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블록체인 기술은 2008년에 사토시나카모토(가명)에 발표된 논문에서 새로운 개념의 전자화폐 시스템을 위해 제안되었다[6]. 블록체인 기술은 P2P 네트워크, 분산원장, 암호화 기술, 분산합의, 스마트 컨트랙트로 구성된다. 이중 분산합의는 블록체인에서 모든 참여자들이 일치된 분산 원장을 유지하기 위한 요소로 활용되고 있으며 모든 사용자들이 동일한 기록을 가지고 있어야 하는 블록체인의 특성상, 모든 참여자들이 데이터의 적합성을 판단하고 이를 동의하는 과정이 필요하게 된다. 이러한 과정은 분산 합의를 통해 이루어지는데, 비트코인의 작업 증명(PoW: Proof of Work) 또는 이더리움의 지분 증명(PoS: Proof of Stake)이 대표적인 방법이라고 할 수 있다[7]. 또한 스마트 컨트랙트는 Nick Szabo에 의해 처음 제시되었는데, 거래의 신뢰를 위한 중개인을 최소화하고 특정 계약 조건을 실행하기 위한 전자상거래를 위한 프로토콜로 2세대 블록체인이라 불리는 이더리움 이후의 블록체인들은 이 같은 스마트 컨트랙트를 지원하여, 중개 혹은 중앙 기관 없이 거래 당사자 사이에 직접 거래가 가능하게하고 있다. 또한 거래된 조건과 결과는 분산 원장에 기록하여 거래 정보의 신뢰성과 무결성을 보장하고 있는 기술이라고 할 수 있다[8]. 블록체인은 네트워크 참여자의 성격과 시스템 접근 범위 등에 따라 공용 블록체인, 사설 블록체인 유형으로 구분된다[8]. 표1은 공용블록체인과 사설 블록체인의 비교를 도식화 한 것이다.

성장 구분을 위한 골 등급 판정의 임상 사용 기준은 다음과 같다. TW3 방법에서 화골핵이 나타나지 않는 A골 등급의 경우, 골단(Epiphysis)과 골간단(Metaphysis)이 표시되어 있어야 하고, Radius는 I등급과 Ulna의 H등급은 융합(fusion)이 나타나 검은 음영(Dark Band)이 사라지는 시점을 의미한다. Radius와 Ulna의 뼈가 융합(Fusion)이 시작되면 골단부와 골간단부의 경계가 모호해지기 때문에 낮은 골 등급의 특징점인 길이 비율을 계산할 수 없다. 또한 각 특징점으로 골 등급을 판단할 때 전공의들은 정확도가 높은 특징으로 먼저 골 등급을 판단할 것을 권장한다. 골 연령 검사는 환자의 왼손 X-ray 영상을 분석해 골 연령을 판독하는 것이 가장 일반적이다. 판독된 골 연령이 실제 나이보다 많을수록 성조숙증의 진행 정도가 큰 것으로 판단한다. 소아의 성장은 유전, 호르몬, 영양적 요인뿐만 아니라 여러 복합적인 요인들이 작용하여 성장이 이루어지며, 성장이 정상 수준에서 벗어난다면 내분비적 혹은 비 내분비적인 모든 신체질환의 첫 번째 신호로 볼 수 있다. 현재 임상에서 가장 많이 이용되고 있는 골 연령 평가 방법은 GP법과 TW법이다[9,10]. 두 측정방법 모두 왼쪽 손목이 포함된 왼손 전후방향 영상을 이용하는데 이는 골 성숙과정이 일정하고 유전적인 영향보다 질환과 영양 상태에 영향을 더 많이 받기 때문이다. 또한 오른손의 빈번한 상해로 인해 왼손이 오른손보다 골 연령이 높은 것으로 알려져 있다. 골 연령은 각 인구집단에 따라 다를 수 있기 때문에 개별 인구집단에 따른 표준치가 필요하다. 또한 소아의 경우 이전 세대보다 더 빨리 성숙하기 때문에 키와 체중의 표준치처럼 골 성숙의 표준치도 시대에 따라 확립되어야 한다.

제안 시스템의 온라인 투표 컨트랙트는 이더리움 네트워크상에서 사용자 계정에 전달되는 프로그램으로 솔리디티를 이용해 의료영상 공유를 위한 웹과 이더리움 아키텍처를 구성한다. 그림 2와 같이 의료영상 공유를 위한 웹 아키텍처와 이더리움 아키텍처를 구성한다.

Fig. 2. 
Web and Ethereum structure for medical image sharing

의료정보 공유 시스템에서 사용되는 온라인 스마트 컨트랙트의 투표 기능은 다음과 같이 구성한다.

- vote() : 투표기능
- voteClosed() : 투표확인 기능
- voteCount() : 집계 확인 기능

생성된 온라인 투표 컨트랙트를 생성하여 투표자인 전공의(Account)들에게 배포(Deploy)된다. 블록체인은 모든 데이터가 암호화 되어 시간 순으로 블록이 연결되어 있어 과거의 기록을 수정 및 위·변조가 불가능하다. 본 논문에서 제시하는 블록체인 기반 의료영상 공유시스템은 투표를 통한 영상 판독의 정확성을 보장한다. 따라서 개발 과정에서 분산원장 및 블록체인 기반 온라인 투표에 대한 신뢰성을 검증한다. 신뢰성 검증 단계는 투표자 등록, 투표 컨트랙트 전송, 투표, 투표 집계의 일관성을 테스트 환경을 구축하고 실험한다. 먼저 투표자 등록은 Mist 브라우저를 통해 투표자 계정을 등록할 수 있다.

