文摘

斗争的人口老龄化、慢性病和缺乏医疗设施,身体出现的无线区域网络(WBANs)技术已经迎来了乐观。WBANs使用各种耐磨和植入生物传感器节点不断监测血氧饱和度等生理参数(热点₂)、心电图(ECG)、肌电图(EMG)、脑电图(EEG)、血压、呼吸率、体温和脉搏。重要的是,这些生命体征在公共网络传达给医生,谁能远程诊断疾病和有效。在这些通信中,病人的安全和隐私是主要的担忧而从生物传感器节点在一个开放的无线信道传输数据到医疗服务器(MS)通过一个基站(BS)有效的医学诊断。为病人找到一个有效的安全策略,依赖于WBANs监控他们的健康信息是一个巨大的挑战,由于限制WBANs环境的性质。应对上述挑战,在这个研究中,一个新的、高效和安全healthcare-enabled软件定义WBANs架构基于斯诺signcryption和超椭圆曲线密码学(HECC)建议的SDN技术集成到WBANs。通过分离的控制和数据的飞机传出,SDN技术允许您控制和管理网络可编程的方式。SDN的主要特点,如它的可编程性,灵活性,和集中控制,使它成为一个简单的、可伸缩的网络。在这个研究中,首先,身体软件定义无线区域网络(SD-WBANs)架构设计,然后一个轻量级斯诺signcryption与超椭圆曲线密码学(HECC)提出了保护敏感的病人在传输过程中数据安全在公共网络。此外,一个著名的多准则决策(指标)的方法称为评价基于距离平均解决方案(eda)也用于演示的成功显示系统。根据性能分析,提出的方法比以前先进技术的计算成本、通信开销、存储成本和能源的使用。

1。介绍

最近在大规模集成技术发展的物理传感器、微电子和无线电传输芯片辅助生产的无线传感器网络(网络)。轮,紧凑,易于安装,可用于多种行业由于一些未解决的研究挑战。传感器网络由空间分散自治传感器监测环境或物理元素,如运动、振动、声音、压力、温度、和污染和传输数据或和机器学习模型通过网络中心位置。更高级的网络是双向的,允许控制传感器的活动。网络开发针对军事应用像战场观察和目前使用的一系列消费和工业应用1]。

WBAN网络是最有趣的应用程序之一,病人的生理生命体征如热点₂、心电图、脑电图、肌电图,血压,呼吸速率,体温和脉搏率是使用各种生物传感器节点部署监控内部和/或外部的人体,不扰乱正常的日常活动由人类在日常生活中。各种资源受限的生物传感器节点可以利用在医疗应用程序中,可以与各种通信设备(如网关/ BS和使用无线技术如4 g女士5 g LTE, UMTS, wi - fi, WiMax和卫星通信。此外,医学专家可以安全地获得病人的实时医疗信息的女士相互认证后,通过使用一个防火墙,我们可以保护敌人的攻击和监视传入和传出的数据流量在一个高效、可靠的方法。医学专家诊断有关病人的医疗信息和提供反馈有关病人服务员在医院的病房来改善病人的生活质量。

1.1。软件定义网络(SDN)

新技术的快速发展,近年来网络方法的实现,SDN吸引了业界的关注,学术界和政府。这是一个新技术,允许您以一个可编程的方式控制和管理网络通过将传出的控制和数据的飞机。有四个参数,通过它我们定义SDN架构,在裁判。2]:(我)区分控制平面和数据平面。网络设备作为转发元素(包转发)没有任何控制功能。(2)决定转发元素(包转发)是基于流程的特定条件相匹配的指令集由一组分组字段中的值。在SDN,打开流协议使用不同的api用于交互彼此不同的飞机。(3)一个SDN控制器作为一个逻辑上集中控制器有一个抽象视图为整体管理整个网络。(iv)正在运行的应用程序在SDN通过可编程控制器基本数据平面设备一起工作。

SDN是一种新兴技术,可以集成到很多领域,如网络、WBAN, VANET,物联网和云。在这种情况下,我们主要关注与WBAN SDN的集成。WBANs轮是最有趣的应用程序之一,在以下部分,SDN集成的基础上讨论。

