Thème radar (robust anonymous data record) and blockchain technology over internet for ehr electronic health record for safe recovery system and secured queries on sensitive database

UNIVERSITÉ NATIONALE DU VIETNAM, HANOÏ INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL DEGUE Akouvi Mireille THÈME : RADAR (robust anonymous data record) and Blockchain technology over Internet for EHR Electronic Health record for safe recovery system and secured queries on sensitive database Radar (Bản ghi liệu ẩn danh chắn) Công nghệ chuỗi khối Internet cho hồ sơ bệnh án điện tử MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES DE MASTER INFORMATIQUE Sous la direction de : Dr Rabih AMHAZ(Enseignant Chercheur ECAM Strasbourg-Europe ) Hanoi, Vietnam - 2020 UNIVERSITÉ NATIONALE DU VIETNAM, HANOÏ INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL DEGUE Akouvi Mireille THÈME : RADAR (robust anonymous data record) and Blockchain technology over Internet for EHR Electronic Health record for safe recovery system and secured queries on sensitive database Radar (Bản ghi liệu ẩn danh chắn) Công nghệ chuỗi khối Internet cho hồ sơ bệnh án điện tử Spécialité : Systèmes Intelligents et Multimédia Code : Programme pilote MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES DU MASTER INFORMATIQUE Sous la direction de : Dr Rabih AMHAZ(Enseignant Chercheur ECAM Strasbourg-Europe) Hanoi, Vietnam - 2020 ATTESTATION SUR L’HONNEUR J’atteste sur l’honneur que ce mémoire a été réalisé par moi-même et que les données et les résultats qui y sont présentés sont exacts et n’ont jamais été publiés ailleurs La source des informations citées dans ce mémoire a été bien précisée LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Các thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Signature de l’étudiant DEGUE Akouvi Mireille Remerciements La réalisation de ce mémoire a été possible grâce plusieurs personnes qui je voudrais témoigner toute ma gratitude J’aimerais tout d’abord remercier mes encadreurs pédagogique de stage Dr RABIH AMHAZ et Dr Quentin BRAMAS, du Laboratoire ICUBE, Équipe CSTB de l’Université de Strasbourg Mes encadreurs étaient toujours disponible répondre mes questions et me donner des directives pour mieux avancer Je tiens également remercier toute l’équipe CSTB Je voudrais remercier notre responsable de Master Dr Ho Tuong Vinh ainsi que tous les personnels pédagogiques de l’administration de l’Institut Francophone International, Université National de Vietnam Hanoi Je leur suis reconnaissant de tout cœur pour avoir assuré et amélioré la qualité de notre formation Enfin, je tiens exprimer ma profonde gratitude mes parents, ma famille pour m’avoir apporté un soutien indéfectible et des encouragements constants tout au long de ma formation Sans oublier mes amis qui ont toujours été pour moi Vos soutiens inconditionnels et vos encouragements ont été d’une grande aide Je vous remercie DEGUE Akouvi Mireille Résumé La sécurité des données médicales n’est plus un sujet tabou, surtout cette aire, ou la technologie ne cesse d’évoluer et que les attaques des systèmes de données se multiplient C’est un peu dans ce cadre qu’est né mon projet de stage Et son objectif est celui de développer un état de l’art sur les outils et techniques de gestion pour la sécurité et le stockage des données sensibles que sont les données médicales des patients et de développer un prototype de logiciel décentralisée basée sur la technologie de la Blockchain, afin de résoudre des problèmes d’inter-opérabilité entre les systèmes existants dans les organismes de santé ; l’aide des nouvelles technologies issues de la Blockchain et d’autres systèmes distribués pour créer un réseau solide Dans un premier temps, il a fallu faire une étude des travaux existants, des outils et méthodes déjà utilisés par ces derniers dans ce même domaine pour en tirer de bonnes techniques de conception et d’implémentation Après cette étude, nous avons fait une représentation du problème, en l’analysant et ensuite nous en avons tirer des objectifs claires du futur système Plusieurs problématiques étaient présentes Des séries de tests de vérification de la faisabilité de la mise en place des fonctionnalités du système ont été établies L’écriture des smarts contracts ou contrats intelligents entre les différentes parties du système a eu lieu et a suivi alors l’implémentation de la plateforme elle-même Sans s’éloigner du contexte de RADAR qui et le système existant dans l’organisme d’accueil, une analyse a été faite dans le but de