区块链近年来的名气越来越大，即使是圈外人也偶有耳闻，它常常与比特币绑定在一起。那区块链究竟是什么呢，又能怎样应用于临床研究的数据管理呢？
从本质上讲，它是一个共享数据库，也是一种革命性的数据管理方式。拿医院自主开展的临床研究场景举例，倘若有几家医院开展一场临床研究合作，最原始的办法就是各单位都用Excel表格记录数据。但这会有一系列的问题：医院各自为政，不好统一管理；数据都是明文记录，没有加密保护；原始记录可以随意更改，难以监管、溯源；数据成果最后集中到一家中心医院，协作医院只能做嫁衣裳；难以记录图像、视频等多种形态的数据。
对于企业主导的新药上市前的临床试验，临床监查员要在试验中确保数据质量的问题，最终我们的试验结果取决于研究中产生的数据，无论是申办方还是监管机构都希望数据是值得信赖的。临床试验是否达到监管机构的合规标准，原始数据是否标准，说到底还是信任与审查机制的问题。如果没有一个合适的医疗数据平台做到简单快捷的监查，申办方就要花费大量的人力与财力。
如果采用了区块链技术，上述的问题就能得到有效解决。那它的具体原理是怎么样呢，我们可以从以下的一些关键词去理解。
图1 区块链在医疗场景的应用
图1中患者产生的健康数据由医疗机构掌握，然后通过加密上传到区块链数据库中。研究者和患者可通过专属的解密方法获得授权的数据，研究者可用此类数据进行临床研究，患者也有权利是否允许自己的数据是否被访问。
去中心化
去中心化是区块链最根本的特征。什么是“中心”呢，大型的电商平台、教学三甲医院就属于这种“中心”。我们网购交易需要电商平台做担保，大型的临床研究需要大医院牵头。
这些中心化巨头的确为我们现实的生活、科研带来便利，但长期发展又会出现数据垄断、甚至数据作恶的现象。想必不少想做临床研究的伙伴也有这种体会：不是自己不够努力、技术不够，而是病人的数据都掌握在其他大医院，自己没有这样的平台，实在是有心无力。哪个医院掌握更多的数据，就能有更多的科研产出，强者越强。所谓的去中心化，就是把这个中心去掉，使原来属于中心化角色的权利分散化，参与者都能接触到这些数据，打破数据垄断。
分布式储存
那区块链通过什么样的手段实现去中心化呢，答案就是分布式储存。临床研究需要建立中心数据库，一般的数据库就相当于是一个账本，并且只有创建者，也就是发起研究的医院才能在这个账本上进行记账。而分布式储存数据库将一个公共账本分散存储到多个地方，参与的医院具有相同的权利，一起记录和共享数据。
除了促进共享外，每个医院都知道每次数据记录的事项，一旦有谁篡改历史记录，就很容易被发现。各医院间平日各自为政，谁也不是牵头单位，但如果能建立起区块链数据库，就能促进日常的病例数据共享，挖掘更多的科研价值。
联盟链
区块链可以进一步划分为公有链、私有链和联盟链，其差异在于数据权限开放的程度，公有链面对社会全体成员，全民皆可成为节点，去中心化程度最强；私有链中的节点都会被严格控制，有点像一个属于个人、或公司的私有账本，只对个人企业内部开放，去中心化程度最弱；联盟链就介于两者之间，数据由联盟内部的成员共同维护，只对组织内部成员开放。临床研究的数据需要一定程度监管和保密，参与的实体医院也有准入限制，所以医疗区块链实际上是一种联盟链。
哈希算法
数据的共享与安全的兼顾是个难题，区块链中的加密技术应运而生。其核心哈希算法是一种特殊的函数，它可以把任意长度的输入变换成固定长度的输出，永远都是固定256比特的长度。这个得到的输出值就叫做哈希值。哈希算法有一些特性，譬如无法通过输出倒推输入，不同的输入哪怕区别很小也会导致输出的哈希值差异很大，大部分的输入都能得到独一无二的输出等等。这些特性赋予了区块链不可篡改、匿名等特性，并保障了整个区块链体系的安全。
可以这样比喻，临床研究中，每记录一例患者的数据就会产生一个哈希值，这个哈希值就像水滴进入河流汇入大海，每个新区块的值都有上个区块的部分哈希值，经过层层处理分析，最后得出研究成果，但是最开始的哈希值仍然是可溯的。最后数据审核员只需要对比最终的哈希值和开始的哈希值，就能知道数据是否被篡改，同时也保证了数据的完整性。因为数据是以加密的形式传递的，所以即使数据丢失，患者的敏感信息也不会泄露。
图2 哈希算法示意图
数字签名
我们的区块链里有多个医疗中心或监管机构作为节点，不同的节点权限不同，某个中心想要获取另一个中心的数据，需要经过一些列的验证操作。区块链主要使用数字签名来实现权限控制，识别交易发起者的合法身份，防止恶意节点身份冒充。这里所说的数字签名并不是某种纸质合约签名的扫描版，而是一段用于表示签名的字符。当A医院节点想要下载某批数据，他先利用自己的私钥对请求内容进行签名，并将签名附加在请求上。其他医院节点收到广播信息后，会用公钥验证其数字签名，完成消息完整性校验及消息发送者身份合法性校验后，改请求才会触发后续处理流程。
时间戳
那如果研究者想篡改原始数据怎么办呢，这就要引用到时间戳的技术了。时间戳一般是一个字符序列，能唯一地标识某一刻的时间。它可以证明其他的某个数据，在什么时间点，就已经完整存在。所以，简单来说，时间戳就相当于是数据的生产日期，并起到数据验证的作用。
如图3，企业的新药市前临床试验涉及多个机构和大量的数据管理工作，最终的统计分析对结果至关重要，区块链可在开始前先对数据加上时间戳，然后再对数据进行揭盲。如果每一步数据传输都包含了哈希算法加密、数字签名、时间戳，数据的隐私和质量都会得到很大的提高，申办方与监管机构也对临床试验的质量更信任。
图3 上市前临床试验流程
智能合约
临床研究中的数据审查繁琐且重要，有没有更高效方法替代人工呢？智能合约系统是个好的选择。简单来说，智能合约是一种在满足一定条件时，就自动执行的计算机程序。例如自动售货机，我选了什么商品，给了钱，就把商品弹出，这就是一个简单的智能合约系统。
这个前卫的概念早在1995年就已经提出，但是缺乏一个可靠的运行平台，确保智能合约不被篡改。区块链的去中心化、防篡改特性，很好地解决了这类问题。
当临床研究的原始数据符合一定规范后，各医院、机构节点均会验证相应条件，并将数据结果记录在区块链数据库上，进入下一个研究阶段，省去了大量的复核工作。基于区块链上大部分节点都是诚实的基本原则，如果某个几点修改了智能合约逻辑，那么执行结果就无法通过其他节点的校验而不会被承认，即修改无效。
图4 临床研究相关数据在区块链中的传递
图4中上方栏为不同的临床试验阶段，左侧栏为不同的角色，中间的有颜色的空格代表不同角色在某一阶段发挥作用。当满足某条件后，触发智能合约自动到纳入患者阶段或进行锁库操作引自Trials. 2017 Jul 19;18(1):335.
总结
综上所述，区块链技术可以有效地保障患者数据隐私、防止数据造假、促进数据共享，对于患者、医院研究者、企业都有很多好处。目前国内也有构建医疗区块链的趋势，但推广此技术起来仍面临许多难题，尚未有标杆性的平台诞生。我们掌握一定区块链的基础知识，能对未来的趋势有更深刻的了解。