1.2。SDN-Based管理方案

在传感器网络集成SDN时,它管理以下功能:(我)网络配置管理。最初,当SDN用于WSN的功能,网络配置是必需的,因为它是对传统网络开发的。是非常重要的开发协议连接现有SDN功能基础上。传感器开放流(SOF)协议提出了使之间的通信数据和控制飞机在网络环境中为这个目的(3]。这种架构的帮助下,我们可以创建一个中央控制的整体网络管理和配置。(2)提供可扩展性和高效的本地化管理。一个典型的传感器网络面临一些自然困难,消除这些困难是很重要的。出于这个原因,裁判。4)提出了一个智能管理方案SDWSN为了提高效率和应对困难。该方案用于小型网络和短程是有限的。对大规模网络,裁判。5)提出了一个分层架构称为SDCSN,集群的连接到基站和多个基站连接到控制器。不同的网络架构提出了SDN功能可以集成提供可扩展性和高效的本地化管理网络环境。(3)流动性管理。SDN-based WSN的传感器节点可以移动为了执行他们的任务和传输到基站。它是非常重要的检查和处理网络中的这些节点的运动。在裁判。6),作者提出了SDN-based支持IP网络,和另一个网络计划(7]提出了基于TinyOS支持基于ip移动性管理。另一种机制提出了裁判。8),内部IEEE 802.15.4标准已经研究了分布式网络提供服务来管理流动性。

将SDN-based WSN的优点和好处,从文献综述进行了检查,SDN-based WBAN解决方案了。是考虑的最重要的挑战之一在改善这两个网络的性能发展方案和SDN)是安全的。最近的进步在WBAN提供漏洞之外解决传统安全服务。公众警告无意和恶意滥用的严重后果。

1.3。软件定义WBANs架构的好处

SDN的独特性质,如它的灵活性、可伸缩性、可编程性和适应性,使这对WBANs可行。使用SDN WBANs[的主要优势2列出如下:(我)处理的数据。WBAN节点部署在一个病人身上,不断感觉和他的信息发送到女士在一个安全的和有效的方式使用机器学习算法进行进一步的诊断和治疗。所有相关数据就像病人病历,医生的概要文件,机器学习诊断模型,和外部用户,如政府机构、研究人员和金融公司医疗服务器上存储。SDN的帮助下,这个逻辑上集中控制管理系统成为可能。(2)分析的数据。收集数据的目的是执行不同的操作,例如,诊断和分析、建模、基于需求和医疗决策,。(3)集中管理系统。SDN控制器提供了逻辑上集中控制,整个网络的抽象视图。此外,他们提供的服务质量(QoS)使用特定的工具。(iv)使用云应用程序。收集、存储和处理数据在WBAN应用程序是一个艰巨的任务,这样做在SDN需要高水平的编程能力。云应用程序(SaaS)等环境更容易储存,过程,和检索数据。

1.4。贡献

给出了本文的主要贡献如下:(1)小说和高效SD-WBANs架构设计,使医疗系统保持一个更好的安全性和成本之间的权衡有效的疾病诊断。(2)SDN技术已经融入WBANs resource-contained环境中有效地管理交通流数据的集中方式WBANs分离数据计划和控制计划。(3)一个轻量级斯诺Signcryption与超椭圆曲线密码学(HECC)提出了保护敏感的病人在传输过程中数据安全在公共网络。(4)使用轻量级密码系统,提出更好的效率在安全方面,计算、通信和存储成本,随着能源消耗,已实现。(5)医学专家可以安全地获得病人的实时医疗信息的相互的身份验证之后,女士和通过使用硬件防火墙,传入和传出的数据流量可以有效,可靠和安全路由。(6)提出方案的成功演示了使用一个著名的指标方法称为eda。

1.5。论文组织

本文组织如下。部分2回顾了文献SDN SDN-based WSN, SDN-based WBAN架构。预赛对HECC介绍部分3。拟议中的SDN-based WBAN E-Healthcare系统架构中讨论部分4。我们的网络模型提出了部分5。斯诺提出Signcryption利用超椭圆曲线密码体制中讨论部分6。说明该方案的性能分析与先进的7节中给出。eda的详细描述也解释了8节和节9给出了结论的研究工作。

