệu nội bộ hiệu quả, kiểm soát quyền riêng tư… Hệ thống Blockchain thường được xây dựng nhằm mục đích 4 quản lý nhân sự và dữ liệu của các cơ sở y tế như hồ sơ y tế điện tử (EMR), thông tin mua bán và cung cấp thiết bị y tế, thuốc men… tuy nhiên các hệ thống này cũng đang phải đối mặt với một số khó khăn và thách thức đáng kể như sau:

  • Quy định pháp luật: Các hệ thống cần phải tuân thủ các quy định pháp luật phức tạp, đặc biệt là về quyền riêng tư và an toàn dữ liệu đối với các lĩnh vực cần trao đổi những thông tin nhạy cảm như y tế.
  • Vận chuyển dữ liệu: Các Blockchain khác nhau có cấu trúc khác nhau, có cơ chế đồng thuận, các giao thức, quy tắc riêng… Do đó chúng thường gặp khó khăn trong đạt được khả năng tương tác.
  • Quản lý bệnh nhân đa bệnh viện: Đối với blockchain, để có thể quản lí thông tin của bệnh nhân tham gia nhiều bệnh viện trên nhiều Blockchain là khá phức tạp và đòi hỏi một phương pháp quản lý chính xác và hiệu quả.
  • Rủi ro về bảo mật: Mặc dù Blockchain được xem là bảo mật hơn so với những hệ thống truyền thống khác, tuy nhiên vẫn không thể tránh khỏi nguy cơ tiềm ẩn từ tấn công mạng và bị lợi dụng lỗ hổng trong smart contract.

Do đó, trong phạm vi khóa luận này, chúng em tập trung giải quyết vấn đề vận chuyển dữ liệu liên chuỗi trong môi trường đa bệnh viện đa Blockchain bằng giải pháp relay/sidechain, một chuỗi khối ngoài làm trung gian. Đồng thời để giải quyết bài toán quản lý bệnh nhân đa bệnh viện, chúng em đề xuất hệ thống danh tính phi tập trung do chúng em thiết kế và triển khai mang tên “Blockchain Interoperability Decentralized Identifier” (BIDI). Bằng cách kết hợp BIDI với sidechain, giúp hệ thống tăng tính bảo mật, mở rộng quy mô ứng dụng và tăng khả năng tương tác của Blockchain. Bên cạnh đó, chúng em cũng thảo luận một số vấn đề về nhu cầu tuân thủ quy định pháp luật liên quan đến chăm sóc sức khỏe và đảm bảo an toàn dữ liệu cá nhân.

Đối tượng nghiên cứu

  • Công nghệ Blockchain
  • Các giải pháp liên chuỗi
  • Hệ thống danh tính phi tập trung
  • Bảo mật an toàn thông tin trong mạng liên chuỗi khối

Mô hình đề xuất

Hình 3.1 mô tả chi tiết mô hình tổng quan, với các thành phần và thực thể bao gồm:

  • Bệnh viện A và Bệnh viện N: xây dựng mạng blockchain A và N để quản lý các thực thể trong mạng.
  • Bác sĩ (Doctor) thuộc bệnh viện A.
  • Bệnh nhân (Patient) đến khám cả bệnh viện A và N, sở hữu EMR ở cả 2 bệnh viện.
  • EMR, hồ sơ y tế điện tử của bệnh nhân, được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của bệnh viện.
  • DApp, ứng dụng phi tập trung, có vai trò là giao diện người dùng, nhận yêu cầu từ người dùng, nhận phản hồi cho yêu cầu, vận chuyển và hiển thị dữ liệu được yêu cầu.
  • MIDAS, có kiến trúc là blockchain thứ ba, mang vai trò làm trung gian giữa blockchain A và blockchain N, và lưu trữ các BIDI – định danh dạng URL cho các thực thể trong blockchain, chi tiết sẽ được trình bày trong phần 3.3.2.
  • Smart contract, hợp đồng thông minh của mỗi mạng blockchain, trong ngữ cảnh của khóa luận này, chúng chịu trách nhiệm xác minh và phản hồi yêu cầu từ người dùng, định nghĩa người dùng trên hệ thống thông qua kiến trúc BIDI, giao tiếp với MIDAS, lấy hoặc chuyển dữ liệu theo yêu cầu.
  • IPFS được sử dụng để lưu trữ các BIDI directory, chi tiết sẽ được trình bày ở phần 3.3.2.
IMG 0037

Hình 3.1. Mô hình tổng quan của hệ thống

Kết luận

Nhóm đã giới thiệu kiến trúc MIDAS, viết tắt cho Multi-chain Interoperable Data and Access System bao gồm giải pháp liên chuỗi với lý thuyết cơ bản là relay/sidechain tích hợp với kiến trúc danh tính phi tập trung mới, BIDI – Blockchain interoperability dencentralized identifiers. Hệ thống của chúng em mang đến khả năng vận chuyển dữ liệu liên chuỗi một cách an toàn, hiệu quả, đồng thời cung cấp hệ thống quản lý tăng trải nghiệm người dùng và hiệu quả trong quản lý dữ liệu cá nhân. Và nhóm chúng em cũng đã thử nghiệm một số kịch bản thực tế để xem xét và đánh giá chức năng, hiệu năng hệ thống được đề xuất và mang về những kết quả rất tốt và đáng hứa hẹn.