משבר גדל והולך של אינטגרציית נתונים במדע

מחקר מדעי תלוי בנתונים אמינים.כל תביעה, כל תוצאה שפורסמה, וכל התערבות רפואית משתקפת את שורשיה חזרה לרשומות ניסיוניות גולמיות.אבל הקהילה המדעית מתמודדת עם משבר התחדשות מתמשך: מחקרים אחרונים מעריכים כי יותר מ-70% מהחוקרים ניסו ולא הצליחו לשחזר ניסויים של מדענים אחרים.פליד נתונים, שגיאות לא מופרכות, ואפילו הונאה מערערערערערערערערערערערערערת את יסודות הידע מבוסס-ה – המידע שעדיין לא מדויק, מעולם לא הושלם, מעולם לא היה מדויק יותר, מעולם לא היה מדויק יותר, ולא היה מדויק יותר, ולא היה מודע לשגיאותיו.

שיטות מסורתיות של שמירה על נתונים מחקריים להסתמך על מסדי נתונים מרכזיים, מערכות בקרה גרסאות, ואמון מוסדי.גישות אלה יש מגבלות. מאגרים מרכזיים פגיעים לפרוץ, למניפולציה פנימית, ונקודות בודדות של כישלון.אפילו נתונים בעלי כוונות טובות יכולים להציג שגיאות באופן בלתי נמנע.

טכנולוגיית בלוקצ'יין התפתחה כאמצעי נגד חזק.על ידי מתן תיעוד מבוזר, מבוזר, וזמני של עסקאות נתונים, blockchain מציעה דרך חדשה רדיקלית לאמת את הוכחת ויושרה של נתונים מדעיים. חוקרים יכולים עכשיו לשתף נתונים עם הביטחון כי כל שינוי הוא מחובר לצמיתות ביקורתי. מאמר זה חוקר כיצד blockchain משפר את השלמות של נתונים, לבחון יישומים אמיתיים, וכתובות כי יש להתגבר על האתגרים הנפוצים.

מהי טכנולוגיית בלוקצ'יין?

בליבתו, בלוקצ'יין הוא מוביל דיגיטלי מבוזר המקליט עסקאות ברחבי רשת של מחשבים.כל עסקה נאספת ל"בלוק" המכילה חיסוגרפיה מבוזרת של הבלוק הקודם, יצירת שרשרת הכרונולוגית. כי ה-Moder משוכפל על הרבה צמתים, אף ישות אחת לא שולטת בנתונים.כל ניסיון לשנות בלוק עבר ידרוש חישוב מחדש של כל המאוחרים יש לו ולהשיג את הקונצנזוס של הרשת המחשובה.

תכונות מפתח של blockchain רלוונטיות לשיתוף נתונים מדעי כוללים:

  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ : 1FLT:1 ה-Moderger נשמר על ידי משתתפים עצמאיים רבים.אין סמכות מרכזית שיכולה לשנות באופן חד-צדדי או למחוק רשומות.
  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)שקיפות: 1FLT) בבלוקצ'יין חסר הרשאות (ציבורי) כל אחד יכול לבדוק את ההיסטוריה של העסקה.
  • (FLT:0)Consensus Mechanisms:FIRLT:1) המשתתפים מסכימים על תוקף העסקאות באמצעות הוכחה של עבודה, הוכחה של stake, או פרוטוקולים אחרים של קונצנזוס, להבטיח שרק רשומות נתונים לגיטימיות תועדו.
  • (FLT:0) חוזים חכמים: FLT:1 , הפעלת קוד עצמי על blockchain יכול באופן אוטומטי לאכוף כללים לשיתוף נתונים, פעולות אימות שותפים אוטומטית, ופעולות כאשר התנאים מסתיימים (למשל, פרסום נתונים באופן אוטומטי לאחר סיום יומןאמברגו).

Blockchain Versus המסורתית Data Integrity Methods

גישות לאמנה - כגון בדיקות, חתימות דיגיטליות, וזמניות עם סמכות מרכזית - יכול לספק ערבויות שלמות, אבל לעתים קרובות הם תלויים צד שלישי מהימן.אם צד זה נפגע, ההגנה קורסת. Blockchain מסירת את הנקודה הבודדה של אמון יתר על כן, בעוד שלעתים קרובות דגימה מסורתית מסמכות תעודה מוכיחה כי נתונים קיימים בזמן מסוים, blockchain יכול להוכיח כי הנתונים לא השתנו לאחר ההיסטוריה כולה היא בלתי ניתנת לבדיקה ציבורית.

