CN113904822A - 基于区块链的实验室管理*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的实验室信息管理***，涉及区块链技术领域，解决了现有实验室存在的数据安全和集体维护的问题。该基于区块链的实验室信息管理***，包括：数据传输，用于收集实验数据，并将实验数据传输给多方人员；数据存储，用于对实验数据进行去中心化的存储，并对实验数据进行加密，提高数据安全性；数据共享，用于实现实验数据的共享和共识，提高工作效率和保障数据安全；身份认证，用于采集用户的身份信息，通过身份认证保障实验室的安全。

Description

基于区块链的实验室管理***
技术领域
本发明涉及一种基于区块链的实验室管理***。
背景技术
在医疗领域，新药的研发，需要做一系列相关的实验，从而确保新药的可靠性，随着技术的发展，新药研发数据增多，数据安全性存在隐患，医药实验室对于新药的研发具有重要作用，应保证新药实验数据的安全性。
区块链作为目前最热门的信息技术之一，发挥区块链可追溯、分布式存储、不可篡改、去中心化、开放透明等优势，将区块链技术运用到实验室信息管理***中，使得数据从采集、传输、存储、共享以及计算分析的每一步记录都被留存，保证实验工作的精准、透明、公开和高效，已成为各实验室不可回避的时代命题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于区块链的实验室管理***，通过区块链技术，包括多维哈希算法、分布式存储、密码杂凑算法和非对称加密技术，解决了现有实验室存在的数据安全和集体维护的问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现一种基于区块链的实验室管理***，包括：数据传输、数据存储、数据共享和身份认证。
进一步地，所述数据传输用于收集实验数据，拥有权限的用户可以将实验数据上链，并将实验数据传输给多方人员。
进一步地，数据传输用户包括实验人员、分析人员和审查人员，各人员均可将实验数据进行上链。
进一步地，数据传输模块中，区块链中的节点包括：CA节点、锚节点、主节点、背书节点、记账节点、排序节点和边缘存储节点。
进一步地，CA节点，用于管理组织内的人员，包括主节点、背书节点和记账节点等，以达到组织内自治的目的。
进一步地，边缘存储节点，用于就近存储实验数据，此节点部署在实验室，实验数据主要由实验人员负责收集存储。
进一步地，锚节点，用于与其他组织进行信息交换。
进一步地，排序节点，用于对交易进行全局排序并按照规则生成新的区块，分发给各组织的主节点。
进一步地，背书节点，用于承担背书任务，验证区块链交易的合法性。
进一步地，所述数据存储用于对实验数据进行去中心化的存储，并对实验数据进行加密，提高数据安全性。
进一步地，数据存储模型为多维哈希代替常规哈希，采用交叉的双保管链，分为主链和分支链。
进一步地，设计一个分布式分类账，用于存储与实验相关的详细信息，包括实验结果数据、历史实验记录和实验审查报告等。
进一步地，所述数据共享用于用户之间或者组织之间进行数据的共享，用户可以将自身产生的数据上传到区块链中，也可以访问其他用户上传到区块链的数据。
进一步地，用户在接入***时进行初始化，证书授权机构会为新用户颁发数字证书，同时获取自己的公私钥对，保存于用户端。
进一步地，用户将实验数据保存为大容量文件，加密上传，得到文件指针和文件的哈希值，并将二者与访问策略写入区块链账本中。
进一步地，用户想要下载本人上传的数据时，只需要用私钥对文件解密。
进一步地，用户需要下载其他用户上传的数据时，先检查用户是否满足访问策略，若满足访问策略，则可通过临近节点或者文件拥有者获取密钥对文件进行解密。
进一步地，用户不可篡改区块链中的数据，除非获得***中51%的用户同意，并且所有数据的修改记录都会记录到区块链中，可追本溯源。
进一步地，所述身份认证用于识别用户的身份信息，确保进入实验室的人员均通过身份认证，保护研发数据不被泄露；该身份认证模块，包括：数据采集单元、中央控制单元、数据处理单元和异常报警单元。
进一步地，所述身份信息包括证件信息、人脸信息和指纹信息。
进一步地，所述身份信息进行加密处理，获得加密身份信息，发送到区块链网络中。
进一步地，区块链网络接受所述加密身份信息并保存，同时生成用户唯一标识码，标识码为用户本人特有，除了用户本人外，其他用户不能获取到该用户的个人隐私信息。
