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私密的體域網:讓植入式醫療設備更安全!

文章来源: John Zhang IntelligentThings       发布时间:2019-03-14

近日,美國普渡大學的工程師們通過一項技術讓通信信號保持在人體內,進一步加強了聯網的植入式醫療設備的安全性。


時下,物聯網的發展爲人們生活帶來諸多便利,可隨之而來的安全性問題與威脅也不斷增多。舉例來說,如果一輛行駛中的汽車被黑客控制,那麽駕駛員將會失去控制權;如果智能門鎖受到黑客入侵,那麽小偷就可以輕松地破門而入;如果家中的網絡攝像頭遭受黑客攻擊,那麽家中的隱私就會暴露無余。


近年來,新一代的植入式醫療電子設備逐漸取代傳統便攜式醫療器械,成爲全球醫療研發的熱點。相比于傳統便攜式醫療電子設備,植入式醫療設備更方便、快捷、准確、便宜。這些植入式醫療設備包括心髒起搏器、胰島素泵、神經刺激器等。它們具有數據采集、無線連接、遠程監控、近場通信等功能,不僅可以監測各種人體健康指標,還可以治療疾病和修複人體機能。

私密的體域網:讓植入式醫療設備更安全!

(图片来源:Islam Mosa/康涅狄格大学、Maher El-Kady/加州大学洛杉矶分校)

私密的體域網:讓植入式醫療設備更安全!

(图片来源:Rikky Muller,加州大学伯克利分校)


可是,如果植入式醫療設備遭受黑客攻擊,那麽病人的生命安全將面臨直接威脅。例如,攻擊者可通過遠程安裝惡意軟件的方式控制心髒起搏器,使之對心髒産生致命打擊,或者需要挽救病人生命時卻拒絕工作。假如攻擊者侵入的是糖尿病患者的胰島素泵,那麽他就可以遠程控制藥物劑量,使之變爲致命的劑量。


然而,這種攻擊的重要手段之一,就是攔截和分析醫療植入式設備與外界通信的無線電信號。


近日,美國普渡大學的工程師們通過一項技術讓通信信號保持在人體內,進一步加強了聯網的植入式醫療設備的安全性。这种私密的通信网络仅能被你自己和你的设备访问,而其他人例如黑客非常难以攻破。

私密的體域網:讓植入式醫療設備更安全!

人体可以很好地携带信号,普渡大学新开发的技術能让信号处于非常靠近人体的范围之内。(图片来源:Erin Easterling/普渡大学)


这项研究发表在《科学报告(Scientific Reports)》期刊上。论文作者包括普渡大学电子与计算机工程系助理教授Shreyas Sen,以及他的学生Debayan Das、Shovan Maity、Baibhab Chatterjee。


技術


为了更好地从技術角度来理解这项研究,我们首先来看一个新概念:“体域网(body area networks)”。体域网,是附着在人体身上的一种通信网络。它是以人体周围的可穿戴設備例如智能手表、智能手环、电子皮肤等,以及人体内部的植入式设备、可吞咽式设备等为对象的无线通信专用系统。体域网最新的国际标准是IEEE802.15.6标准。

私密的體域網:讓植入式醫療設備更安全!

體域網(圖片來源:貝爾法斯特女王大學)


目前,无线体域网(WBAN)采用了传统的窄带通信技術例如蓝牙技術在人体及其周围传播信号。这些电磁波至少可以在人体周围10米半径范围内被检测到。然而,这些无线电信号有可能会被黑客通过技術窃听到,从而威胁设备安全。


普渡大學的科研團隊采用的是一種稱爲“電准靜態場人體通信(EQS-HBC)”的方法,通過采用低頻率無載波(寬帶)傳輸的方法,將信號限制在人體之內,使得鄰近的竊聽者很難截獲關鍵的隱私數據,形成一種私密的通信信道,也就是人體。


如下圖所示:兩個人佩戴著發射器(起搏器)以及隨身的集線器分別采用EQS-HBC(左)和WBAN(右)進行通信。對于體內的EQS-HBC方式來說,信號會通過位于由通信模塊、處理模塊、存儲器和電源組成的發射器下方的銅電極帶接口,耦合到人體表面。發射的信號流過人體皮膚下方的低電阻層,被接收器的電極獲取到。從另一方面說,WBAN則采用天線將電磁波地傳輸至更遠的距離,然而卻有可能被附近的竊聽者獲取到。EQS-HBC方案的私密空間是人體附近0.15米的範圍,而WBAN的私密空間範圍是5米左右。


價值


未来,体域网面临的挑战不仅在于安全性,也在于更高的带宽以及更低的功耗。普渡大学开发的这种新技術,不仅使得通信信号处于人体之内,并只会在人体表面很近的区域产生泄露,也使得功耗低于传统蓝牙通信的百分之一。这是一种安全又节能的通信方式。


未来,它将为医生重新设计植入式医疗设备、可穿戴設備提供一种新思路。研究人员称,这是他们第一次从物理层面去理解人体通信的安全特性,它将有望带来私密的体域网,从而阻止黑客窥探重要信息。


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