近年來，網路的使用越來越普及，使用者的資料散佈在各個服務供應商。然而，那些使用者相關資料並未受到應有的管理和保護，進而衍伸出許多資料安全的問題，例如：臉書醜聞、2018年 Google 資料外洩醜聞。世界政府也推出 CCPA、GDPR 等使用者資料保護法。因此，各個企業必須謹慎處理使用者的資料，以及明確的規範如何取得資料的權限，以免面臨巨額的罰款。
在各式各樣的網路服務中，我們選擇了一項智慧功能，那就是智慧穿戴裝置所蒐集的生理數據去作研討以及專題發想。
至於要如何規範企業取得生理數據的權限，我們放棄從傳統的中心化管理去做改進，而是轉往研究了區塊鏈的應用，發現其應用的可能性。區塊鏈中的許多特性，例如分散式管理、不可竄改性等，都滿足了我們的需求。不過傳統、主流的區塊鏈如比特幣、以太坊因為是無需許可的，因此必須犧牲效率、能源，以抵抗女巫攻擊以及維持其嚴格的信任假設。而後來我們在與學長和教授的討論中發現了Hyperledger Fabric 。Hyperledger Fabric仰賴企業之間彼此的信任。有預訂好的參與企業，所以不需要嚴格的共識機制，並且可以在使用上擁有更多的靈活性。因此，我們選擇Hyperledger Fabric作為我們最為關鍵的技術，智能合約的撰寫成為我們達成存取控制的方法。
我們所實作的 App 平台試圖成為生理數據的「仲介商」，在生醫大廠、醫療機構以及穿戴式裝置廠商（如：Apple、Garmin）之間，使用者可以透過此平台依自身意願控制資料對廠商的授權，且廠商對使用者的了解僅僅是生理數據鏈上的一組公鑰而已，以此達成匿名性以及對使用者的安全性。
此外，我們發現，以往在使用不同廠商的穿戴式裝置時，要註冊不同品牌的App。註冊這麼多帳號，個資外洩的機率也高。若需要查看的資料分別屬於不同的廠商服務，也要登入不同的app才能找到，十分麻煩。
假設身分換成一個第三方服務提供者(生醫大廠、醫療機構等，以下簡稱TSP)有需要一大筆資料去做大數據分析等，會向廠商索取一大筆資料。在過往，如果沒有一個廠商擁有這麼多資料，TSP就需要各自去向每個廠商要求，直到資料總數達到要求為止，整個流程也欠缺完善的規劃。
為了解決上述資料主權流失、App帳號的氾濫、TSP索取資料服務的繁雜步驟緣故，我們開發了一個整合性的分散式權限管理應用程式。
- App整合了不同廠商的資料。使用者只需要註冊一次我們App的帳號，就能享受不同廠商的穿戴式裝置提供的服務，省去了以往使用不同廠商提供的服務時需要註冊數種App帳號。
- TSP在索取資料時，如果遇到單一廠商資料不夠齊全的問題，也不需要再像以往向不同廠商索取，只需透過我們的APP，傳送一次的請求，我們就能幫她處理掉許多複雜的流程。
- 使用者在享受智慧穿戴式裝置帶來的便利的同時，也不需去擔憂數據外流的問題。透過App公鑰取代原先智慧型穿戴裝置ID，達到匿名上傳。存放在鏈上的存取控制清單(Access Control List，以下簡稱ACL)，完全是由使用者去做管理，廠商與TSP無權更改，落實資料主權歸還使用者，符合多項個資法規，迎合時代趨勢。我們也運用了區塊鏈中的多項特性優化生理數據的管理。例如：不可竄改性、軟體運作的透明度、各方共同維護的分散式帳本等。如果在未來開發相關的應用時，有一定程度的參考價值以及更進一步的開發可能。
我們的App扮演的是生理數據管理與共享平台。資料提供者就是使用者，資料管理者就是裝置廠商，而資料需求者就是TSP，會跟我們的App要求使用者的資料。資料一樣放在資料庫中，但是因為經過去識別化的匿名上傳，所以不用擔心個資外洩問題，沒人能夠辨別數據為哪個使用者。
區塊鏈中的分散式帳本用來存放ACL，App帳號綁定MetaMask。 MetaMask是當前最火紅的軟體加密貨幣錢包。允許使用者通過瀏覽器擴充程式或App存取以太坊錢包，然後與去中心化應用程式進行互動。
接下來，我們會將應用場經分成從使用者角度出發、TSP(第三方服務提供者)角度出發去做介紹。 使用者角度出發：
使用者需要先向App註冊專屬的帳號，App會提供一組公鑰，這樣就能夠用此公鑰達到去識別化上傳。除此之外，使用者能綁定MetaMask，之後就能夠透過MetaMask登入App。使用者的生理數據也會在我們的App上面經過視覺化的處理，只要使用者按下登入鍵，就能夠看到自己所有數據的統計圖表。
緊接著，所有資料在ACL上的權限預設都是不公開的。
若使用者想要開放權限，可以在App授權，App會去改寫區塊鏈上的ACL，開放存取。若TSP向我們的App要求資料，App會先去鏈上確認，若數量不夠會讓TSP等待，而我們也可以去通知鏈上記錄有這些資料的使用者開放授權。
TSP角度出發：
