[0001] 本发明属于药物分子晶体数据库的构建领域， 具体涉及一种基于区块链的药物 晶体库及其构建方法。

背景技术

[0002] 常用药物晶体数据库为 CCDC （the Cambridge Crystallo Crystallographic Data

Centre） 提供的离线查询 （同名） 软件， 里面内置了部分药物分子晶体， 可通过 缩写进行搜索， 以及基于空间群、 自由度等参数的搜索， 并将结果进行 3D展示， 或指定格式的文件保存。

[0003] CCDC提供的软件， 必须在 PC端下载安装后才能使用， 更新频率慢 （一年一次

） ， 价格较高， 且只能由 cede相关机构添加数据。 软件数据库离线保存， 数据损 坏后需要重新安装恢复， 数据也可能被拷贝传播， 没有安全保证。 药物分子晶 体与结晶无法进行结构比对。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明提出了基于区块链的药物晶体库及其构 建方法， 适用于药物晶体数据库 的构建， 利用区块链对药物分子晶型信息进行管理， 结合客户端软件， 实现对 于药物分子晶型的新增、 查找、 对比等功能， 达到对分子晶型的保护、 快速授 权等目的。

[0005] 具体技术方案为：

[0006] 基于区块链的药物晶体库， 包括三层数据存储架构：

[0007] 第一层为晶体源数据层， 用于晶体信息获取， 存放药物晶体原始数据， 安全及 隐私由数据持有者提供；

[0008] 第二层为晶体表示层， 用于晶体信息上链， 存储了按照各标准生成的晶体信息 文档， 可唯一标识一种晶型；

[0009] 第三层为晶体索引层， 用于查询晶体信息， 通过区块链节点实现， 存储了共享 文档索引信息， 及查询信息。

[0010] 基于区块链的药物晶体库构建方法， 包括以下步骤：

[0011] ( 1) 晶体信息获取

[0012] 晶体信息获取包含多个来源： 1.来自已有的标准晶体库或药典收录； 2.来自个 人、 组织贡献的实验结果； 3.来自药物晶型专利； 4.量化计算结果晶体。

[0013] 晶体信息提供的组织或个人， 通过 ECDSA椭圆曲线算法生成各自的公钥及私 钥地址， 记录基本信息用于验证身份， 经过脱敏处理后将信息写入身份数据库 ， 完成提供者的注册。

[0014] 完成注册后， 晶体信息提供者通过客户端主动推送晶体信息 ， 或者通过约定的 互联网地址 (包括但不限于 ftp、 网盘、 云存储等) 定期更新晶体原始信息。 晶 体原始信息构成了晶体库中的源数据层。 但受到源数据来源广泛等因素影响， 不对源数据进行统一存储， 仍然由数据持有者维护。

[0015] (2) 晶体信息上链

[0016] 晶体库收到提供者的推送或检测到更新后， 会对提供的晶体信息进行完备性、 有效性等特性的验证， 之后依照晶体表示的标准方法， 通过提取非关键信息形 成加密文档， 默认情况下会采集晶体的分子信息、 空间群信息， 键连接等。 文 档数据构成了晶体库的晶体表示层。

[0017] 生成文档后， 使用晶体信息提供者的私钥地址对文档数据进 行数字签名， 存储 到可信的脱链数据库中。

[0018] 存储库在检查完数字签名的合法性后， 需要进行晶体相似性验证； 也就是将文 档信息与在链晶体数据进行相似性匹配； 发送的验证请求提交到区块链上， 每 个区块链节点收到请求后， 通过请求中的签名及公钥核验请求的有效性， 对于 有效请求， 进一步计算与已有晶体的相似度， 通过公钥加密计算结果并返回；

[0019] (3) 晶体信息索引

[0020] 当所有节点相似性验证通过后， 新的晶体信息文档建立索引信息， 包括文档创 建者、 创建时间、 保密级别、 文档唯一标识、 格式、 hash值、 通用命名、 别名、 针对病症等， 提取后使用双 SHA256哈希算法对共享文档提取的信息形成数字 指 纹， 再将该数字指纹连同索引信息一起形成区块并 写入到区块链中， 完成文档 索引区块的构建和注册。 这个过程构成了晶体库的晶体索引层。