2。文献综述

建筑设计及其安全需求被认为是在SDN-based WBAN-enabled医疗系统设计新颖、高效的架构SDN-based WBAN。为此,文献的综合研究,涉及的基础知识,系统的背景SDN, SDN-based WSN, SDN-based WBAN架构评审。

2.1。相关工作在WBAN

无线技术引起了身体的使用无线传感器网络的繁荣或WBSN及其应用允许用户评估生命体征来自世界各地使用互联网。说技术是用来降低成本,也有许多其他的好处。然而,有一些安全问题,WBSN是容易的。本文在文献[9]分析了WBSN架构,以目前的安全问题特别是关于认证的概述,而其他影响因素从WBSN所需的通信,如计算和存储成本,一直被忽视。BSN的安全而言,这篇文章报道说,至少三人的机密性、完整性和可用性必须满足(10]。很明显,物联网组件运行在一个非常广泛,因此安全问题放大,并表示三是最低限度。开源无线通道在WBAN用于收集的数据通信;这使得数据容易受到恶意攻击。保密性和真实性要求保护WBAN从这些攻击。本文在文献[11)提出了一种匿名技术确保病人和医生的合法性不让他们侵犯他们的隐私。许多其他机制已经存在;在WBAN然而,有许多问题是一个资源受限的环境,和他们的使用导致的开销问题。拟议的技术评估,发现有用的特别保密和authenticity-related问题,同时它能够减少计算复杂度。然而,成本的存储、能源、加工仍然可以减少。其他类似的技术,确保认证,提出了参考文献。(12,13]。然而,可以进一步降低的成本开销。Chunka和巴纳吉14)提出了一项计划,以确保安全保密、身份验证和完整性来提高效率。然而,通信和计算成本会进一步降低。赛义德Ullah et al。15提出了一个健壮的和轻量级WBAN方案。然而,实现安全性和性能之间的平衡可以进一步得到改善。增加WBAN系统的可靠性,主要协议/管理需要提名。为此,本文在参考。16)提出了一个医疗监控协议。该方案已经正式下禁令的逻辑分析。然而,作者没有讨论完整性和机密性。在裁判。17),一个ECG-based身份验证方案的目的提供安全敏感的身份,和健康信息已经提交。然而,这篇文章的范围仅限于身份验证,而其他机密性和完整性等关键因素被忽视了。作者在文献[18)提供一个框架,有力保护隐私利用同态加密。然而,通过该框架可以提高吞吐量。在裁判。19),一个系统的方法之后报告说,当前问题WBSN包括通过传感器收集的数据是管理不善,以及缺乏策略。为此,研究表明使用同态加密。另一个缺口,在这项研究指出,信任管理和报告需要妥善保存这些敏感数据。另一项研究[20.)执行一个洞察身体无线区域网络的调查以礼物的概述其拓扑结构,设计和体系结构。其次,当前和未来的研究视角涉及隐私和安全也被讨论。Ref。21)旨在提供架构WBAN基于一个增强的RSA或ERSA加密、身份验证;然而,没有强调完整性的研究。在裁判。22),提出了一个新的密码系统,涵盖了几个表示问题的一个极其有效的方式。提出框架是基于轻量级加密的概念,和一个安全的signcryption方案,这是作为一个加密部署模式。部署算法声称是使用更少的资源,因为它使用钥匙断码。在裁判。23),作者回顾两个匿名的身份验证方案WBAN环境。然而,提出方案的性能可以提高到一个更好的权衡。在裁判。24),小波transform-based频率时间域方法提出了相关信号分离和压缩不丢失任何信息。提出了框架增加效率;然而,实现性能可以进一步提高。作者在文献[25]目前异构BSNs框架,它使用Certificateless密码学解决密钥托管的环境,和其他证书管理相关的问题。然而,进一步可以提高效率的成本。在裁判。26],Certificateless签名方案WBAN保持相同大小的签名。然而,可以实现更好的性能和安全之间的平衡。在裁判。27),一个轻量级的安全认证,密钥管理协议。建议的机制一直是评估不同的安全威胁和攻击。然而,实现开销可以进一步降低。Ref。28)设计增加了安全协议的健壮性和WBAN保护病人的隐私数据从敌人的攻击。然而,降低成本,实现仍然可以减少。在这项研究中(17),作者设计了一种新型、高效的ECG-based保护隐私WBSN系统基于运算哈尔变换,一个不可逆转的转换算法(MHT)。除了使用这个方案,病人数据免受敌人的攻击。在这个方案29日),作者应用轻量级密码系统,以保证数据安全和隐私以最小的成本。此外,小波变换频率时间域方法适用于分离相关的信号。此外,无损压缩算法有效地应用于压缩这些信号,然后使用SPECG加密算法来提高数据在传输过程中在公共网络的安全。在这个方案9),作者提出了物联网的概述,包括其体系结构,以及相关的隐私和安全方面的考虑IoT-based医疗应用程序。

