생리 신호 기반 보안

Physiological Signal Based Security

BAN(Body Area Network)은 센서의 도움을 받아 물리적 환경과 지속적으로 상호 작용합니다.센서는 프로세스를 수집하고 환경에서 수집된 정보를 전달합니다.따라서 BAN은 본질적으로 사이버 물리 시스템입니다.BAN은 사람으로부터 건강 데이터(바이탈 신호, 온도, 압력)를 수집, 처리 및 전달함으로써 물리적 세계(인체)와 상호 작용합니다.이미 수집되고 있는 환경에서 이 정보를 사용하여 BAN에 보안을 제공할 수 있습니다.PVS(Physical Value Based Security)는 건강 모니터링 작업 중에 수집된 인체의 생명 신호를 사용하여 [1]BAN에 사용 가능한 보안을 제공합니다.

그림 1생리적 가치 기반 키 어그리먼트 프로토콜

PVS 속성

PVS가 성공하려면 개발된 스킴이 다음 속성을 가져야 합니다.

  1. 보안을 위해 PVS에 의해 제공되는 키는 길고 랜덤합니다(보안 프로토콜의 기본 요건).
  2. 언제든지 생리적인 신호를 알아두면 계획의 향후 실행에서 합의된 키를 알 수 있는 데 큰 이점이 없습니다. 즉, 시간 변동(공격자가 현재 기능 값을 추측하는 것을 방지하기 위해 필요함).
  3. PVS에 사용되는 생리적인 자극은 보편적이다(다른 위치에 있는 센서가 동일한 신호를 측정할 수 있도록 보장).
  4. 한 개인의 생리학적 가치를 아는 것은 다른 개인의 센서에 의해 합의된 키를 추측하는 데 큰 이점을 제공하지 못할 것이다. 즉, 구별성.

Photoplethysmogram(PPG) 신호를 이용한 PVS 구현

PKA(Plethymogram based Key Agreement Protocol)는 PPG 신호를 사용하여 PVS 인프라를 BAN에 제공합니다.BAN에서 통신하려는 두 센서 간의 안전한 키 계약을 제공합니다.

그림 2동일 본체의 2개의 PPG 센서에서 공통 기능을 추출하는 신호 처리

PKA는 그림 1에서 설명한 바와 같이 4개의 기본 단계로 구분되어 있습니다.

  1. 감지 - PPG 신호는 Smith Medical 펄스 산소계 보드를 사용하여 감지됩니다.기기의 샘플링 속도는 60Hz였다. 두 통신 센서가 12.8초의 PPG 신호를 감지했다.
  2. 기능 생성
    1. 주파수 영역 기능은 측정된 신호에 대해 256포인트 중첩 윈도우 FFT를 수행하여 생성되었습니다.신호는 5개의 Hamming 창으로 나누어져 50개의 겹침이 있었다.각 창의 FFT의 처음 32개 계수가 연결되어 주파수 영역 특징을 형성합니다.FFT 연산은 그림 2에 나와 있습니다.
    2. FFT 계수 곡선의 피크 검출, 피크(maxima)는 곡선의 기울기(양수에서 음수)의 급격한 변화를 감지하여 검출되었습니다.피크 지수와 피크 값 모두 기록되었다.
    3. 양자화, 피크 인덱스는 1 ~ 160의 값만 취할 수 있었기 때문에 8비트 이진수로 표시되었습니다.피크 값은 16개의 균일하지 않은 레벨로 재양자화되었다.처음 12개 수준은 지수 수준이고 다음 4개 수준은 선형 수준입니다.이렇게 하는 주된 이유는 FFT에서 (계수 값이 낮은) 고주파 성분의 변동을 추출하기 위해서였습니다.따라서 피크 값은 5비트 이진수로 양자화되었습니다.
  3. 기능의 안전한 전송:Fuzzy Vault Security 프리미티브는 전송 센서에서 수신 센서로 기능을 안전하게 전송하는 데 사용되었습니다.
  4. [ Common Features ]를 선택합니다.

레퍼런스

  1. ^ Cherukeri, Shriram; Venkatasubramanian, Krishna K.; Gupta, Sandeep K. S. (October 2003). Biosec: a biometric based approach for securing communication in wireless networks of biosensors implanted in the human body. Parallel Processing Workshops, 2003. Kaohsiung, Taiwan. doi:10.1109/MILCOM.2008.4753199.
  • Venkatasubramanian, Krishna K.; Banerjee, Ayan; Gupta, Sandeep K. S. (November 2008). Plethysmogram-based Secure Inter-Sensor Communication in Body Area Networks. IEEE Military Communications Conference (MILCOM'08). San Diego, CA. doi:10.1109/MILCOM.2008.4753199.
  • Venkatasubramanian, Krishna K.; Gupta, Sandeep K. S. (July 2010). "Physiological Value Based Efficient Usable Security Solutions for Body Sensor Networks". ACM Transactions on Sensor Network. 6 (4): 1–36. doi:10.1145/1777406.1777410.
  • Venkatasubramanian, Krishna K.; Banerjee, Ayan; Gupta, Sandeep K. S. (January 2010). "PSKA: Usable and Secure Key Agreement Scheme for Body Area Networks". IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine. 14 (1): 60–8. doi:10.1109/TITB.2009.2037617. PMID 20007032.