TSP要索取資料，總共需要三個階段。 Step 1: TSP註冊我們的App，並綁定MetaMask。之後TSP向App發送資料請求，內容是他要求那些資料(步數、心跳等)以及數量，App會去區塊鏈上確認ACL，然後給TSP一個list，內容包含符合資料需求的穿戴式裝置廠商以及廠商的使用者的公鑰，若TSP要求資料的數量不夠，通知使用者開放授權，並告知TSP數量不夠，看是要等待還是減少索取的數量。 若要求滿足，TSP可以根據list去找廠商(Google, Apple等)
Step 2: App會引導TSP去廠商的接口傳遞請求，廠商可根據TSP傳送的公鑰去身分鏈確認TSP是否為本人(假設正確)、並再次確認鏈上ACL，回傳TSP 由TSP公鑰加密過後的JWT(Json Web Token)。TSP可用自身私鑰解開JWT，去執行第三階段。
Step 3: TSP持解密過後得到的JWT去向廠商索取資料。廠商可以確認token是否過期，同時監聽鏈上的ACL是否有被更動過，若否，則給與TSP所需資料。
圖(八)
我們的平台預計與三個主要角色互動，大眾使用者、穿戴式裝置廠商(Manufacturer)、生醫廠商等研究機構(Third-party Service Providers)。
去識別化上傳的部分，我們以Python 撰寫程式碼，模擬穿戴式裝置廠商收集到的大眾使用者的生理數據。其中，紀錄了大眾使用者的心跳、步數、體溫、血氧、血壓，五分鐘收集一次使用者的資料，上傳到 MongoDB 資料庫。穿戴式裝置廠商的資料庫內，只能看到大眾使用者的公鑰、時間、以及各項生理數據，並不會在上傳資料的同時就造成大眾使用者的隱私暴露。
第二，我們的App與使用者和TSP互動的介面，主要架構分為前端、後端以及資料庫。前後端分離，前端採用React框架，後端使用Node.js，而資料庫選擇MongoDB，並將其架設在AWS的Server上面。 在前端設計了兩個介面，分別給使用者以及廠商做操作，經過MetaMask登入之後，提供一個可視化的介面方便使用者操作自身資料的存取權，也撰寫了API與後端互動，透過資料視覺化圖表方式呈現來自各個裝置的生理數據。
TSP也能經過MetaMask登入App，來索取資料。App前端得到廠商需求後，我們透過Hyperledger Fabric SDK去鏈上確認廠商需求是否被滿足。
圖(九)
最後，進入到區塊鏈的部分。大致上是由JavaScript來撰寫，搭配shell script。而官方的Hyperledger Fabric因為有許多功能其實是這份專案用不到的，所以透過Fablo來創建區塊鏈網路架構。先寫好區塊鏈的配置(configuration)，我們架設一個機構(organization)，兩個節點(peer)。兩個節點之間有一個管道(channel)。管道中有分散式帳本可以存儲ACL，管道上可以部屬我們自己撰寫的鏈碼(chaincode)。鏈碼定義了區塊鏈有那些功能可以運用，這次我們用 fabric-contract-api 寫了三種，創建ACL、讀取ACL、以及更新ACL。
圖(十) chaincode - 創建ACL
圖(十一) chaincode - 讀取ACL
ACL被當作一組的鍵值對(key-value)，提交給帳本。值得一提的是，因為我們的想法是不同的資料屬性(如：步數、血壓、血糖)等應該要用不同的ACL來控制，所以我們運用了 fabric-contract-api 當中的 composite key的功能，把使用者的公鑰以及資料屬性結合成新的key，而value就是資料屬性、廠商、以及權限是否開放。之後用Fablo啟動整個區塊鏈網路，以及部屬鏈碼，基本的ACL結合區塊鏈就完成了。
Hyperledger 中，CLI 使用最大量的 CPU，因此背後運作之機台可以分離 CLI 以及Orderer,peer等節點，並配置最大量CPU資源給運作CLI之機器，以達到最大效率。相比叢集式部署CLI服務，分散式部署CLI服務可以將最耗能的背書節點間加密簽名並行處理，可以藉此提升運作效能，並且解決因為分擔不均而導致非CLI節點CPU效能閒置的問題，在16個CPU運作狀態下相比叢集式部署可以獲得30%之效能提升。而資料庫方面，二進制存儲格式架構的MySQL DOCUMENT-BASED 在查詢操作優於基於半結構化 JSON 存儲格式的 CouchDB，因此大幅改善了 Hyperledger Fabric 讀取操作類型的效能瓶頸。此為從資料庫本身之狀態來提升系統效能。
圖(十二) APP首頁
圖(十三) 使用者授權頁面
圖(十四) TSP資料索取申請頁面
我們完整的整合簡化了過往生理數據取用時的繁雜步驟，並以區塊鏈的技術，解決時代進步下面臨的問題，讓生理數據的權限控制得以回到每個人自己手中。最終，我們也進一步的見證，區塊鏈的應用正一點一滴地融入我們的生活，即將成為未來的關鍵技術。
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