无线体域网中数据安全与隐私保护关键技术研究

Wireless body area networks have great application values in real-time human health monitoring and telemedicine care, which show important significance on the construction of health China. This project studies the key technologies of data security and privacy protection in the body area networks, including data security, authentication, and access control. Due to the characteristics of sensors in body sensor networks, such as low computing capacity, small storage space, short battery life, this project designs and develops a simple and efficient security protocol to enable secure communications in body area sensor networks based on a unique biological signal in human bodies. More specifically, according to the human biological characteristic signal, we first develop and design an efficient security authentication scheme based on the latest related algorithms in cryptology, thereby achieving communication authentication between sensors. Second, based on secret sharing and a fuzzy calculation method, by extracting the human biological characteristic signal, we design an efficient key generation and distribution management protocol to enable secret key sharing. Third, based on secret sharing technologies and human biological characteristic attributes, we create an access control tree to enable the effective data access control for external users. Finally, we present a security architecture for body area networks, thereby solving issues of security communications, data storage, and security access control. The implementation of this project will build a solid theoretical foundation for future research of body area networks.

无线体域网在实时监控人体健康和远程医疗护理上有巨大的应用价值，对建设健康中国有重要的研究意义。项目围绕体域网中数据安全与隐私保护的关键技术开展研究，内容包括数据安全、身份认证、访问控制等。由于体域网中传感器存在计算能力差、存储空间小、电池续航短等特点，项目以人体中特有的生物信号为出发点，设计开发简单高效的安全协议以实现安全通信：第一，基于最新密码学相关算法，根据人体的生物特征信号开发设计高效的安全认证方案，实现传感器之间的通信认证；第二，基于秘密共享和模糊计算方法，通过提取人体的生物特征信号设计一个高效的密钥生成、分发管理协议，以实现密钥共享；第三，基于秘密共享技术和人体生物特征属性，建立访问控制树实现外部用户对数据的有效访问控制；最后提出体域网的安全架构，并在该架构下，解决体域网中的安全通信、数据安全存储和访问控制等问题，为未来体域网相关研究建立坚实的理论基础。

本项目针对无线体域网中数据安全与隐私保护等问题，围绕移动大数据隐私保护、大数据存储的安全且可验证的访问控制方案、可恢复且可撤销的隐私保护边缘数据共享方案、可撤销的签名密码方案以及持续用户身份验证方案等方面进行了深入研究。主要包括：提出了基于移动大数据的高效隐私保护点积计算算法，通过探索点积计算的输入揭示了关于两个参与者的敏感信息，并能导致隐私的严重侵害；提出了社会参与感知中的相互隐私保护k均值聚类算法，在保护个体隐私信息和社区隐私信息的基础上，使得用户能快速获取自己在其社区中的位置；提出了基于循环移位可变参数的混沌哈希算法；提出了车辆传感网络的增强隐私保护认证方案。提出了VANET的高效V2I身份验证方案；提出了使用低成本效益内核岭回归的传感器连续身份验证；提出了云中大数据存储的安全且可验证的访问控制方案；提出了基于智能手机内置传感器的行人步行安全系统；提出了智能电网中的安全且可扩展的数据通信方案；提出了不具拍卖人的隐私保护组合拍卖算法。提出了基于深度卷积神经网络的不完全数据交通流时空关系预测方案，学习了在交通网络上具有时空关系的深度分层特征表示；提出了带有事件触发机制的差异化私人共识；提出了在智能手机上的连续身份验证中使用数据增强方法；提出了适用于多媒体通信安全的基于交叉耦合图格密码的并行哈希函数。提出了在智能手机上的连续身份验证中使用融合策略的方案；提出了一种可恢复且可撤销的隐私保护边缘数据共享方案，在单个或多个边缘服务器出现故障，用户的数据仍然可以基于秘密共享理论进行数据恢复，从而避免用户遭受损失；提出了云计算中具有外包未签名密码的高效且可撤销的签名密码方案；提出了具有双流卷积神经网络的持续用户身份验证方案；提出了图上大规模在线聚类的动态编程框架。经过四年的持续研究，基本掌握了无线体域网中数据安全与隐私保护关键技术，培养了硕士研究生7名、博士生2名，在国内外知名期刊上发表19篇期刊论文。