perpétuer les valeurs et fonctionnalités du système de base Ceux-ci ont été traduites en des objectifs pour le futur système réaliser Mots clés : application décentralisée, smarts contracts, e-sante, Blockchain, Dapp, Ethereum, DSE, IPFS, Cryptographie, Abstract The security of medical data is no longer a taboo subject, especially in today’s world, where technology continues to evolve and attacks on data systems multiply The goals of My internship project was to develop a state of the art on management tools and techniques for the security and storage of sensitive data such as patient medical data and to develop a decentralized software prototype based in order to solve interoperability problems between existing systems in hospitals ; using new technologies from the Block-chain and other distributed systems to create a solid network First, it was necessary to make a study of existing work, tools and methods already used by them in this same field to derive good design and implementation techniques After this study, we took care of how we can represent a problem of this kind, make an analysis of it and draw the clear objectives of the future system Several problems were present Series of tests to verify the feasibility of implementing system’s functionalities have been established The writing of smart contracts between the different parts of the system was done and then followed the implementation of the platform Without moving away from the context of RADAR which is the existing system in the host organization, an analysis was done in order to perpetuate the values and functionalities of the base system These have been translated into the objectives for the future system to achieve Keywords : Decentralised application, smarts contracts, e-sante, Blockchain, Dapp, Ethereum, DSE, IPFS, Table des matières Table des figures iv Introduction 1.1 Contexte 1.2 Présentation de l’organisme d’accueil 1 Contexte d’études et Problématiques 2.1 Présentation du sujet 2.2 Analyse de l’existant : RADAR 2.2.1 Objectifs de base 2.2.2 Perspectives RADAR 2.3 Technologie Blockchain 2.3.1 Les Principales caractéristiques de la blockchain 2.4 Smarts Contracts 2.5 Problématiques et défis relever 2.6 Objectifs 4 5 9 10 État de l’art 12 3.1 Hyperledger Fabric et Ethereum 12 3.2 Plate-forme Décentralisée utilisant la Blockchain personnalisée interne 13 3.2.1 Applications Décentralisées privées pour la protection des données personnelles 13 3.3 Plate-forme Décentralisée utilisant la Blockchain Ethereum 15 3.3.1 Applications Décentralisées avec une interface d’édition de fichier intégré 15 3.3.2 Plate-forme Décentralisée intégrant patients et personnel médicaux 17 3.3.3 Plate-forme Décentralisée intégrant les données existantes des centres médicaux 20 3.4 Application décentralisée avec HyperledGer Fabric Blockchain utilisant le Cloud et l’IOT 23 3.5 Choix de la Blockchain 25 i TABLE DES MATIÈRES Solution proposée et Conception 4.1 Définition de la solution 4.2 Logique métier de notre projet 4.2.1 Les acteurs 4.2.2 Cas d’utilisation et Diagramme d’activité 4.3 Contributions, Architecture du système 4.4 Étapes de mise en place de la Blockchain 4.5 Mise en place du client Ethereum et du réseau 4.6 Lancer un client Ethereum 4.7 Avantages et Inconvénients des simulations de blockchain locales, pour les tests développement 4.8 Avantages du réseau de test public Implémentation et tests 5.1 Outils 5.2 Étapes de déploiement du système 5.2.1 Contenu du code 5.2.2 Deployement et tests des smarts contracts avec remix ethereum 5.2.3 Déploiement 5.3 Interfaces de l’application 5.3.1 Connexion 5.3.2 Accueil 5.3.3 Page Administrateur 5.3.4 Pages Médecin 5.3.4.1 Création nouveau patient 5.3.4.2 Diagnostic Patient 5.3.5 Page Patient 26 26 26 26 27 29 33 34 35 35 36 38 38 39 39 41 43 47 47 49 49 50 50 53 56 Conclusion et Perspectives 58 A Algorithmes et Autres 62 ii Table des figures 2.1 Blockchain Schéma résumé de son fonctionnement Référence : fonctionnementd’une-blockchain 2.2 Schéma synthétique de définition de la Blockchain Référence : caractéristiques de la blockchain 3.1 Schéma architecture pour le système "Decentralizing Privacy : Using Blockchain to Protect Personal Data" 3.2 FileShare, architecture système 3.3 Using Blockchain for electronic Health Records, architecture système 3.4 Unirec architecture système 3.5 MedRec, architecture système 3.6 FHIRchain, architecture système 3.7 Medichain, architecture système 14 16 17 19 21 22 24 4.1 4.2 4.3 4.4 Diagramme d’activité du Système Cryptage et décryptage des