יתרון נוסף הוא אימות אוטומטי. חוקר להוריד את הנתונים יכול באופן עצמאי להפעיל חידה של הקובץ ולהשוות אותו נגד החאן המאוחסן בבלוקצ'יין.אם הם מתאימים, הנתונים מאומתים כאמיתיים.לא צריך להתקשר למחסן או להסתמך על הבטחותיו.

כיצד blockchain משפר את האינטגרטיביות של נתונים במחקר מדעי

יישום טכנולוגיית בלוקצ'יין בזרימות עבודה מחקר מתייחס למספר ממדים של שלמות נתונים: חוסר יכולת, הוכחה, שקיפות ושיתוף בטוח.הפרט הבא של תת-התת כמה לתרום למדע אמין יותר.

רשומות ללא שם: Tamper Prevention

התכונה החזקה ביותר של blockchain עבור שלמות נתונים היא ההתנגדות שלה לסינון.כל חלק של נתונים - בין אם זה מדידה גולמי, חדירת metadata, או תוצאה אנליטית סופית - ניתן להישמר ולהירשם על ה-Moderer. once כתוב, אין לשנות את ה- hash מבלי לפסול את כל השרשרת מנקודת מבט זו.זה הופך אותו פשוט לזהות שינויים בלתי מורשים עבור נתונים רגישים, אפילו יש שינוי של חקירה.

בפועל, החוקרים אינם מאחסנים נתונים גדולים ישירות על הבלוקצ'יין (שזה יהיה יקר ואט) במקום, הם מאחסנים טביעת אצבע קריפטוגרפית (hash) של הנתונים על שרשרת, בעוד הנתונים בפועל שוכנים על אחסון מבוזר כגון IPFS או שירותי ענן סטנדרטיים.ה-שרשרת על-שרשרת ישמשת משמש כאיטום עמיד.

חידוש וחדשנות משופרים

Blockchain עושה את מחזור החיים המלא של איסוף נתונים.כל פעם נתונים נגישים, משותפים או שונה, עסקה חדשה מתעדת את הפעולה יחד עם תזמון וזהותם של המשתתף (בהגדרות מורשות, איפה זהויות ידועות) זה יוצר שרשרת חד-משמעית של משמורת - "תעד שיפור" - תשובות לשאלות כגון: מי נאסף את הנתונים מתי זה היה עדכון לאחרונה?

שקיפות היא בלתי נסבלת עבור התחדשות.כאשר בודק או מעבדה שיתופית יכולים לבדוק את ההיסטוריה של כל תחילת הנתונים, הם יכולים להבין בדיוק איך זה התפתח.זה מפחית את האופיות כי לעתים קרובות מסתיר שגיאות מתודולוגיות או דיווחסלקטיבי. יתר על כן, הציבור של בלוקצ'יין או קונסורציונאלי-רחבה מונע התנהגות זדונית כי כל פעולה משאירה עקבות קבועים.

ירידה בצמצום נקודות הכשלונות הבודדות

מאגרים נתונים מרכזיים הם מטרות אטרקטיביות להתקפות סייבר.הפרצה במוסד אחד יכולה לפשרה עשרות שנים של נתונים מחקריים. Blockchain מפיצה את האמון על פני נקודות רבות.גם אם כמה צמתים נפגעים, הרשת עדיין שומרת על המדינה הנכונה כל עוד הרוב נשאר כנה. חוסן זה חשוב במיוחד עבור ארכאון ארוך טווח של נתונים מדעיים שחייב לשרוד שינויים מוסדיים, מימון, הפסקת חומרה או תקלות חומרה.

הפחתה גם מעצימה את החוקרים בהגדרות קוד נמוך.הם יכולים להשתתף בשיתוף נתונים מבלי להסתמך על תשתיות מרכזיות יקרות או לבקש רשות מסמכות שמירת השער.שלמות הנתונים נשמרת מקומית משום שהקונצנזוס של הבלוקצ'יין מאמת כל כניסה, ולא את המוניטין של ההגשה.

