Background: The kidney exchange problem (KEP) addresses the matching of patients in need for a replacement organ with compatible living donors. Ideally many medical institutions should participate in a matching program to increase the chance for successful matches. However, to fulfill legal requirements current systems use complicated policy-based data protection mechanisms that effectively exclude smaller medical facilities to participate. Employing secure multi-party computation (MPC) techniques provides a technical way to satisfy data protection requirements for highly sensitive personal health information while simultaneously reducing the regulatory burdens. Results: We have designed, implemented, and benchmarked SPIKE, a secure MPC-based privacy-preserving KEP which computes a solution by finding matching donor-recipient pairs in a graph structure. SPIKE matches 40 pairs in cycles of length 2 in less than 4 minutes and outperforms the previous state-of-the-art protocol by a factor of 400x in runtime while providing medically more robust solutions. Conclusions: We show how to solve the KEP in a robust and privacy-preserving manner achieving practical performance. The usage of MPC techniques fulfills many data protection requirements on a technical level, allowing smaller health care providers to directly participate in a kidney exchange with reduced legal processes.


翻译:肾脏交换问题(KEP)解决了需要替代器官的病人与相容活体捐赠者的匹配问题。理想的情况是,许多医疗机构应当参与匹配方案,以增加成功匹配的机会。然而,为了满足法律要求,目前各系统使用复杂的基于政策的数据保护机制,实际上排除了较小的医疗设施参与。采用安全的多方计算(MPC)技术,提供了满足高度敏感个人健康信息数据保护要求的技术方法,同时减轻了监管负担。结果:我们设计、实施并参照了SPIKE,一个基于MPC的安全的隐私保护方案,它通过在图表结构中找到匹配的捐赠者-接受者对配对来计算出解决方案。SPIKE在2号周期内为40对配对,短于4分钟,在运行时比以往的先进协议高出400x倍,同时提供更可靠的解决方案。结论:我们展示了如何以稳健和隐私保护方式解决KEPIK,一个基于隐私的安全的维护 KEPE,该技术的使用满足了技术在技术层面上的许多数据保护要求,使小的病人能够直接参加肾脏治疗。

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