Um sistema para garantir a segurança de informações médicas em redes corporais

Abstract

As redes corporais fazem referência a um grupo de dispositivos eletrônicos vestíveis dispostos junto ao corpo humano para realizar o monitoramento em tempo real de si- nais vitais, auxiliando em tratamentos e fornecendo diagnósticos precoces e acurados. Os dispositivos das redes corporais tendem a produzir um elevado volume de dados sigilosos, os quais são comumente transmitidos por tecnologias propensas a interfe- rências, interceptações e ataques. Portanto, desenvolver soluções que atendam aos requisitos de segurança torna-se imprescindível. Entretanto, os dispositivos portáteis impõem restrições de consumo de recursos computacionais, tais como memória, pro- cessamento e energia. A criptografia dispõe de métodos para empregar a segurança desejada, impedindo que usuários indevidos acessem mensagens privadas. Este tra- balho contribui com a literatura de duas formas: ( i ) através de uma avaliação prática do impacto de algoritmos criptográficos leves sobre consumo de energia e recursos em dispositivos vestíveis e ( ii ) com a proposta de um sistema para geração de chaves criptográficas secretas adequado às WBANs. Deste modo, inicialmente, apresenta-se a avaliação empírica e orientada por hardware a qual confirma a forte correlação entre a quantidade de operações lógicas/aritméticas, instruções assembly e o consumo de energia. Mesmo com os algoritmos criptográficos rápidos, seguros e eficientes ainda existe o compromisso de que uma única chave secreta seja compartilhada a priori en- tre as entidades comunicantes. Isso demanda que um esquema de acordo de chaves leve e robusto seja implementado. Baseado nos resultados alcançados da avaliação, este trabalho apresenta um sistema seguro para geração e acordo de chaves secre- tas, baseado em sinais fisiológicos. O sistema tem a proposta de ser leve, eficiente e otimizado, aplicando conceitos de computação aproximada de modo a prover uma redução significativa no consumo energético e de memória. O material criptográfico é obtido através da transformação e quantização de sinais do eletrocardiograma em chaves secretas. Os resultados indicam que este projeto proporciona uma redução do consumo de memória de até 76% em relação a duas técnicas do estado da arte. Palavras-chave: WBAN. Algoritmos criptográficos. Acordo de chaves.

Wireless Body Area Network refers to a set of wearable electronic devices on the hu- man body to carry out real-time monitoring of vital signs, aiding in treatments and providing early and accurate diagnoses. Devices in Wireless Body Area Networks sense a high amount of sensitive data which is usually transmitted by technologies susceptible to interference, interception and invasion. Therefore, developing soluti- ons to accomplish security requirements is indispensable. However, wearable devices impose restrictions on the consumption of computational resources, such as memory, processing and energy. Encryption offers methods to employ the desired security, preventing unauthorized users from accessing private messages. This work contribu- tes in two ways: ( i ) with the practical evaluation of light cryptographic algorithms on energy and resource consumption to wearable devices and ( ii ) with the propo- sal of a system for cryptographic keys agreement classified by WBANs. Thus, an empirical and hardware-oriented evaluation is presented, which confirms the hard correlation between the number of logical/arithmetic operations, assembly instruc- tions and energy consumption. Even with fast, safe and computationally efficient cryptographic algorithms, there is still a requirement that a single secret key is pri- ority shared between communicating entities. This requires a light and robust key arrangement scheme to be implemented. Based on the results of the evaluation, this work presents a system for generating and establishing secret keys, based on physi- ological signals. The system is light, efficient and optimized, applying approximate computing concepts to provide a significant reduction in energy and memory con- sumption. The cryptographic material is obtained by transforming and quantizing ECG signals on secret keys. The results indicate that this project is capable of pro- viding a reduction in absolute memory consumption of up to 76% compared to the state of the art. The commitment to safety during the transmission of the keys occurs by using an alternative communication channel (the human body). Thus, these keys, which are usually the target of attacks, are exchanged through a signal completely confined within the individual. Keywords: WBAN. Cryptography algorithms. Key agreement.