שיתוף מאובטח ואוטומציה חכמה

blockchain מאפשר שיתוף נתונים מאובטח באמצעות בקרת גישה הצפנה וחוזים חכמים. חוקר יכול לשתף עם שיתוף פעולה ספציפי על ידי צפינות הנתונים והקלטה של הרשאות הגישה על blockchain.חוזה חכם באופן אוטומטי לאכוף את הכללים - לדוגמה, המאפשר לקרוא גישה רק לאחר תאריך מסוים או לאחר תשלום של תשלום שימוש בנתונים.זה מבטל את הצורך באישור ידני ולהפחית את מנהלי מעל ראש.

חוזים חכמים גם בודקים את ה-UCT.לדוגמה, כאשר נקודת נתונים חדשה מועלה מחיישנים, החוזה החכם יכול לאמת כי הנתונים עומדים בדרישות פורמט מוגדרות מראש והוא מלווה ב-זמניות תקפים מצומת אם תוקף עובר, ה- Hash הוא רשם לצמיתות.זה מקטין את השגיאה האנושית ומזרז את צינור שיתוף הנתונים.

יישומים אמיתיים של Blockchain במחקר מדעי

כמה פרויקטים חלוצים מראים כיצד blockchain יכול להגן על שלמות נתונים על פני דיסציפלינות מדעיות מגוונות.

Genomics ו- Biomedical Data

נתונים גנומיים רגישים במיוחד.זה גדול, בלתי ניתן להחלפה, וכפוף לתקנות הפרטיות כמו HIPAA ו-GDPR. Blockchain פלטפורמות כגון FLT:0GenoChainventFLT:1 (מבוסס על הבלוקצ'יין) מאפשרות לאנשים לאחסן חיתול של הגנום שלהם תוך שמירה על הרצף בפועל בכסן פרטי.

בניסויים קליניים, חברות תרופות ומרכזים רפואיים אקדמיים מתחילים להשתמש בלוקצ'יין לזמנים ולעקוב אחר טופסי דו"ח מקרה.ה-FLT:0MIT MedRecigofFLT:1 חלוצי השימוש בבלוקצ'יין עבור רשומות רפואיות אלקטרוניות, ולהבטיח כי מידע המטופל המשמש במחקר לא יכול להשתנות לאחר ההרשמה.זה מספק הרגולטורים עם שרשרת ביקורת של ראיות מאוסף נתונים לניתוח.

מדעי הסביבה ורשתות חיישן

ניטור סביבתי לעתים קרובות מסתמכ על רשתות חיישן מבוזרות המשתרעות באזורים מרוחקים - buoys האוקיינוס, תחנות מזג אוויר או חיישנים הקרקע. Tampering עם חיישנים אלה או תפוקה הנתונים שלהם יכול להחליק מודלים אקלים. על ידי הצמד מיקרובקר בעלות נמוכה שיש לו כל חיישן קריאה שידורים זה blockchain (באמצעות פרוטוקול רכילות קל), החוקרים ליצור לוח זמנים של תצפיות סביבתיות.

ביקורת ופרסום Integrity

(הפרסום המדעי סובל מבעיות כמו מניפולציה של תמונות, קידוד ושינויים בנתונים שלאחר ביצוע Blockchain יכול פעמיםtamp להגיש כתבי יד וכל תמיכה בנתונים ברגע הגשת כתבי עת, כגון: Journals כמו FLT:0F1000ResearchrovigFLT:1 ופלטפורמות כגון FLT:2 OrviumFLT 3) להשתמש בלוקצ'יין כדי לספק ביקורת עמיתים שקוף.

מדע חובה

בתחומים חישוביים, זרימת עבודה חשובה כמו התוצאות הסופיות. Blockchain יכול ללכוד את הסביבה החישובית כולה - פרמטרים קלט, גירסאות תוכנה, תמונות מכולות, ופלט פריטים - כמו a hash. Services כמו FLT:0ReproZipzecioFLT 1 בשילוב עם Blockchain פעמיםtamping מאפשר לחוקרים אחרים כדי לאמת כי תוצאה שפורסמה הופקה על ידי צינורות המדויקים זה מבטל ambiities על ידי שימוש בתוכנה או שימוש בנתונים.

