We propose Breath to Pair (B2P), a protocol for pairing and shared-key generation for wearable devices that leverages the wearer's respiration activity to ensure that the devices are part of the same body-area network. We assume that the devices exploit different types of sensors to extract and process the respiration signal. We illustrate B2P for the case of two devices that use respiratory inductance plethysmography (RIP) and accelerometer sensors, respectively. Allowing for different types of sensors in pairing allows us to include wearable devices that use a variety of different sensors. In practice, this form of sensor variety creates a number of challenges that limit the ability of the shared-key establishment algorithm to generate matching keys. The two main obstacles are the lack of synchronization across the devices and the need for correct noise-induced mismatches between the generated key bit-strings. B2P addresses the synchronization challenge by utilizing Change Point Detection (CPD) to detect abrupt changes in the respiration signal and consider their occurrences as synchronizing points. Any potential mismatches are handled by optimal quantization and encoding of the respiration signal in order to maximize the error correction rate and minimize the message overheads. Extensive evaluation on a dataset collected from 30 volunteers demonstrates that our protocol can generate a secure 256-bit key every 2.85 seconds (around one breathing cycle). Particular attention is given to secure B2P against device impersonation attacks.


翻译:我们建议Breath到Pair(B2P),这是一个用于配对和共享配制的对配制协议,用于使用磨损设备,利用磨损器的呼吸活动,确保设备是同一机体区域网络的一部分。我们假设这些装置利用不同类型的传感器提取和处理呼吸信号。我们为两个装置分别使用呼吸感应光谱和感光计传感器的情况演示B2P。允许不同类型的感应器配对,使我们能够包括使用各种感应器的可磨损设备。在实践中,这种感应器种类产生了一些挑战,限制了共用钥匙结构算法生成匹配密钥的能力。两个主要障碍是各装置之间缺乏同步性,以及需要纠正由噪音引起的对生成的关键位字符串的不匹配。B2P通过使用变点检测(CPD)来应对同步性挑战,以探测重新感应变信号的突变变化,并将信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号的同步化,从最优化的30度调空空空空空调到最精确的空空空空空空空调,可以显示我们的数据顺序。

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