《ICT Express》：A comprehensive review of decentralized and zero trust security mechanisms for securing healthcare information systems
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医疗数字化提升了护理交付与运营效率，但也加剧了互联系统在安全性、隐私性和信任方面的挑战。本综述分析了74项关于区块链（Blockchain）与零信任架构（Zero Trust Architecture，ZTA）在医疗数据安全传输与访问治理中应用的研究。基于架构
医疗数字化提升了护理交付与运营效率，但也加剧了互联系统在安全性、隐私性和信任方面的挑战。本综述分析了74项关于区块链（Blockchain）与零信任架构（Zero Trust Architecture，ZTA）在医疗数据安全传输与访问治理中应用的研究。基于架构模型、安全控制层和评估标准，提出了一套分类体系（taxonomy）。比较分析突出了其在电子健康记录（Electronic Health Records，EHRs）、医院信息系统（Hospital Information Systems，HIS）、物联网（Internet of Things，IoT）赋能的医疗保健以及跨组织网络中的应用。关键挑战包括HL7-FHIR互操作性、可扩展性、自适应访问控制，以及零知识证明（Zero-Knowledge Proofs，ZKPs）和联邦学习（Federated Learning，FL）等隐私保护技术的集成。
**研究背景与目的**
医疗服务的数字化通过广泛采用电子健康记录（EHRs）和医院信息系统（HIS），改变了临床数据的存储、共享与使用方式，提升了决策速度和护理协调水平。然而，云服务、医疗物联网（Internet of Medical Things，IoMT）设备和跨域数据交换带来的互联性，也显著扩大了攻击面。传统的基于边界的安全模型预设内部信任，在面对持续威胁和内部人员滥用时已显不足。为应对这些挑战，区块链（Blockchain）和零信任架构（Zero Trust Architecture，ZTA）成为现代医疗网络安全的两大互补范式：区块链提供去中心化信任、不可篡改性和防篡改审计轨迹；ZTA则强调持续验证、最小权限和自适应认证。尽管已有大量研究探索了区块链专用、ZTA专用及混合模型，但仍存在实时可扩展性、跨链互操作性、量子韧性密码学及面向临床工作流的AI驱动异常检测等开放性问题。尤其值得关注的是，在11个被评述的采用成熟度框架中，仅2个报告了实际部署，其余9个（81.8%）仍处于试点、原型、概念验证或概念阶段。因此，本综述旨在系统性地综合和比较评估现有文献，以全面理解该领域的现状与研究缺口。
**研究内容与结论**
研究人员对2019至2025年间发表的74项同行评审研究进行了系统性文献综述（Systematic Literature Review，SLR）。研究提出了一个涵盖八个主题领域的分类体系：（1）医疗保健中的区块链专用安全框架；（2）ZTA专用框架；（3）混合区块链-ZTA模型；（4）访问控制模型（ABAC、RBAC、PBAC和混合方法）；（5）身份管理框架；（6）加密和隐私保护方法；（7）性能和可扩展性参数；（8）行业采用和成熟度模型。分析发现，混合区块链-ZTA模型是最常被提出的方法，结合了区块链的不可变审计能力与ZTA的持续信任验证。区块链平台如Hyperledger Fabric、Ethereum和Corda被广泛用于实现去中心化身份、安全EHR共享和隐私保护访问控制；ZTA工具如Open Policy Agent（OPA）、Kubernetes网络策略和HashiCorp Vault则用于实施持续认证、微隔离和动态策略执行。比较分析揭示了从独立区块链或ZTA解决方案向集成安全架构的明确演进趋势。然而，研究也指出若干关键挑战，包括HL7-FHIR互操作性的语义映射问题、可扩展性限制、性能开销、密钥管理复杂性，以及监管合规（如HIPAA和GDPR）与区块链不可变性之间的潜在冲突。采用成熟度评估显示，仅2个框架报告了实际操作部署，表明该技术融合领域仍处于早期采用阶段。