fichiers avec OpenPGP Architecture du Système proposé Les fonctions des contrats intelligents 28 30 30 32 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 Capture Page Structure du code Capture Page dossier Public Capture Page dossier Src Capture Page Smarts Contracts dossier Capture Interface Remix-Ethereum Capture Les structures du Smart contracts Code connexion smart contrat-interface Capture Déploiement local du smart contract Capture Ganache Contracts déployés Capture Démarrage du projet Capture Page de Connexion Capture Page d’Enregistrement 40 40 41 41 42 43 44 45 46 46 47 48 iii CHAPITRE IMPLÉMENTATION ET TESTS F IGURE 5.17 – Capture Page d’ajout de Diagnostic 5.3.4.2 Diagnostic Patient Pour enregistrer des diagnostics d’un patient, le médecin devra ajouter la maladie détectée après les analyses du patient, renseigner aussi les traitements prescrits et l’état du patient Cette page constitue la page du suivi du patient 53 CHAPITRE IMPLÉMENTATION ET TESTS F IGURE 5.18 – Capture Page d’ajout de Diagnostic Les données textuelles correspondant aux données privées du patient comme ses antécédents et d’autres informations ne sont pas encore ajoutables par le système présent Mais les données numériques comme les documents PDF, images, vidéos, audio , correspondant aux dossiers numériques des patients sont ajoutables par la plateforme avec le présent système Le médecin choisit sur la fenêtre ci-dessous le fichier ajouter par rapport au patient et il valide l’ajout par le bouton "Envoyer" Le fichier sera crypte et enregistre par le système IPFS et ensuite le hash sera enregistré dans la Blockchain grâce aux fonctions des contrats intelligents 54 CHAPITRE IMPLÉMENTATION ET TESTS F IGURE 5.19 – Capture Page d’Ajout de Dossier numériques et textuels Le médecin peut envoyer un message au patient sur la même page Ce message pourrait être des rappels de vaccins, prise de rendez -vous etc F IGURE 5.20 – Capture Page Patient : Envoi de message La capture suivante montre une table compose d’une liste de patients Avec cette page le médecin pourra trier la liste des patients par la barre des recherches et accéder aux informations d’un patient déjà enregistré 55 CHAPITRE IMPLÉMENTATION ET TESTS F IGURE 5.21 – Capture Page Médecin : table patients 5.3.5 Page Patient Dans cette section, on peut voir toutes les actions possibles du patient travers la plateforme La capture suivante montre un formulaire qu’un nouveau patient créé doit remplir de son cote, en ajoutant son nom, son adresse de messagerie et sa phrase de passe pour décrypter ses dossiers numériques cryptes par son médecin traitant F IGURE 5.22 – Capture Page Patient : Ajout d’informations Le patient pourra recevoir des messages envoyés par le médecin en cliquant sur le bouton "Afficher Message" Il verra en pop-pop les messages qui lui sont adressés 56 CHAPITRE IMPLÉMENTATION ET TESTS F IGURE 5.23 – Capture Page Patient : Réception de message 57 Chapitre Conclusion et Perspectives La blockchain, registre distribué et inaltérable, peut garantir l’intégrité des données de santé travers l’ensemble des systèmes d’informations Un système où tous les participants du système de santé (hôpitaux, centres de recherche, compagnies d’assurance, laboratoire pharmaceutique et patients) peuvent stocker et partager les données de santé via une blockchain résoudrait de nombreux problèmes d’interopérabilité et de sécurité Nous avons concrètement créer et tester une blockchain privée, mais une blockchain d’un nœud et ceci n’est pas très utile Car l’intérêt d’utiliser la Blockchain est de donc connecter d’autres nœuds notre blockchain Le déploiement de tout le système est une partie importante du projet mais qui n’a pas pu été fini Seule les contrats intelligents étaient mise en ligne en réseau de test public Pour utiliser l’application, l’interface web une fois termine devra être hébergé et connecte aux contrats intelligents On envisage également de réaliser la version mobile de l’application car le mobile est plus facile d’accès surtout aux patients L’intégration d’une masse de données de patients la plateforme parait importante surtout dans les cas où le système doit être adopté dans des organismes de santé avec des données médicales déjà existantes des malades Nous avons prévu des fonctions du smart contrat qui pourra faire l’enregistrement de ces transactions de données composes seulement des diagnostics des patients Ces données pourraient être intégrés partir des fichiers Json contenant des données après leur lecture par les fonctions