[0021] 本发明提供基于区块链的药物晶体库及其构建 方法， 通过区块链技术、 智能合 约、 在链晶体索引结合脱链晶体表示等方法实现了 对药物晶体信息的共享， 解 决了药物晶型查询困难及授权隐私保护等问题 ， 提供了药物研究可追溯查询方 法。

[0022] 本发明提供的基于区块链的药物晶体库及其构 建方法， 具有以下技术优势：

[0023] ( 1) 能够显著降低药物晶体的查询、 获取及维护难度， 使晶体信息的分享更 为快捷透明， 同时能够提供某类晶体在探索过程中的演化历 史， 为药物研究提 供指导。

[0024] (2) 更加精准快捷的保护药物晶型的归属权利， 保证数据不被篡改或盗取。

[0025] (3) 利用不同来源的晶体做研究也能充分发挥大数 据的效用， 打破以往数据 只在企业内使用的壁垒， 提供更好的研究环境。

[0026] (4) 基于智能合约的授权方式能够保证每次授权都 是可追溯且不能篡改的， 对晶型授权及保护提供了更加完备的选项。

发明的有益效果

对附图的简要说明

附图说明

[0027] 图 1为本发明的流程图 发明实施例

本发明的实施方式

[0028] 结合实施例说明本发明的具体技术方案。

[0029] 基于区块链的药物晶体库构建分为三个部分， 分别为： 晶体信息获取、 晶体信 息上链、 查询晶体信息， 如图 1所示， 对应着晶体库三层结构， 即晶体源数据层 、 晶体表示层、 晶体索引层。

[0030] 第一层为晶体源数据层， 用于晶体信息获取， 存放药物晶体原始数据， 安全及 隐私由数据持有者提供；

[0031] 第二层为晶体表示层， 用于晶体信息上链， 存储了按照各标准生成的晶体信息 文档， 可唯一标识一种晶型；

[0032] 第三层为晶体索引层， 用于查询晶体信息， 通过区块链节点实现， 存储了共享 文档索引信息， 及查询信息。

[0033] 基于区块链的药物晶体库的构建过程为：

[0034] 步骤 1 : 注册及身份认证。

[0035] 药物晶体库的使用者， 需要提供可查验的身份信息， 如果是个人， 注册时需要 提供姓名、 性别、 职业、 常驻地、 身份证号等， 如果是单位或科研机构， 需要 提供机构名称、 联系电话、 企业编号等信息。

[0036] 注册模块根据信息向相关机构进行核验， 通过后会依照注册信息及 ECDSA椭 圆曲线算法为使用者生成唯一的公钥及私钥， 公钥及私钥一经生成不能变更， 由晶体库维护。

[0037] 步骤 2: 晶体源数据层构建。

[0038] 通过晶体信息来源获得存有晶体信息的文档， 晶体信息来源包括但不限于晶体 专利， 实验获取， 中国药典收录， 计算得出等；

[0039] 根据 《中国药典》 (9015药品晶型研究及晶型质量控制指导原则) 中对药物多 晶型的定义标准， 提取文档中药物晶体相关参数， 包括分子名称、 相关疾病、 空间群信息、 晶胞参数、 分子对称性、 分子作用力、 分子构象、 结晶水、 结晶 溶剂、 XRD衍射图像等生成文档。 药物晶体相关参数根据公开等级可以适当增 减参数项。

[0040] 步骤 3: 晶体表示层构建。

[0041] 文档生成后， 利用步骤 1中使用者的私钥地址对步骤 2生成的文档签名， 存储到 受信的存储库中， 存储库首先检查文档签名的有效性， 通过使用者的公钥即可 获取数字签名， 经过签名有效性验证后， 进一步验证其多方相似性。

