[論文レビュー] Applying Software Patterns to Address Interoperability in Blockchain-based Healthcare Apps

Peng Zhang, Jules White+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 3被引用数 96

ひとこと要約

この論文は、基盤的なソフトウェア設計パターン（Abstract Factory、Flyweight、Proxy、Publisher-Subscriber）を使用して、ブロックチェーンベースのヘルスケアアプリをモジュール化・拡張することを主張し、互換性の課題に対処するDASHのケーススタディを通じて実証します。

ABSTRACT

Since the inception of the Bitcoin technology, its underlying data structure--the blockchain--has garnered much attention due to properties such as decentralization, transparency, and immutability. These properties make blockchains suitable for apps that require disintermediation through trustless exchange, consistent and incorruptible transaction records, and operational models beyond cryptocurrency. In particular, blockchain and its smart contract capabilities have the potential to address healthcare interoperability issues, such as enabling effective interactions between users and medical applications, delivering patient data securely to a variety of organizations and devices, and improving the overall efficiency of medical practice workflow. Despite the interest in using blockchain for healthcare interoperability, however, little information is available on the concrete architectural styles and patterns for applying blockchain to healthcare apps. This paper provides an initial step in filling this gap by showing: (1) the features and implementation challenges in healthcare interoperability, (2) an end-to-end case study of a blockchain-based healthcare app we are developing, and (3) how applying foundational software patterns can help address common interoperability challenges faced by blockchain-based healthcare apps.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンとスマートコントラクトの文脈で、ヘルスケアの相互運用性を動機づけ定義する。
• ブロックチェーンベースのヘルスケアアプリのアーキテクチャ的特徴と実装上の課題を特定する。
• ソフトウェア設計パターンがブロックチェーンヘルスケアアプリの相互運用性の課題にどのように対処できるかを示す。
• パターン主導の解決策を示すエンドツーエンドのケーススタディ（DASH）を提供する。

提案手法

• ヘルスケアの相互運用性に関連するブロックチェーン概念とEthereumスマートコントラクトを説明する。
• ヘルスケアの相互運用性の課題（進化性、データ保存、セキュリティ、スケーラブルな通知）を分析する。
• エンドツーエンドのケーススタディ（DASH）を提示し、直面した実装上の課題を記録する。
• DASHに四つの基礎パターン（Abstract Factory、Flyweight、Proxy、Publisher-Subscriber）を適用して互換性の問題を解決する。
• パターン同士の相互作用と、Ethereumベースのヘルスケアアプリにおけるパターンベース設計のトレードオフを論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトウェア設計パターンをどのように適用して、ブロックチェーンベースのヘルスケアアプリのモジュラリティと相互運用性を向上させることができるか。
• RQ2 Abstract Factory、Flyweight、Proxy、Publisher-Subscriberパターンで対処できるヘルスケアの相互運用性の課題は何か。
• RQ3 ヘルスケアの文脈でこれらのパターンをEthereumスマートコントラクトに適用する際の実践的な設計と実装上の考慮事項は何か。
• RQ4 パターンに導かれた設計は、DASHのようなアプリケーションにおける進化、保存効率、セキュリティ、スケーラビリティにどのような影響を与えるか。

主な発見

• 基盤的なパターンはブロックチェーンヘルスケアアプリをモジュール化し拡張することができ、結合の強さを緩和し進化を可能にする。
• Flyweightは、多くの患者アカウントに共通の内在データを共有しつつ、外在データを分離してオンチェーンストレージを最小化するのに役立つ。
• Proxyは、オンチェーンのデータ不変性と、オフチェーンまたはプロキシ支援のアクセスパターンを通じたプライバシーとアップグレード性のバランスを取る方法を提供する。
• Publisher-Subscriberは、ブロックチェーンに常時のイベント処理の負荷をかけることなく、ケアチームへスケーラブルでイベント駆動の通知を可能にする。
• DASHのケーススタディは、初期の課題（密結合、リソースの重複、スケーラビリティ）を示し、パターンの採用がこれらの問題に対処することを示している。