[논문 리뷰] FHIRChain: Applying Blockchain to Securely and Scalably Share Clinical Data

Peng Zhang, Jules White외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 09.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 28인용 수 47

한 줄 요약

FHIRChain은 ONC 상호운용성 요구사항을 충족하는 블록체인 기반 아키텍처를 제안하여 FHIR 기반 임상 데이터를 안전하고 확장 가능하게 공유하며, 디지털 건강 신원을 가진 원격 암 치료를 위한 분산 애플리케이션(DApp)을 통해 시연된다.

ABSTRACT

Secure and scalable data sharing is essential for collaborative clinical decision making. Conventional clinical data efforts are often siloed, however, which creates barriers to efficient information exchange and impedes effective treatment decision made for patients. This paper provides four contributions to the study of applying blockchain technology to clinical data sharing in the context of technical requirements defined in the "Shared Nationwide Interoperability Roadmap" from the Office of the National Coordinator for Health Information Technology (ONC). First, we analyze the ONC requirements and their implications for blockchain-based systems. Second, we present FHIRChain, which is a blockchain-based architecture designed to meet ONC requirements by encapsulating the HL7 Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR) standard for shared clinical data. Third, we demonstrate a FHIRChain-based decentralized app using digital health identities to authenticate participants in a case study of collaborative decision making for remote cancer care. Fourth, we highlight key lessons learned from our case study.

연구 동기 및 목표

• 상호 운용 가능한 헬스 IT 시스템에 대한 ONC 기술 요구사항을 식별하고 그것이 블록체인에 미치는 함의를 분석한다.
• 공유 데이터 교환을 위한 HL7 FHIR 데이터 요소를 캡슐화하는 블록체인 기반 아키텍처(FHIRChain)를 설계한다.
• 인증 및 접근 제어를 위해 디지털 건강 신원을 사용하는 FHIRChain 기반 분산 애플리케이션(DApp)을 시연한다.
• 원격 암 치료 사례 연구에서 얻은 교훈을 강조하고 향후 확장 가능성을 논의한다.

제안 방법

• ONC Shared Nationwide Interoperability Roadmap 요구사항을 분석하고 블록체인 기반 시스템에 대한 설계적 함의를 도출한다.
• 보안성, 프라이버시 및 확장성을 균형 있게 하려는 목적으로 온체인 보안 토큰과 오프체인 데이터 참조를 사용하는 FHIRChain 아키텍처를 제안한다.
• 참여자 인증 및 권한 관리에 디지털 건강 신원(공개키 암호화)을 사용하는 DApp을 구현한다.
• FHIR API 표준에 대한 참조 포인터를 검증함으로써 FHIR 데이터 형식을 강제한다.
• 시스템 적응성을 유지하고 정보 록인을 줄이기 위해 MVC 스타일의 모듈식 설계를 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ONC 상호 운용성 요구사항은 블록체인 기반 임상 데이터 공유 아키텍처로 어떻게 해결될 수 있는가?
• RQ2 민감한 환자 정보를 온체인에 노출하지 않으면서 FHIR 기반 데이터를 안전하고 확장 가능하게 공유하게 하는 아키텍처적 결정은 무엇인가?
• RQ3 토큰 기반 권한 모델과 디지털 건강 신원이 공동 의사결정 협업을 위한 DApp에서 검증 가능한 접근 제어를 지원할 수 있는가?
• RQ4 블록체인 기반 아키텍처에서 FHIR 표준을 강제하는 것이 공유 데이터의 가독성 및 상호운용성을 향상시키는가?
• RQ5 원격 암 치료 시나리오에서 FHIRChain 기반 DApp를 배포하면서 얻은 교훈은 무엇이며, 향후 연구 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 신원, 데이터 및 권한을 분리하고 민감한 정보를 오프체인으로 유지함으로써 ONC 요구사항을 충족할 수 있는 블록체인 기반 아키텍처이다.
• 서명-후-암호화 토큰을 가지는 토큰 기반 권한 모델은 임상의에 대해 안전하고 폐기 가능한 접근 제어를 가능하게 한다.
• 공유 계층에서 FHIR 데이터 형식을 강제하는 것은 임상의의 상호운용성과 데이터 가독성을 향상시킨다.
• 공개키 암호화를 통한 디지털 건강 신원을 사용하면 식별 가능하면서도 프라이버시를 보호하는 참가자 인증이 가능하다.
• DApp 프로토타입은 원격 암 치료에서의 실무 협업을 시연하고 모듈식 설계의 이점과 향후 확장 가능성을 강조한다.