Date of Award

6-2023

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Informatics and Computing

Department

Computer Science and Software Engineering

First Advisor

Dr. Khaled Shuaib

Abstract

Electronic Health Records (EHRs) are crucial components of the healthcare system, facilitating accurate and efficient diagnosis. Blockchain technology has emerged as a promising solution to improve EHRs sharing among medical practitioners while ensuring privacy and security. By leveraging its decentralized, distributed, immutable, and secure architecture, blockchain has the potential to revolutionize the healthcare system. However, due to security concerns, blockchain networks in healthcare typically operate in private or consortium modes, resulting in isolated networks within a federation. Scalability remains a significant challenge for blockchain networks, as the number of participating nodes increases within each network of the federation. Consensus mechanisms in blockchain networks establish rules for maintaining a unified view of the ledger, enabling all nodes access to the same information. Additionally, achieving interoperability between independent blockchain networks, whether homogeneous or heterogeneous, poses a major obstacle for healthcare providers seeking to share EHRs across a large-scale blockchain federation. This research aims to address these challenges by developing a blockchain federation model for EHRs sharing in healthcare. The primary contributions include resolving scalability issues in healthcare blockchain networks through a transaction-based sharding technique and proposing an enhanced Proof-of-Authority (PoA) consensus algorithm for scalable authority selection. Furthermore, this research aims to tackle interoperability challenges among independent blockchains by introducing transaction based inter-blockchain communication and leveraging global and local smart contracts. Experimental results demonstrate the significance of the proposed methods in addressing scalability and interoperability challenges within a blockchain federation, enabling efficient patient EHR sharing within the network and across independent blockchain networks deployed on various platforms.

Arabic Abstract


مشاركة السجلات الصحية الإلكترونية بواسطة الكتل المتسلسلة باستخدام التجزئة والاتصال بين الكتل المتسلسلة في اتحاد الرعاية الصحية

تعد السجلات الصحية الإلكترونية (EHR) أصولاً مهمة لنظام الرعاية الصحية وتحتاج إلى مشاركتها بين الممارسين الطبيين لتحسين دقة وكفاءة التشخيص. تم التحقيق في تقنية الكتل المتسلسلة واعتمادها في مجال الرعاية الصحية كحل لمشاركة السجلات الصحية الإلكترونية التي تتيح الحفاظ على الخصوصية والأمن. يمكن للكتل المتسلسلة إحداث ثورة في نظام الرعاية الصحية من خلال توفير بنية لامركزية وموزعة وغير قابلة للتغيير وآمنة. نظراً لمخاوف الأمان والخصوصية للرعاية الصحية، يتم اعتماد شبكات blockchain في أوضاع خاصة / اتحاد؛ وبالتالي، تعمل العديد من شبكات الكتل المتسلسلة في صوامع لتشكيل اتحاد. لطالما كانت قابلية التوسع تمثل عنق الزجاجة في شبكات الكتل المتسلسلة، حيث يميل عدد العقد المشاركة إلى الزيادة في كل شبكة داخل الاتحاد. تحدد آلية الإجماع في الكتل المتسلسلة قواعد العقد المتصلة للاتفاق على الحفاظ على عرض واحد ل لموازنة مع معاملات صالحة بين جميع الأقران بحيث يمكن للجميع الوصول إلى نفس المعلومات. علاوة على ذلك، يشكل تحقيق إمكانية التشغيل البيني بين شبكات الكتل المتسلسلة المستقلة (المتجانسة وغير المتجانسة) عقبة كبيرة أمام مقدمي الرعاية الصحية الذين يسعون إلى مشاركة السجلات الصحية الإلكترونية عبر اتحاد الكتل المتسلسلة واسعة النطاق. يهدف هذا البحث إلى تطوير اتحاد الكتل المتسلسلة لنموذج مشاركة السجلات الصحية الإلكترونية في الرعاية الصحية. أولاً، تتمثل المساهمة الرئيسية لهذا البحث في معالجة مسألة قابلية التوسع في شبكات الكتل المتسلسلة للرعاية الصحية باستخدام تقنية التجزئة القائمة على المعاملات. ثانيًا، نقترح خوارزمية إجماع محسّنة لإثبات السلطة (PoA) لمشاركة السجلات الصحية الإلكترونية لتوفير آلية قابلة للتطوير لاختيار السلطة في خوارزميات إجماع PoA. أخيراً، يهدف هذا البحث إلى حل تحديات التشغيل البيني بين الكتل المتسلسلة المستقلة باستخدام الاتصالات بين الكتل المتسلسلة القائمة على المعاملات لمشاركة EHRفي اتحاد من الكتل المتسلسلة من خلال دمج مفهوم العقود الذكية العالمية والمحلية في الشبكة. تُظهر النتائج التجريبية أهمية أساليبنا المقترحة في معالجة تحديات قابلية التوسع وقابلية التشغيل البيني في اتحاد الكتل المتسلسلة لمشاركة EHR للمريض داخل الشبكة وعبر شبكات الكتل المتسلسلة المستقلة المنتشرة عبر منصات الكتل المتسلسلة المختلفة.

Download

Share

COinS