《基于物联网的多传感器医疗架构和轻量级隐私方案》

近年来，人们对高质量、低成本、可广泛获得和易于在舒适的病人家中获得的医疗保健服务的需求正在迅速增长。其结果是产生了医疗服务机构正在努力解决的重要问题。这些境况导致创造性方法和技术的逐步融入，这些方法和技术的集成将将对医疗行业产生重大影响。这类技术包括物联网(IoT)、服务互联网(IoS)、医疗信息物理系统、云计算、雾计算、大数据分析、5G、加密术、区块链和人工智能(AI)。

物联网（IoT）由彼此互连并与互联网连接的异构设备组成。物联网技术的利用正在迅速增长，各种系统正在成为解决应用受限的有效解决方案。通过支持组件收集、存储和分析来自不同资源的数据，同时保持低成本实现，物联网提供了新的服务和智能功能。具体而言，就是医疗保健行业会从这些新服务中受益匪浅。健康4.0为创新物联网技术的应用而引入了创新方法。通过遵循其主要设计原则，即互操作、虚拟化、去中心化、实时能力、面向服务和模块化，可以开发出智能、低成本、可靠、可扩展和易于访问的方法，为处于各种健康状况下的各类人群提供便利。

然而，“健康4.0”的愿景，即物联网技术与医疗行业的融合，可能会给开发人员带来更多的困难。物联网元素的可扩展性和异构性、同时使用众多组件和医疗系统的微妙结构可能是一个令人棘手的组合，特别是在没有正确理解基于物联网的医疗基础设施的架构和运作的情况下。此外，安全性是医疗物联网系统开发的一个重要因素。由传感器收集并在设备之间共享的数据包含有私人信息。只有经过授权的用户才能访问这些医疗数据，这些数据在传输到物联网智能健康网络的过程中必须保持完整和有效加密。对它们的不当保护要承担法律和伦理上的责任，因为攻击者可能会利用其损害用户的利益。

此外，系统必须只接受来自可信设备和组件的数据，以防止伪造病史和提高远程诊断的准确性。系统还必须能够在不受攻击的情况下持续执行其主要功能，因为在关键运作中即使是很小的延迟也会威胁到用户的生命。例如，在智能健康应用程序中，需要立即响应告警类医疗服务或提供急救援助，特定类型的攻击可能会延迟这些功能过程，使系统为患者和医务人员提供便利的目的失效。因此，主要安全方案的应用和维护，如保密性、可用性和完整性，是研究界关注的主要问题。

显然，健康4.0创新性地融合了物联网(IoT)及其异构设备和传感器，其结果是创建了大量智能健康应用程序，这些应用程序可以更有效、更可靠、更可扩展和更经济，同时为人们的日常生活和健康提供了诸多便利。然而，如果没有适当的指导，基于物联网的医疗系统的使用可能会很复杂，尤其是在安全挑战方面。因此，必须首先正确了解基于物联网的多传感器系统和医疗保健基础设施的结构和安全需求。此外，必须引入提供轻量级、易于实现和高效方法的新架构。本文概述了医疗保健领域的物联网集成，并对高效的智能健康框架进行了系统分析，该框架主要采用多种资源和能量受限的设备和传感器。

本文的另一个关注点是这些关键物联网组件的安全需求，尤其是其无线通信的安全要求。作为一种解决方案，本文介绍了一种轻量级的安全方案，该方案利用了轻量级密码原语LEAIoT。与原来的基于CPU的实现相比，所提出的基于硬件的设计显示了优异的结果，密钥生成速度提高了99.9%，加密/解密速度提高了96.2%。最后，由于其轻量级和灵活的实现以及高速密钥设置，它可以与其他常见的基于硬件的加密体系结构竞争，它以最低的频率和平均吞吐量实现了高达87.9%的低硬件利用率。