2.2。相关工作在SDWSN和SD-WBAN

在裁判。30.),作者提出一个新颖的结构传感器网络基于SDN技术。在基础上,不同的协议被设计用于不同的目的,如负载均衡路由协议,网络拓扑发生变化时,节点能量,等。很难建立一个协议,它集成了这些属性。SDN是这种情况的最佳解决方案。然而,一些问题需要解决,如错过了能源限制为中心,主人,和正常的节点,节点以及分区等。在裁判。31日),作者提供了一个审查SDWSN文学。作者讨论SDWSN所面临的问题和提供解决方案和设计要求,需要解决这些问题。在这个调查中,作者发现了问题在TCP作为下属的通信协议和开销发生在裁判。32基于OpenFlow]。在裁判。33],作者评论IT-SDN的主要特点和当前性能演化的传感节点周期性地传输数据。几个实验是基于节点的数量进行检查流表的最大容量。等不同指标数据延迟、数据交付,能源消耗和控制开销评估通过比较IT-SDN的性能与IETF RPL路由协议。在裁判。34),作者提出了WS3N,安全通信的基础上基于SDN技术处理节点以及对称密钥分配的承认。安全算法和协议结合SDN协议。改进的目的,数据包报头被设计为了适应内部IEEE 802.15.4帧大小和提供服务与6 lowpan网络兼容。在裁判。35),作者提出SDN架构WSN为了研究可行性和实用程序,如简单路由的管理政策,被设置在流表中。在裁判。36),提出了一个高效的数据传输系统,通过使用Kerberos协议的验证软件定义为虚拟医院WBAN医疗数据的系统。在裁判。37),作者提出一个广义软件定义基于云架构。本文提供了独特的功能、可靠性和数据挖掘技术的知识,并避免云架构的复杂性,及其与在SDN WBAN集成。

我们分析了最近的安全和隐私策略WBANs在上面提到的作品。文献综述的基础上,我们确定,轻量级和安全healthcare-enabled软件定义WBANs所需医疗数据的安全和隐私。此外,文献提供了不同的策略来增加BSNs的安全和隐私。然而,大多数方法依赖于双线性配对过程确保patient-sensitive的传播数据从传感器到女士,使用大量的资源。因此,这些技术建立安全模型中不安全的和昂贵的处理成本和传输开销。除此之外,一个巨大的问题是保护关键的接触,它允许攻击者容易获得关键的患者信息用于非法目的。

3所示。预赛

3.1。超椭圆曲线密码学(HECC)

HECC是一个公开的加密方法,类似于椭圆曲线密码(ECC),它是它的一个扩展。相比其他的加密技术,如ECC、RSA、和数字签名算法(DSA), HECC提供相同级别的安全性。由于其温和的关键尺寸,HECC是理想的资源受限的情况下。HECC分为属的物种:2,3,4,5,6,属2是最安全的。HECC的安全正受到超椭圆曲线离散对数问题,它禁止攻击者破坏键即使P和Q是公开的。

符号: 。

HECC的方程如下:

除了是一个多项式的学位 ,和首一多项式的学位 和 。

3.2。属的超椭圆曲线密码学

HECC利用关键尺寸更小的尺寸和其它密码体制相比,如RSA和ECC结束为了使更好的安全性在资源受限的环境中,例如,WBAN。大量的( )真正的用户已经使用下面为不同的安全场景利用各种键组成不同的键'字段(内尺寸 )的多项式曲线决定了g的价值 。属 属 属 属 属

3.3。HECC的雅可比矩阵

一条曲线的雅可比矩阵定义在有限域 ,这是表示为 ,和雅可比矩阵的每个元素指定一个除数 。

D是降低除数, 。的不能是零,因为它是一个有限的数量。雅可比矩阵的每个元素代表了一个独特的减少除数。

减少除数形式:

只存在相反的点在上面的方程等

相反的点 。

提高密码的安全性(DLP),利用离散对数问题,很难打破计划/安全。在HECC,一个有效的程序是计算”“整整笨重” 。”

标量乘法因子是一组操作,包括加法和除数的两倍。这个操作调整因子HECC的雅可比矩阵的椭圆曲线(ECC)点乘法。图1展品HECC的概略的表示。

3.4。HEC的关键代

作为输入HECC使用曲线c,大素数P和D,对密钥生成因子和几个键生成,私钥和公钥 。(我)选择私钥随机从(1、2、3、…n−1)(2)私钥的选择后,使用生成一个公钥=·D(3)密钥:

3.5。无线电模型

在BSN,我们利用一阶的广播模型估计的能源消耗。模型的基本参数是能源传输,包长度和距离。这个方程是用来传输数据。 生物传感器的电力消耗的比例是沟通。这包长度和距离成正比。长途需要更多的能量比短的距离。

方程(6)是用来测量能源消耗在病人信息传输和接收。此外,显示病人数据接收所需的总能量。在这个方程,是包长度和是能源消耗每点如下:

我们的方案利用自由空间模型的概念 = 10 PJ /位/ m²因为两个点之间的距离 。此外,的力量在这个模型中使用的放大器是一个考虑。

4所示。提出软件定义无线电的身体区域网络架构E-Health保健系统

WBANs已经集成到SDN框架,使一个有效的和安全的医疗保健系统。WBANs是戴在病人身体来捕获数据定量实时病人心率等生理指标,温度,和血压,除此之外,让健康治疗超越地理界限。WBANs允许大量的医学数据转移到通过BS女士作为网关设备。BSs原始数据存储和传输的可穿戴的身体区域网络设备与女士SDN-based协议对知识发现。女士可以用来检查收集的大量数据创建和身体区域网络为了揭示决策的重要知识。以下组件参与该软件定义无线区域网络体系结构,如图2。

4.1。SDN节点

WBANs,生物传感器的节点部署在病人的身体感觉的细节不同的生命体征如血压、脉搏、心跳,肌电图,和温度。在收集的信息,通过网络连接器发送到基站,充当网关和使用IEEE 802.15.6标准。

4.2。SDN控制器

SDN控制器提供了逻辑上集中控制,整个网络的抽象视图。在我们的方案中,所有患者的敏感信息传播对SDN控制器以加密形式,从b和女士,存储和管理整个病人病史的全局视图。

4.3。基站

它是一个功能强大的设备,提供了一个接口之间的病人和医疗服务器。b从生物传感器节点收集数据和安全传输数据到医疗服务器进行进一步的分析和诊断。在此期间,病人的实时数据也传播从b到SDN控制器来管理病人的全局视图记录。

4.4。医学上的服务器

医学上的所有实体注册服务器的病人,医生、研究人员和政府机构。所有病人信息所感觉到的传感器可以达到医疗服务器通过基站以编码的形式。这些数据上执行不同的操作,如分析、建模、和医疗决策,根据他们的需求在未来的参考。

4.5。数据库

医疗服务器连接到数据库的存储病人信息,医生、研究人员和政府机构。病人历史包括病人id、姓名、年龄、性别、重大疾病和日期。医生的历史包括医生id、名称、专业化、名称、部门、病房和值班时间。

4.6。外部用户

外部用户由医生、患者、研究人员、政府机构、保险公司和家庭成员。所有的用户都是连接到服务器访问病人的医疗记录使用它们的属性中定义的访问医疗服务器的政策。

4.7。备份服务器

在该方案中,所有的患者信息也存储在备份服务器。在失败的情况下,病人可以恢复备份服务器的信息。通过这种方式,我们保护病人的敏感信息免受任何损失和损害。

4.8。访问控制

的细粒度访问控制系统的设计方案,通过它可以管理所有外部用户活动。外部用户必须验证;如果他们是有效的用户,他们是获得授权;否则,他们被禁止和WBSN网络分开。

4.9。防火墙

在提出方案之间病人医疗信息的安全传输女士和外部用户,还添加了一个防火墙的概念。防火墙创建一个女士之间的障碍和外部用户来管理所有传入的数据从外部用户女士和女士出局的病人数据到外部用户。根据预定义的安全策略建议的体系结构,防火墙允许或阻止特定用户访问病人医疗记录。

