[發明專利]基于心電信號QRS波群特征的無線體域網加密方法

在審

• 申請號: 201410330641.3
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104093144A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 林金朝;龐宇;吳建;莊曉蕾;李章勇;王偉;李國權;周前能;冉鵬
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04W12/04;H04W84/18
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

技術領域

本發明涉及一種網絡數據加密方法，更具體的說，是一種基于心電信號QRS波群特征的體域網加密方法。

背景技術

在我國，人體局域網(Body?Area?Network,以下簡稱BAN)是一種新的超短距離無線通信網絡，屬于信息工程和生物醫學工程學科的交叉領域。BAN是在人體體表或體內以無線方式連接多個傳感器節點形成通信距離不超過2米的局域網絡，可用于采集生命體征參數(如血壓、心率、體溫、血氧飽和度、心電等)。

BAN不僅可以將采集的生命體征參數傳遞到遠程醫療中心，而且可以利用這些參數實現移動臨床、遠程診斷、健康教育、健康咨詢與評估等多種服務，從而緩解了目前醫療資源匱乏、利用率低的突出矛盾，明顯提高了人民醫療健康服務水平。

由于BAN采集、傳輸和處理的數據均與人的健康相關且是極其私密的，亞利桑那州大學的實驗已經證明，僅僅是通過握手方式的簡單肢體接觸就可以竊取對方的生命體征參數信息，不僅會導致個人隱私的泄露、醫療事故的頻發，甚至會威脅人的生命安全。因此，信息安全性是BAN應用中主要考慮的因素之一，而該問題的核心則是數據加密與密鑰動態刷新方法的設計。

國內外科研機構在BAN安全保護方面開展了系列研究，主要有兩種方法。第一種解決辦法是部署BAN系統前使用預先分發的密鑰，但是由于BAN節點要求在極低功耗情況下工作，該方法的加解密算法需要大量運算，因而導致節點功耗急劇增加。第二種方法是依據BAN系統的獨特性采用生理體征信息作為安全手段，即由于BAN節點所采集的生理體征參數會隨著個體的不同而呈現不同特征值，即使對于同一個體，特征值也會隨時間出現緩慢變化，因此這類特征值就可以作為密鑰使用，但因為有些參數特征值比較近似且隨時間變化不明顯，可能導致加密強度不高，并且初始化時往往需要一段較長的生成密鑰時間，從而影響數據傳輸和處理的效率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于心電信號QRS波群特征的體域網加密方法，利用該方法對體域網中各個節點的數據進行加密，既滿足了體域網的數據處理效率，又能保證網絡中數據傳輸的安全性。

為了實現上述目的，本發明所采用的具體技術方案如下：

一種基于心電信號QRS波群特征的無線體域網加密方法，其關鍵在于按照以下步驟進行：

步驟1：獲取t秒心電信號QRS波群，得到心電信號特征值λ；

步驟2：將心電信號特征值λ量化形成N階線性反饋移位寄存器的初始值，作為加密密鑰，N為移位寄存器的位數；

步驟3：將步驟2所得的加密密鑰廣播至無線體域網中的每個節點，每個節點按照該加密密鑰并利用與步驟2中電路結構相同的N階線性反饋移位寄存器對原始數據進行加密；

步驟4：按照周期T返回步驟1循環進行。

該方法的密鑰信息融合了生理參數特征，降低了加密時間和復雜度，而且通過周期性更換密鑰，保證了網絡數據傳輸的安全。

作為進一步描述，所述心電信號特征值其中為t秒內心電信號第i個R波的幅度值，為t秒內心電信號第i個QS波時間寬度，n為t秒內心電信號R波的個數。

結合人體心電信號周期，所述周期T＝200-400秒。

再進一步描述，步驟2中，將心電信號特征值λ量化形成16階線性反饋移位寄存器的初始值，作為加密密鑰。

作為優選，16階線性反饋移位寄存器的多項表達式為：f(X)＝X¹⁶+X¹²+X⁵+1。

為了保證整個網絡的協調和穩定，在網絡中設置有協調器，網絡初始化時，由心電節點發送4秒的心電數據和一定長度的前導序列，協調器收到前導序列后提取4秒的心電數據并計算出加密密鑰，然后由協調器將該加密密鑰廣播至所有節點。

本發明的顯著效果是：

(1)本發明采用R波幅度和QS波間期并以均值方式計算特征值能最大程度的體現QRS波群特征隨個體不同而存在的差異，同時因為判斷生理體征情況本來也需要定位QRS波，因此在生成密鑰時，不需要額外開銷，只是一附加功能，有利于傳感器節點的低功耗實現。

(2)本發明提出的體域網數據加密方法，在滿足生理體征采集節點的極低功耗要求的同時，大大減少了節點的計算量。

(3)本發明提出的體域網數據加密方法，由于密鑰是隨時更換的，即使監聽方在某一時間段被破獲，也只能得到該時間段的信息，提高了加密強度。

附圖說明

圖1是本發明的方法步驟圖；