Private 블록체인 기술로 Hyperledger Fabric은 허가된 사용자를 바탕으로 컨소시엄 형태의 블록체인으로 기존 인증구조를 바탕으로 2차 인증 시스템의 아키텍처를 그림3과 같이 나타낼 수 있다.

Fig. 3. 
Authentication structure

위 그림 3은 제안 방식의 인증 과정을 도식화 한 것이다. 사용자 아이디와 패스워드를 이용해 로그인하면 서버의 사용자 권한을 기준으로 접근토큰(Access token)과 OTP(OTP token)을 생성하여 client에게 전달한다. 제안 기법에서 사용되는 OTP는 2차 인증에 사용되는 안전한 서비스로 클라이언트와 서버의 비밀 정보 공유하는 경우 secret key와 함께 사용된다.

x시간간격, T_curr은 현재시간, T₀서버 시간을 의미한다. T는 현재시간에서 서버시간을 뺀 시간간격을 x로 나누어 처리하고, HMAC를 이용해 k,t를 입력으로 인증코드를 생성한다.

본 논문에서는 블록체인을 기반으로 의료영상을 공유하는 시스템으로 사설 블록체인 네트워크에서 이더리움이 동작된다. 제안하고 있는 의료영상 공유 시스템을 위한 사설 블록체인 네트워크의 실행은 안정적 서비스로 구동되고 컨트랙트의 거래를 가능하게하기 위해 암호를 해독하는 채굴 과정을 실행 하게 된다. 표2는 제안 모델의 실험 환경은 표1과 같다.

이더리움에서 계좌를 생성하면 사용자를 구분할 수 있고, 생성된 계좌는 주소는 16진수 형태로 생성되는데 사용자 별로 만들 수 있으며 제안한 투표시스템의 투표자가 계좌가 되는 것이다. 계좌를 생성하기 위해서는 다음과 같이 생성된다.

위에서 생성된 사용자(계좌)는 사설 블록체인 네트워크를 사용할 권한을 획득한 것이다. 이렇게 블록체인 영상공유 시스템에 사용자를 확인하면 다음과 같다

논문에서는 사설 블록체인 네트워크에서 이더리움이 동작된다. 제안하고 있는 의료영상 공유 시스템을 위한 사설 블록체인 네트워크의 실행은 안정적 서비스로 구동되고 컨트랙트의 거래를 가능하게하기 위해 암호를 해독하는 채굴 과정을 실행한다. 채굴이 실행되면 암호를 해독하는 과정이 실행되어 보상으로 ether를 보상으로 얻게 된다. 블록체인 멤버가 투표를 실시하는 경우 후보자의 성명(candidate)을 투표자 계정에서 입력하며 해당 투표자의 vCount가 집계된다. 투표자가 중복 투표를 하지 않도록 투표를 한 사용자 계정(msg.sender)을 true로 저장하여 투표했음을 기록한다. 또한 각 계정이 가지고 있는 컨트랙트에서는 투표가 된 경우 true로 기록되어 있어 중복 투표는(voteClosed()) 불가능하게 된다. 또한 투표 집계(voteCount())에 대한 확인은 후보자의 성명을 입력하면 현재의 투표 집계(vCount)를 확인할 수 있다.

본 논문에서 집계현황은 가시성을 private으로 했기 때문에 확인할 수 없으나 검증을 public으로 공개하여 확인한다. 생성된 온라인 투표 컨트랙트를 생성하여 투표자인 전공의(Account)들에게 배포(Deploy)되고 의료영상 공유 시스템을 통해 TW3기반 골 연령 예측 값이 생성되면 각 분산된 전공의들은 예측 값을 확인하여 투표에 참여하게 된다. 블록체인은 모든 데이터가 암호화 되어 시간 순으로 블록이 연결되어 있어 과거의 기록을 수정 및 위·변조가 불가능하다.

본 논문에서 제시하는 블록체인 기반 의료영상 공유시스템은 투표를 통한 영상 판독의 정확성을 보장한다. 따라서 개발 과정에서 분산원장 및 블록체인 기반 온라인 투표에 대한 신뢰성을 검증한다. 신뢰성 검증 단계는 투표자 등록, 투표 컨트랙트 전송, 투표, 투표 집계의 일관성을 테스트 환경을 구축하고 실험하였다. 투표자 등록은 Mist 브라우저를 통해 투표자 계정을 등록할 수 있고 투표 집계 일관성을 실험하였다. 투표 컨트랙트에 포함된 투표자간에 투표 블록에 대한 정보가 공유되므로 일관성이 유지됨을 확인할 수 있다. 시스템에서 만약 투표자가 중복해서 투표를 하더라도 블록에 투표한 기록이 있기 때문에 중복 집계 되지 않는 것을 실험을 통해 증명하였다.

Fig. 2. 
Consistency for blocks and hackers failing to vote

또한 제안 방법은 사용자 다중인증을 위해 access token을 클라이언트에게 전송하지 못하기 때문에 중간에 도청은 불가능하고, 인증서버 자체 secret info를 생성하여 access token을 계산할 수 없다. 또한 공격자는 OTP서버로부터 생성한 사용자 인증 코드를 획득할 수 없기 때문에 인증이 불가함으로 데이터의 안전성을 보장할 수 있음을 실험을 통해 증명하였다.