Design of a blockchain-based secure storage architecture for resource-constrained healthcare

Abstract

The Internet of Things (IoT) paradigm can improve a broad range of applications, such as medical sensors, smart cities, industrial monitoring, and so on. In healthcare specifically, these devices can aid in management tasks and improve the quality of life of patients in intensive care. However, securing medical IoT devices and its data is a crucial task. Not only do they handle Electronic Medical Records (EMR) and physiological information, but in some cases, disruption can affect a patient’s treatment. Blockchain technologies applied in the healthcare context can provide privacy, immutability, decentralization, and easier access and sharing of medical data. Despite the emergence of applications aiming to solve security issues in the Healthcare IoT (HIoT) scenario using blockchain, there is still much to be addressed, mainly regarding throughput, storage of data, and efficient use of resources. This work proposes a blockchain-based storage architecture for HIoT, using a private blockchain network and distributed data storage to achieve integrity, accountability, and availability of medical data. We introduce a vault component to the off-chain and distributed storage model to avoid storing the address of medical files directly on-chain, adding an extra layer of security and privacy to the system. We evaluate the performance of each system component and reach feasible latency and throughput results for the desired use-case scenario.

Sistemas IoT (do inglês Internet of Things, ou Internet das Coisas) trazem melhorias para diversas aplicações como sensores médicos, cidades inteligentes, monitoramento industrial, entre outras. Na saúde especificamente, esses dispositivos podem auxiliar em tarefas administrativas e melhorar a qualidade de vida de pacientes em cuidado intensivo. Porém, a segurança de aparelhos médicos de IoT e de seus dados é fundamental. Não apenas eles lidam com registros médicos como também, em alguns casos, a interrupção do serviço pode ser prejudicial para o tratamento dos pacientes. Redes blockchain aplicadas em contextos médicos podem fornecer privacidade, imutabilidade, e decentralização, assim como facilitar o acesso e compartilhamento de dados médicos. Apesar da emergência de aplicações buscando resolver questões de segurança em sistemas de IoT em saúde usando blockchain, ainda há muito para ser estudado considerando taxa de rendimento, armazenamento de dados, e uso eficiente de recursos. Esse trabalho propõe uma arquitetura de armazenamento para IoT em saúde baseada em blockchain, usando redes privadas e armazenamento de dados distribuído para oferecer integridade, responsabilização, e disponibilidade de dados médicos. Nós introduzimos um arquivo-cofre na arquitetura para evitar armazenar o endereço de arquivos médicos diretamente na blockchain, adicionando uma camada extra de segurança e privacidade ao sistema. Nós avaliamos a performance de cada componente e alcançamos resultados de taxa de rendimento e latência convenientes para o uso de caso desejado.