5。网络模型

提出的网络模型,不同的可伸缩的生物传感器节点部署在病人的身体承认内科病房。这些生物传感器节点有限的资源,即。、内存、处理能力和力量。这些生物传感器节点患者心理数据,处理数据,并使用IEEE 802.15.6标准与BS。b是一个功能强大的设备,收集病人生物传感器节点的数据并将其发送给额外的女士通过公共网络监测、诊断、分析和决策。存储所有病人的病史女士在逻辑上组织和安全的形式。医生可以从女士访问病人的记录使用他或她的智能手机使用互联网连接。在这些数据的基础上,医生可以做出决定,建议进一步治疗病人有关。WBANs控制系统安全,我们需要维护的数据安全和隐私。在WBAN网络模型提出,防火墙的概念是把女士和外部用户管理传入和传出的交通流量,避免病人的敏感医疗信息被误用。在这个模型中,一个基于硬件防火墙两边的女士提出了确保端到端通信。 All data packets entering or leaving the network pass through the firewall, and after examining the firewall, it decides whether to allow them or not. All patient traffic must pass through the firewall, which should be strong enough to prevent illegal users from accessing patient data. The proposed generalized firewall-based network model is demonstrated in Figure3。

5.1。防火墙的优点

5.1.1。用户身份验证

在使用防火墙方案,我们可以验证用户是否有效。

5.1.2中。审计和日志记录

我们可以在一个系统,审计执行所有活动和病人信息可以保存和分析在稍后的日期。

5.1.3。抗欺骗

提出的方案,我们可以检测传输数据的来源是否被欺骗。

5.1.4。网络地址转换(NAT)

安全的数据传输,我们隐藏的原始地址入侵者。

是5.1.5。虚拟私人网络

使用防火墙规则,我们可以建立VPN会话数据的安全传输。

在提出的方案中,访问控制可以保持使用防火墙,使用两个安全方法,即。(一)没有明确允许的一切都否认和(b)没有明确否认了一切都是允许的。前者是一个更受欢迎的安全设计的逻辑方法。第一个安全访问控制的防火墙网络模型图4并描述了以下步骤:(1)生物传感器节点感知病人心理数据,处理数据,并使用IEEE 802.15.6标准与BS。(2)b是一个功能强大的设备,收集病人生物传感器节点的数据并将其发送给女士通过公共网络。除此之外,病人感觉生命体征在传输之前会使用防火墙过滤对保护WBANs女士从各种病毒的攻击。(3)提出了一种基于硬件的防火墙两边的女士安全的端到端通信。所有进入网络通过防火墙的数据包,检查防火墙之后,它决定是否允许他们。在防火墙中,定义了规则和政策,检查数据包匹配规则进行身份验证。如果数据包匹配定义的规则和策略,他们将被允许。(4)从防火墙授予许可后,验证病人心理数据/生命体征如动脉血氧饱和度、心电图、脑电图、肌电图,血压,呼吸速率,体温和脉搏都存储在安全女士和持续进行进一步的诊断和治疗。(5)如果规则和政策不匹配,那么这些数据包被丢弃,从WBANs用户列入黑名单和孤立。

第二个安全访问控制的防火墙网络模型图5并描述了以下步骤:(1)外部用户,如护士、医生、研究人员、政府机构、保险公司和家庭成员,发送请求到防火墙,以防他们想和女士交流,获取患者信息进行进一步的分析和决策。(2)防火墙的规则和策略定义,如中定义的属性访问策略的女士。(3)如果规则和策略相匹配,那么用户被允许访问病人的记录存储在女士。(4)如果规则和政策不匹配的用户,这些用户的请求被屏蔽和隔离的网络保护的敌人的攻击。(5)之外,我们设计一个清晰的流程图基于防火墙的网络通信的用户方便,如图所示6。

6。斯诺提出Signcryption使用超椭圆曲线密码体制(HECC)

斯诺提出signcryption使用HECC WBAN包含以下四个阶段:键生成阶段,斯诺signcryption阶段,斯诺unsigncryption阶段,和秘密会话密钥更新阶段。给出了该方法中使用的符号表1。