**主要技术方法**
该研究作为一项系统性文献综述，遵循PRISMA 2020报告指南，检索了IEEE Xplore、Scopus、ScienceDirect、SpringerLink和Google Scholar五个数据库。采用结构化布尔检索策略，经过去除重复、标题筛选、摘要筛选和全文评估的多阶段流程，最终纳入74项研究。研究设计了一套预定义的数据提取模板，对每项研究进行质量评估，并根据实施和验证方法将全部纳入研究按证据级别（概念、模拟、原型、测试台/生产）进行分类。
**研究结果**
**1. 区块链与ZTA专用框架：** 研究人员通过分析发现，区块链专用框架（如HealthChain、DSMAC等）利用去中心化、不可变性和共识机制确保数据完整性，但存在缺乏自适应信任评估和实时情境风险评价的局限。ZTA专用框架（如SADAC、ZeroTrustBlock等）强调持续认证和微隔离，但普遍依赖集中式策略权威，缺乏不可变审计历史。代表性研究中的证据级别分布表明，原型阶段证据最为常见（47.3%），概念研究（25.7%）和模拟评估（23.0%）次之，仅3项（4.0%）报告了测试台或生产级验证。
**2. 访问控制模型：** 在12项访问控制研究中，ABAC被最多采用（4/12，33.3%），因其能评估实时上下文属性；PBAC在3项研究（25%）中用于强化动态策略执行；混合模型同样出现在3项研究（25%）中，结合角色层次性与上下文灵活性；RBAC仅占2项（16.7%）。分析显示授权灵活性与计算开销之间存在明确权衡，混合访问控制被视为当前帕累托高效方案。
**3. 加密与隐私保护技术：** 在7项加密研究中，ABE是最常应用的技术（3/7，42.9%），用于细粒度访问控制；PRE、HE+DP、zk-SNARKs+HE和格基密码各占1项（14.3%）。研究一致表明，更强的隐私保证通常伴随更高的计算、通信或密钥管理开销，如zk-SNARK证明生成时间可随证明属性数量急剧增长。
**4. 身份管理框架：** 在7项身份管理研究中，去中心化身份管理构成了4项（57.1%）框架的基础，其余研究通过硬件辅助认证（PUF）、隐私保护密码验证（zk-SNARKs）和去中心化预言机信任验证增强身份保证。DID和VCs的使用推动了对中央权威依赖的减少，但增加了密钥生命周期管理的复杂性。
**5. 性能与可扩展性参数：** 研究人员分析指出，性能评估指标包括缓存命中率、延迟、吞吐量、带宽使用、能源效率和故障容忍度等。但报告方式高度异构，未一致区分链上共识操作、链下数据检索或端到端管道，限制了直接比较。
**6. 行业采用与成熟度模型：** 在11个采用成熟度框架中，3个（27.3%）报告试点实施，2个（18.2%）为原型，1个（9.1%）为概念验证，2个（18.2%）为早期采用，2个（18.2%）为运营或企业部署，1个（9.1%）为概念性成熟度框架。总体显示出从概念到实际部署的过渡，但大规模落地仍受限于互操作性、可扩展性和监管合规。
**讨论与结论**
讨论部分强调，尽管混合区块链-ZTA框架在受控环境中展现出良好前景，但其成功部署取决于多个维度。技术层面，共识延迟可能影响时间敏感的临床响应，遗留HIS/EHR集成需中间件或分阶段迁移。安全与隐私层面，元数据泄露、内部人员滥用、密钥管理脆弱性及联邦学习（FL）中的模型更新泄露和投毒攻击仍是显著威胁。操作与管理层面，GDPR的“被遗忘权”与区块链不可变性存在根本冲突，需政策感知的账本修剪机制；部署复杂度和非标准化评估方法也阻碍了广泛应用。研究结论指出，区块链提供去中心化信任和不可变审计，ZTA提供持续验证和自适应访问控制，两者结合是保护现代HIS最有前景的方向。然而，仅2/11的采用框架报告了实际部署，表明该潜力目前更多是研究方向的承诺而非已证实的生产级方案。可扩展性、互操作性、性能开销、非标准化指标和隐私增强机制的有限采用等关键挑战仍未解决。通过标准化基准测试和未来研究方向弥补这些缺口，是将这一融合确立为可信赖、以患者为中心的医疗基础设施的必经之路。