de la plateforme A qui servirait de stocker les données sans que l’on puisse les utiliser pour optimiser les les diagnostics et les prescriptions des traitements des médecins Pour y arriver les données concernant les maladies détectés, les traitements prescrits et les états de santé des patients pourraient être collectes a partir de la blockchain et intégrés aux algorithmes d’apprentissage Ceux-ci, au fur et a mesure qu’ils apprennent les meilleurs traitements correspondant aux maladies détectés pourraient aider les médecins dans leur futurs diagnostics et propositions de traitements aux patients 58 CHAPITRE CONCLUSION ET PERSPECTIVES Le manque de traỗabilitộ des médicaments est aussi une autre problématique laquelle une base de données distribuée et publique pourrait apporter un début de réponse A l’heure où l’Afrique fait face de nombreux cas de contrefaỗons de mộdicaments, une blockchain focalisộe sur la supply chain des laboratoires pourrait constituer une solution intéressante pour certifier leur authenticité Voici une branche de la santé aussi importante qui pourrait être intégrée aux futures actions de ce projet Des mises jour et ou des mises niveau du système informatique de santé sont nécessaires pour adopter une technologie plus efficace, plus sûre ou plus répandue mesure qu’elle progresse Nous avons posé les bases de la mise en place d’une application décentralisé Il est donc tout fait possible de concilier blockchain et secret médical Mais la protection des données n’est pas le seul défi relever pour le secteur de la santé Afin de rendre une blockchain cent pour cent efficiente, il est nécessaire de disposer de données médicales entièrement numérisées, et de logiciels inter-opérables entre assurance maladie, hôpitaux, et dossiers médicaux Un travail de longue haleine qui devra faire patienter les projets de grande envergure avant que ceux-ci ne soient déployés 59 Bibliographie [1] [Khatoon], A “A Blockchain-Based Smart Contract System for Healthcare Management.” Electronics (2020): 94 [2] [Shahnaz et al., 2019] Shahnaz, A., Qamar, U., and Khalid, A (2019) Using blockchainfor electronic health records.IEEE Access, :147782–147795" [3] [Azaria et al., 2016] Azaria, A., Ekblaw, A., Vieira, T., and Lippman, A (2016) Medrec :Using blockchain for medical data access and permission management pages 25–30" [4] [Quaini et al., 2018] Quaini, T., Roehrs, A., André da Costa, C., and Righi, R (2018) Amodel for blockchain-based distributed electronic health records.IADIS 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Integrity Management Based on a Medical Blockchain Platform in Hospital Electronics 2019, 8, 467 " [9] https://www.journaldunet.com/solutions/cloud-computing/ 1206814-comment-mettre-en-oeuvre-une-blockchain/ [10] https://www.lefigaro.fr/conjoncture/sante-l-atout-de\ -la-blockchain-20191002 [11] https://bitconseil.fr/blockchain-sante-presentation-cas-usage/ [12] https://www.lamutuellegenerale.fr/le-mag-sante/sante-a\ u-quotidien/que-peut-la-blockchain-pour-la-sante.html [13] https://www.village-justice.com/articles/usage-blockchain\ -dans-domaine-sante,35251.html [14] https://www.blockchainpartner.fr/sante-industrie-pharma\ ceutique-et-blockchain-notre-etude/ [15] https://www.sih-solutions.fr/sih-a-la-une/blockchain-et\ -secteur-sante-quelles-opportunites/ [16] https://blog.ippon.fr/2018/01/08/fonctionnement-dune-blockchain [17] http://www.smartgrids-cre.fr/index.php?rubrique=dossiers&srub= blockchain&action=imprimer 61 Annexe A 62 ANNEXE A ALGORITHMES ET AUTRES Algorithmes et Autres F IGURE A.1 – Capture Les structures du Smart contracts 63 ANNEXE A ALGORITHMES ET AUTRES F IGURE A.2 – Capture Les structures du Smart contracts 64 ANNEXE A ALGORITHMES ET AUTRES F IGURE A.3 – Capture Les structures du Smart contracts 65 ANNEXE A ALGORITHMES ET AUTRES F IGURE A.4 – Capture Les structures du Smart contracts 66 ANNEXE A ALGORITHMES ET AUTRES 67 ... NATIONALE DU VIETNAM, HANOÏ INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL DEGUE Akouvi Mireille THÈME : RADAR (robust anonymous data record) and Blockchain technology over Internet for EHR Electronic Health. .. Internet for EHR Electronic Health record for safe recovery system and secured queries on sensitive database Radar (Bản ghi liệu ẩn danh chắn) Công nghệ chuỗi khối Internet cho hồ sơ bệnh án điện... Blockchain to Protect Personal Data" Le stockage blockchain et hors blockchain sont faites parallèlement pour construire une plateforme de gestion de données personnelles axée sur la confidentialité Tout