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于区块链的实验室管理***，具有以下有益效果：
1、实验室管理***引入区块链技术后***具备去中心化、分布式存储的特点，每个用户都是***的中心，可以对数据进行的操作权限是一致的，保证了实验数据的安全性；
2、***内所有用户均能够上传实验数据，并保证其他用户查看数据的合法性和安全性，同时每一次记录和修改都被存储在区块链中，做到实验数据真实、公开、共享和不可篡改。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明区块链网络的逻辑拓扑图。
图2为本发明数据传输的主要协作过程。
图3为本发明数据存储模型的应用场景图。
图4为本发明数据共享的主要流程图。
图5为本发明身份认证的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提出的一种基于区块链的实验室管理***，包括：数据传输、数据存储、数据共享和身份认证。
数据传输用于收集实验数据，拥有权限的用户可以将实验数据上链，并将实验数据传输给多方人员。
具体的，数据传输用户包括：实验人员、分析人员和审查人员，实验人员、分析人员、审查人员均可以是一个组织，拥有自己独立的CA节点、锚节点和主节点，参照图1所示，为区块链网络的逻辑拓扑图。
具体的，参照图2所示，各组织在数据传输中的主要协作过程：实验人员，作为实验的操作者，对实验数据进行收集、归纳和整理，并实施数据上链；分析人员，通过区块链读取数据，对实验数据进行分析，新数据进行同步上链；审查人员，通过区块链读取数据，结合数据和报告分析，进行审查，并将审查结果同步上链。
具体的，数据传输的详细过程为：实验人员通过操作实验的仪器设备，采集实验数据，使用自己的PKI密钥，登录客户端，对实验数据进行收集，包括数据和图像；通过边缘存储技术，将实验数据保存为大容量文件，获得相关信息，包括存储地址、文件属性和哈希值等；分析人员对实验数据进行分析，生成实验分析报告，打包分析数据与大容量文件，提交给背书节点；审查人员对相关实验数据和分析报告进行审查，得到审查结果，结合大容量文件一起打包，提交数据上链的提案给背书节点；背书节点进行背书任务并验证合法性，反馈结果给客户端；客户端接收结果，并将其递交给排序节点；排序节点进行全局排序任务，并按照规则生成新的区块，递交给实验人员、分析人员和审查人员的主节点；通过验证后，各节点同步数据并保存。
选用上述实施方式，实验人员、分析人员和审查人员都能共享和保存相关的实验数据。每位用户都可以通过客户端读取共享的数据进行相关工作，提高了各组织的工作效率，同时保障了实验数据的安全性。
数据存储用于对实验数据进行去中心化的存储，并对实验数据进行加密，提高数据安全性。
在一个可选的实施例中，数据存储模型为多维哈希代替常规哈希，采用交叉的双保管链，使数据存储变成了一个自动的、非人工干预的过程。
具体的，参照图3所示，从实验室中的仪器设备收集数据后，自动将原始数据打包发送至服务器，进行进一步处理，并将冗余服务器进行备份；分支链服务器对数据等信息进行哈希运算，得到哈希集合，哈希集合用于构建一个区块链作为分支链，所有分支链的所有头节点基于多维散列构成主链。
在一个可选的实施例中，设计一个分布式分类账，用于存储与实验相关的详细信息，包括实验结果数据、历史实验记录和实验审查报告等，并通过非对称加密技术对数据进行加密。
选用上述实施方式，双链数据存储模型提高了数据的安全性，确保不同实验的数据是分离的、互不干扰的；其次，攻击者需要同时突破主链和分支链来获取数据，由于不同实验的数据都链接到主链上，攻击者更难定位目标数据；最后，如果攻击者突破了这两个链，他们仍然必须解密数据，并且只能在其他数据仍然安全的情况下操作这些数据。
数据共享用于用户之间或者组织之间进行数据的共享，用户可以将自身产生的数据上传到区块链中，也可以访问其他用户上传到区块链的数据。
具体的，参照图4所示，数据共享的流程：用户将实验数据保存为大容量文件，进行加密上传，得到文件哈希值和文件指针；用户保存文件哈希值、文件指针和文件存储地址等信息，在区块链账本中，写入制定的访问策略和上述信息；区块链达成共识后，证书机构会为记账节点生成唯一令牌标识，该令牌标识具有***签名和有效时限，得到所有用户认可；用户想要下载本人上传的数据时，只需要用私钥对文件解密，获取明文文件；用户需要下载其他用户上传的数据时，先检查用户是否满足访问策略，若满足访问策略，则可通过临近记账节点或者文件拥有者获取密钥对文件进行解密。