6.1。密钥生成阶段

在本节中,我们计算了公钥和私钥,分别为生物传感器节点和女士的安全传输病人生理数据从源到目的节点的延迟,一致,可靠的方法来维护成本和安全之间的权衡。此外,计算公钥发送请求到集中的证书颁发机构(CA)得到一个公钥证书验证/认证当病人数据传输使用公共无线网络。算法1生成密钥用于生物传感器节点部署以及MS。

6.2。斯诺Signcryption阶段

公钥加密技术和数字签名方案构成斯诺signcryption算法。在这个阶段,我们安全地传播病人的敏感数据使用一个秘密会话密钥来保护他们免受敌人的攻击。此外,对于重大消息与不同组参与者,发起人(管理中心)生成多播会话密钥的秘密。为了确保可靠多播集群参与者具有独特的id 可能沟通,计算会话密钥将被更新后每一轮提高病人数据安全以及确保向前和向后的隐私。算法2用于确保病人生物传感器节点之间信息传播,BS,女士。

6.3。斯诺Unsigncryption阶段

在本节中,MS unsigncrypts从收到元组病人signcrypted医疗信息 (3)使用以下算法。因此,它计算单向消息摘要,如: ,然后将K适当的长度unsigncrypt病人signcrypted医疗信息如:解密算法 。现在,它计算 并接受是有效的只有 然后计算( ,否则拒绝signcrypted消息。此外,如果防火墙规则和政策相匹配,那么这些用户被允许访问病人的记录存储在女士否则,这些外部用户的请求被阻塞和孤立的网络保护的敌人的攻击。

6.4。秘密会话密钥更新阶段

的价值x和现时标志将被更新为每个signcryption过程由于我们可以实现向后和向前保密的安全属性。如果攻击者窃取的秘密值x,他们既不能计算以前的会话的患者信息,还是即将到来的会话信息。算法4用于会话密钥更新。

7所示。性能分析

在本节中,我们评估建议的体系结构的性能分析计算成本而言,通信开销,能源消耗,和存储成本,然后将它与最先进的方案。此外,我们应用模糊评价基于距离解决方案(eda)分析效率和平均排名在建议的体系结构和其他州的艺术计划。

7.1。计算成本

建议的方法的计算成本已经确定在本节中,根据实验中执行裁判。39]在MICA2传感器低功耗ATmega128-bit单片机运行在7.3728 MHz, 256 KB非易失性内存(ROM)和8 KB挥发内存(RAM)。一个主要过程,ECPM,与160位(需要0.81秒40),同时与1024位M-EXP 22秒(9]。会话密钥加密和解密的执行时间(41是4.543859秒。根据参考文献的结果。(41- - - - - -44),该方法的计算成本比现有最先进的方案(41- - - - - -44]。第三代MICA2需要2.66秒配对计算,根据技术(42]。因为会话密钥用于加密和解密,而我们的策略是更适合WBANs的资源受限的环境,本研究的处理时间是低比其他先前的方法(41- - - - - -44]。这个计划包含三个模块化的乘法,六个散列,两个加密,和两个解密操作。此外,它包含一个模块化的乘法操作在生物传感器方面和其他两个女士。图7显示了该方案的计算成本比较与其他先进的计划(41- - - - - -44]。此外,图7表明,提出方案的计算成本并不比其他方案。

7.2。通信开销

在该方案中,只有关键数据被转发而不是正常的数据。这种方式,我们的方案降低了沟通成本与其他先进的方案相比,如图8。此外,数据传输的成本是高的在无线通信与数据处理。

7.3。能源消耗

根据通常的病房的大小,该方案的沟通距离小于100米。我们利用自由空间模型,因为距离 大,因此我们使用: 是自由空间模型放大器的能源因素。提供的技术优于现有方案的能量压缩(41- - - - - -44]。一个ECPM操作消耗19.1 mJ的能量,而一个配对计算消耗62.73 mJ。下一个图,图9,比较方案的能源消费的替代系统(41- - - - - -44]。