אתגרים לאימוץ במחקר מדעי

למרות הבטחתו, שילוב בלוקצ'יין למערכת האקולוגית של נתונים מדעיים עומד בפני כמה מכשולים משמעותיים.

סקלאלה וביצועים

בלוקצ'יין ציבורי כמו ביטקוין ו Ethereum יש מוגבל דרךput - בדרך כלל 10-30 עסקאות לשנייה. מאגרי מידע מדעיים יכולים לייצר מיליוני נקודות נתונים לשנייה (למשל, ניסויים בפיסיקה באנרגיה גבוהה) בעוד על שרשרת מקטין את הנפח, הבלוקצ'יין עדיין חייב להתמודד עם עסקאות metadata עבור כל אצווה.פתרונות כמו sharding, Sidechains, ופרוטוקולים אחרים (למשל, ברקד), הם יכולים להוסיף כמה מורכבות (Perfectationr) אבל הם יכולים להשיג).

צריכת אנרגיה ועלויות סביבתיות

הוכחת Blockchains צורכת כמויות עצומות של חשמל.עבור קהילת מחקר כי הוא מודע יותר ויותר טביעת הרגל פחמן שלה, זה עניין רציני. מנגנוני קונצנזוס אלטרנטיבי - הוכחה של נטילת (שימוש על ידי Ethereum 2.0), הוכחה מוקצה של נטילת, או הוכחה של סמכות - יכול להפחית את השימוש באנרגיה על ידי יותר מ 99%.

יכולת והתאמה

הנוף המדעי של הנתונים כולל מאות שרידים, כל אחד עם תקני metadata משלו ופרוטוקולים גישה.עבור blockchain להיות שכבת יושר אוניברסלית, זה חייב להיות מעורב עם תשתיות קיימות - מזהה ORCID, DOIs, DataCite, עקרונות נתונים FAIR.לא סטנדרטי דומיננטי עדיין הופיע מיזמים כמו FLT:0Blockchain עבור מדעphert1 עובד קבוצה מנסה ליצור מתודולוגיות משותפות, אבל אימוץ הוא איטי.

פרטיות נתונים וזכות להישכח

אי-היכולת של התנגשויות בלוקצ'יין עם תקנות פרטיות כמו "זכות למחיקה" של ה-GDPR ברגע שחתמת נתונים אישיים של בריאות אישית נרשמת, אין באפשרותם להסיר את החוקרים בטענה כי ישה אינו נתונים אישיים משום שלא ניתן להפוך אותו להחלמה של מידע מקורי, אך הרגולטורים עשויים שלא להסכים. Permissioned blockchains יכולים לצמצם זאת על ידי כך ש-"להתאושש" יש תוקף על ידי סימון באופן יעיל, בעודומתק, בעודוריד את הבלוקצ'ים, בעודם של הבלוקצ'יפס, באופן יעיל, בעודם אינו בטוח, בעודם, בעודם, אך אינם בטוחים, בעודם, בעודם, בעודם, בעודם, בעודם, אך ורק ב-ידי שמירה על ידי שמירה על ידי שמירה על ידי שמירה על כך, באופן יעיל על חוזה היסטורי, אך ורק על ידי שמירה על כך.

אימוץ גדרות: מומחיות טכנית והתנגדות תרבותית

הטכנולוגיה עדיין דורשת ידע מיוחד לפרוס ולתחזק.מדענים רבים ומנהלי מעבדה חסרים את ההכשרה להקים צמתים, לכתוב חוזים חכמים, או לנהל מפתחות פרטיים.ממשקים ידידותיים למשתמש מתעוררים (למשל, FLT:0Arweaverated FLT:1 לאחסון קבוע עם ארנק משולב), אך הם עדיין אינם מרכזיים, חלק מהחוקרים רואים יכולת ביקורת ציבורית כאיום (ולא ניתן להוכיח שגיאות גלויות) באופן קבוע, כי כל פחד לא צפוי להגן על שגיאות חדשות באופן קבוע על פני כדור הארץ.

תחזית: לקראת מערכת נתונים אמינה

מסלול אימוץ בלוקצ'יין במחקר מדעי מצביע על פתרונות היברידיים המשלבים את התכונות הטובות ביותר של ההקפאה ותשתיות אמינות מסורתיות.