选用上述实施方式，***内所有用户均能够上传实验数据，并保证其他用户查看数据的合法性和安全性，同时每一次记录和修改都被存储在区块链中，做到实验数据真实、公开、共享和不可篡改。
身份认证用于识别用户的身份信息，确保进入实验室的人员均通过身份认证，保护研发数据不被泄露。
在一个可选的实施例中，身份认证模块包括数据采集单元，采集用户的人脸信息、指纹信息和证件信息；中央控制单元，存储和调取用户的人脸信息、指纹信息和证件信息；数据处理单元，处理和分析各项数据信息；异常报警单元，在发生身份信息认证异常时通知实验室管理人员。
具体的，参照图5所示，本发明实施例提供的身份认证方法包括以下步骤：
S1O1：用户向实验室管理***申请注册账号。
S1O2：数据采集单元采集用户的多个身份特征信息，至少为两个不同类别的身份特征信息，并且至少包括生物特征信息和文本特征信息。
S1O3：整合采集到的多个身份特征信息，将采集的身份特征信息根据分类整合，将文本特征信息、图像特征信息和生物特征信息融合成生物特征模型，构成用户的身份信息。
S1O4：对身份信息使用密码杂凑算法进行加密处理，获得加密身份信息，并发送到区块链网络中；特别地，将用户身份信息加密前，需将所述生物特征信息转换为数字特征信息。
S1O5：区块链网络接受用户身份信息时，根据自身设定的算法对所述身份信息进行加密和保存至存储数据库，并生成一个唯一标识码返回给用户。
S1O6：在进行身份认证时，***根据用户持有的标识码，从存储数据库中获取对应的加密身份信息，对其进行解密，获得身份信息，将解密后的身份信息与用户提供的身份信息对比匹配。
S1O7：若存储数据库中的身份信息与用户所提供的身份信息匹配，则认证成功；若匹配失败，则提醒用户利用身份证进行身份认证，多次匹配失败，***将通知实验室管理人员。
综上所述，本发明涉及一种基于区块链的实验室管理***，采用多维哈希算法、分布式存储、密码杂凑算法和非对称加密技术等，将实验数据上链存储，安全传输及共享，同时确保进入实验室的人员均为***认证的用户，解决了现有实验室存在的数据安全和集体维护的问题，保证实验工作的精准、透明、公开和高效。

Claims (5)

1.基于区块链的实验室管理***，其特征在于，包括：数据传输，用于收集实验数据，并将实验数据传输给多方人员；数据存储，用于对实验数据进行去中心化的存储，并对实验数据进行加密，提高数据安全性；数据共享，用于实现实验数据的共享和共识，提高工作效率和保障数据安全；身份认证，用于采集用户的身份信息，通过身份认证保障实验室的安全。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的实验室管理***，其特征在于，所述的数据传输模块，用户包括实验人员、分析人员和审查人员；区块链网络中的节点包括：CA节点、锚节点、主节点、背书节点、记账节点、排序节点和边缘存储节点；拥有权限的用户可以将实验数据上链，并将实验数据传输给多方人员。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的实验室管理***，其特征在于，所述的数据存储模块，模型为多维哈希代替常规哈希，采用交叉的双保管链，分为主链和分支链；设计一个分布式分类账，对实验数据进行去中心化的存储，并用非对称加密技术对实验数据进行加密。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的实验室管理***，其特征在于，所述的数据共享模块，包括文件上传单元和文件下载单元；用户可以将自身产生的数据上传到区块链中，也可以通过公私钥对和记账节点访问其他用户上传到区块链的数据。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的实验室管理***，其特征在于，所述的身份认证模块，包括数据采集单元、中央控制单元、数据处理单元和异常报警单元；数据采集单元采集用户身份信息加密后发送到区块链，区块链网络接受所述加密身份信息并保存，同时生成用户唯一标识码，标识码为用户本人特有。
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