[0042] 包括：

[0043] ( 1) 存储库检查信息文档的公开等级， 根据公开等级屏蔽掉文档中敏感的信 息， 然后对链上所有提供过晶体信息文档的节点发 送验证请求; [0044] (2) 各节点收到请求后， 根据请求中的签名及公钥信息， 验证请求有效性， 通过验证后， 针对文档信息核验其是否符合上链条件及与所 存晶体信息的相似 度， 具体相似度计算可参考 《中国药典》 中提到的方法 (单晶 X射线衍射法得到 的衍射图像， 当满足衍射峰相同， 二者 20值衍射峰位置误差范围在 ±0.2°内、 相同位置衍射峰的相对峰强度误差在 ±5%内， 衍射峰的强弱顺序应一致) 。

[0045] 公开程度较低的晶型， 可降低相似度判定条件。 节点验证通过后， 通过请求中 的公钥加密计算结果并返回。

[0046] 步骤 4: 晶体索引层构建。

[0047] 当所有请求都返回了并验证通过后， 新的晶体信息文档建立索引信息， 包括文 档创建者、 创建时间、 保密级别、 文档唯一标识、 格式、 通用命名、 别名、 针 对病症等， 提取后使用双 SHA256哈希算法对共享文档提取的信息形成数字 指纹 ， 再将该数字指纹连同索引信息一起形成区块并 写入到区块链中， 完成文档索 引区块的构建和注册。

[0048] 步骤 5: 查询药物晶体信息。

[0049] 药物晶体库使用者如果需要获取相关药物晶体 信息时， 通过查询模块可以得到 相关的索引信息。

[0050] 具体来说， 可以通过疾病名称、 药物名称、 分子片段等信息搜索到相同或相近 的晶体文档索引。 以搜索疾病“高尿酸血症”为例， 查询模块通过疾病名称加使用 者公钥提交到区块链中， 区块链收到查询请求后， 验证查询者签名的有效性， 验证通过后将查询结果用使用者公钥加密后返 回给查询者。

[0051] 查询者通过私钥解密查询结果， 即可得到返回的索引 +脱链文档的查询结果。

搜索结果里包含了与痛风相关的非布司他、 秋水仙碱等相关药物晶型， 而非布 司他的不同药物晶型有几十种， 分别对应了 A、 B、 C、 H、 I、 J、 K等晶型及水 合物、 甲醇溶剂合物等多种溶剂合物， 由于大多数相关晶型都已申请专利， 可 以通过结果直接查到专利号、 专利作者等信息。

[0052] 步骤 6: 获取晶体源数据。

[0053] 对于查询结果里部分公开或非公开类型的晶型 文档， 能够从区块链上获取的信 息是有限的， 如果需要进一步查看原始文档等信息， 则需要通过加密数据通道 发送请求到存有原始文档的组织机构或个人。 请求同样通过区块链发送， 相关 机构或个人收到请求后， 通过电子签名验证请求有效性， 并进一步评估是否通 过请求。 通过后， 自行发送原始文档给请求者。

[0054] 本方法构建的晶体库提供了多样化的晶体信息 查询方式：

[0055] ( 1) 针对已经公开或者专利中的晶体信息， 可通过名称直接查询， 这种方式 针对的是保密级别为公开的晶体；

[0056] (2) 针对部分加密或完全加密的晶体， 查询方式受限于分子匹配或分子片段 匹配、 贡献者匹配等； 结合查询的参数， 生成文档查询的请求， 使用查询者的 证书签名带上公钥发送到区块链中；

[0057] (3) 区块链在收到查询请求后， 首先验证查询的真实性和有效性， 然后将请 求发送给脱链数据库， 脱链数据库在验证查询有效性后， 将查询文档加密后返 回；

[0058] (4) 当查询者需要进一步查看晶体原始数据时， 通过区块链再次发送查询请 求给数据持有者， 持有者对请求者的签名进行解析认证， 确认有效性后根据实 际情况决定是否将相应晶体信息公开给请求者 ， 确认发送后， 使用查询者提供 的公钥对信息加密， 发送给查询者；

[0059] (5) 查询完成后， 查询者数字签名、 查询时间、 查询完成实际、 文档唯一标 识等信息形成区块写入区块链。