שילוב עם אינטליגנציה מלאכותית ואינטגריטיות נתונים

מודלים של בינה מלאכותית שהוכשרו על נתונים מדעיים יורשו את אמיתות נתוני האימון שלהם. Blockchain יכול לספק קופסה ביקורתית עבור אותם נתונים, המאפשרת מה שנקרא "צנרת הוכחת נתונים" כאשר מודל AI הופך חיזוי, מבקר יכול לעקוב אחר המדידות המעבדה המקורית שהשפיעו על המודל.זה קריטי במיוחד בגילוי סמים, שבו נתונים מזוהמים יכולים להוביל להמלצות קליניות מסוכנות.

המונחים: Persistent Identifiers

כיום מנוהלים סוכנויות מרכזיות (למשל, CrossRef, DataCite) Blockchain יכול ליצור מזהים מבוזרים (DIDs) שהם עצמאיים ואינם תלויים בשום ארגון יחיד.The FLT:0IOTAFLT:1ID של Tangle של הקרן (aכוון גרף של Blockchain במקום blockchain) הוצע עבור חיישנים קלים עבור חיישנים אלה יכול להיות אינטגרציית D.

רשתות פדרנדות ופורשות לקונסורטוריציה

שיתופי פעולה מדעיים בקנה מידה גדול - כמו הניסוי הגדול של Hadron Collider או The Human Cell Atlas - שכבר פועל תחת הסכמי ממשל קפדניים. blockchain בין חברי קונסורציום יכול להקליט עסקאות נתונים מבלי לבצע תוצאות רגישות הציבור. כללי Consensus יכולים להיות מותאמים כדי לדרוש אישור מכמה צמתים מייצגים, שמירה על שלמות וסודיות.מודל זה עשוי לקבל ראשון, כמו תנוחות פחות וגרועות רגולטוריות מאשר חששות ציבוריים.

תבניות חוזים חכמות לזרימות מחקר נפוצות

כמו פלטפורמות blockchain בוגר, תבניות חכמות סטנדרטיות של יושרה נתונים יהיו זמינים. חוקרים יוכלו לבחור חוזים מראש בנוי עבור טמפפטפט, בקרת גישה, ופרסום אוטומטי.זה מוריד את המחסום הטכני ומאיץ אימוץ.ארגונים כמו FLT:0 Open Science FrameworkFLT:1 הם חוקרים אימות מבוסס blockchain כשירות אחורי, מה שהופך אותו לבלתי נראה למשתמשים.

מסקנה

שלמות נתונים היא סלע המדע אמין. Blockchain טכנולוגיה מציעה פתרון חזק, אמין, מבוזר ו מבוזר לפתרון בעיות ארוכות של tampering, מוכח ambiguity, ושקיפות מוגבלת. על ידי מיפוי קריפטוגרפיים על מובל בלתי מאומת, החוקרים יכולים להוכיח כי הנתונים שלהם כבר לא השתנו, אשר הגישה אליו, ושינויים כאשר התרחשות ריאל-עולמית בפריסת, הם כבר בדיקות ניטור קליני, פעולות, פרסום, פעולות.

עם זאת, הדרך קדימה דורשת להתגבר על אתגרים אמיתיים: קיבולת, שימוש באנרגיה, חיכוך רגולטורי והתנגדות תרבותית.הקהילה המדעית חייבת להשקיע בכלים ידידותיים למשתמש, לאמץ מנגנוני קונצנזוס יעילים לסביבה, ולפתח סטנדרטים שגשרים על בלוקצ'יין עם תשתיות קיימות.כאשר המכשולים הללו ברורים, blockchain יהיה מרכיב סטנדרטי של מערכת המידע המחקרית – לא כדור כסף, אלא כלי רב עוצמה להבטחת המידע שאנו בונים את הידע שלנו כמדע אמין.

(ב) ◄ [13]

  • (הופנה מהדף Open Science Collaboration, Nature 2015)
  • (FLT:0) הערכת נתונים במחקר ביו-רפואי (JAMA 2016)
  • (FLT:0Blockchain for Scientific Data Sharing: A Survey (מידע)
  • (FLT:0Blockchain בניסויים קליניים: סקירה שיטתית (Journal of Medical Internet Research 2020)