[论文解读] MedExChain: Enabling Secure and Efffcient PHR Sharing Across Heterogeneous Blockchains

Yongyang Lv, Xiaohong Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2026

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一句话总结

MedExChain 基于改进的代理再加密算法，结合 Cryptographic Reverse Firewall，在异构区块链之间实现跨链 PHR 共享，保障数据安全并降低 IoMT 开销。

ABSTRACT

With the proliferation of intelligent healthcare systems, patients' Personal Health Records (PHR) generated by the Internet of Medical Things (IoMT) in real-time play a vital role in disease diagnosis. The integration of emerging blockchain technologies signiffcantly enhanced the data security inside intelligent medical systems. However, data sharing across different systems based on varied blockchain architectures is still constrained by the unsolved performance and security challenges. This paper constructs a cross-chain data sharing scheme, termed MedExChain, which aims to securely share PHR across heterogeneous blockchain systems. The MedExChain scheme ensures that PHR can be shared across chains even under the performance limitations of IoMT devices. Additionally, the scheme incorporates Cryptographic Reverse Firewall (CRF) and a blockchain audit mechanism to defend against both internal and external security threats. The robustness of our scheme is validated through BAN logic, Scyther tool, Chosen Plaintext Attack (CPA) and Algorithm Substitution Attack (ASA) security analysis veriffcation. Extensive evaluations demonstrate that MedExChain signiffcantly minimizes computation and communication overhead, making it suitable for IoMT devices and fostering the efffcient circulation of PHR across diverse blockchain systems.

研究动机与目标

• 推动来自 IoMT 设备在异构区块链之间实现安全的实时 PHR 共享。
• 在考虑 IoMT 设备存储和计算限制的前提下实现跨链数据共享。
• 提供针对内部与外部威胁（包括 ASA）的鲁棒安全性证明。
• 将计算和通信开销降至适合 IoMT 环境的水平。

提出的方法

• 提出 MedExChain，这是一个建立在改进的代理再加密（PRE）算法之上的跨链 PHR 共享方案。
• 引入 Cryptographic Reverse Firewall (CRF) 以防御后门攻击。
• 将 PHR 加密后存储在 IPFS，并使用智能合约实现跨链工作流。
• 通过 BAN logic、Scyther 工具、CPA 与 ASA 分析来验证安全性。
• 支持数据拥有者对数据进行一次性加密，而数据使用者通过跨链的再加密密文进行解密。
• 在多种参考方案下评估计算与通信开销。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在具有不同密码系统的异构区块链上安全共享 PHR？
• RQ2 在保持机密性和完整性的前提下，是否可以将 IoMT 开销降至最低？
• RQ3 集成的 CRF 是否能对跨链的算法替换与数据外泄威胁提供稳健防护？
• RQ4 在 BAN logic、Scyther、CPA 与 ASA 分析下，MedExChain 的安全性保证是什么？

主要发现

• MedExChain 实现跨链 PHR 共享，IoMT 实时数据在 IPFS 上加密，并为目标链重新加密。
• 通过整合 Cryptographic Reverse Firewall 与形式化安全分析（BAN logic、Scyther、CPA、ASA）提升安全性。
• 实验评估显示，在 ReKeyGen 与 ReEnc 阶段的每数据单元通信开销相比五个参考方案更低。
• 系统吞吐量与延迟测量表明在异构区块链间实现跨链 PHR 传播是可行的。