在图9提出了一个图表,显示我们的计划消耗更少的能量和WBSN适用于资源受限的环境。

7.4。存储成本

在这篇文章中,一本小说、高效和安全卫生care-enabled软件定义WBANs架构提出了使用斯诺signcryption HECC的患者信息的安全传输生物传感器节点b,并进一步对诊断和治疗的女士。由于HECC的短关键尺寸、存储成本有明显减少,相比于其他先进的方案。此外,表2显示了关键尺寸NIST推荐的各种密码,和图10可视化的存储成本有关的节点数量比较。

8。基于距离的模糊评价平均(eda)方法的解决方案

Ghorabaee et al。43]目前eda方法,排名提供基于平均计划解决方案。平均计算得到的答案是积极的平均距离和负距离的平均水平。最高的计划值名方案(44]。fuzzy-EDAS方法替代基于订单的减少值defuzzified评价分数(45]。表3显示所选的标准等级方案的基础上,评估分数。所涉及的步骤fuzzy-EDAS技术将在以下讨论。

我们列出以下步骤解决决策问题,采用fuzzy-EDAS方法。s - 1。

该方案的权重计算表和先前的相关方案3为每个选定的矩阵利用方程步骤后,2:

和的值表使用的方程3利用平均产生模糊决策矩阵有关的所有矩阵,如表所示4。 而

s 3:理想的解决方案应该在距离最大的可能的解决方案,应该在距离最小负电位的解决方案。以下方程给出计算矩阵的模糊正距离平均(PDA)和模糊负距离的平均(NDA)在这一步fuzzy-EDAS方法存在的表5和6。

如果政府是有利的,那么

和更少的优惠,就越大

如果标准是更有利的 和不可取,那么上面给出的方程

在这一步中,矩阵的模糊加权消极和模糊加权产生积极的距离如表暴露7和8。执行这一点,下面的方程得到应用。

S-5:通过使用下面的方程,计算模糊评价的得分几个备选方案。之后,在这一步中,替代方案排序是基于减少defuzzified评估的分数值。如表所示9,最好的方案中选择方案代表了最高的替代方案评估分数的价值。 在哪里 。

上述方法应用于本节解决案例研究各种有效的方案选择,如杨和王(17),r . Nidhya et al。21),Ullah et al。38道,Wan et al。12]。方程(1)和(2)被用于生成客观权重收集的所有决策矩阵的三个决策者。最后,总重量测定平均每个标准的客观权重。表3显示个人客观权重以及聚合客观权重。再往下,平均开发决策矩阵,结果显示在表中4。当时产生的平均解确定使用方程(3)- (8),如表所示5,这也包含了脆值。积极的平均距离(PDA)和消极的平均距离(NDA)值计算使用方程(9)和(10),如表所示7和8。在倒数第二阶段,方程(9)和(10)是用来计算模糊评价得分有很多其他的选择。最后,基于defuzzified评价得分,方程(10)是利用秩选择。表9描述了所有这些数字,和表10描绘了比较安全分析。我们的设计方案被发现是最好的替代解决方案的电子投票系统。

9。结论

一个创新和高效SD-WBANs架构提出了在本研究中应对挑战的安全性和成本消耗,使医疗系统维护安全与成本之间的权衡有效的疾病诊断。此外,一个轻量级斯诺signcryption使用HECC提出了保护敏感的医疗数据通过公共网络传输。现有最先进的方案相比,这个密码系统提高效率方面的安全、计算、通信、能源使用和存储成本。

因此,SDN一直与WBANs集成的概念,有效地管理数据资源受限环境中的交通流WBANs通过使用数据计划和控制计划分别在一个理想的方式。外部用户可以安全地从女士获得病人的实时医疗信息相互认证后,通过使用硬件防火墙,我们可以有效地监控传入和传出的数据流量在一个可靠和安全的方式。此外,该方案的成功演示了使用一个著名的指标方法称为eda。性能的分析表明,该方案优于相比与其他先进的方案的计算成本、通信开销、存储成本和能源消耗。

在未来,我们可以开发一个智能通信协议WBANs提高服务质量(QoS)采用各种排队算法,如优先级队列和加权公平队列。同样,研究人员可以结合量子密码和属性的雾——/ edge-assisted signcryption 5 g通信技术提高安全性和隐私以最小的成本。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突与这篇文章的出版。

确认

这项研究受到了研究者支持项目数量(RSP-2021/244),沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯。