Wireless body area networks (WBANs) are becoming increasingly popular as they allow individuals to continuously monitor their vitals and physiological parameters remotely from the hospital. With the spread of the SARS-CoV-2 pandemic, the availability of portable pulse-oximeters and wearable heart rate detectors has boomed in the market. At the same time, in 2020 we assisted to an unprecedented increase of healthcare breaches, revealing the extreme vulnerability of the current generation of WBANs. Therefore, the development of new security protocols to ensure data protection, authentication, integrity and privacy within WBANs are highly needed. Here, we targeted a WBAN collecting ECG signals from different sensor nodes on the individual's body, we extracted the inter-pulse interval (i.e., R-R interval) sequence from each of them, and we developed a new information theoretic key agreement protocol that exploits the inherent randomness of ECG to ensure authentication between sensor pairs within the WBAN. After proper pre-processing, we provide an analytical solution that ensures robust authentication; we provide a unique information reconciliation matrix, which gives good performance for all ECG sensor pairs; and we can show that a relationship between information reconciliation and privacy amplification matrices can be found. Finally, we show the trade-off between the level of security, in terms of key generation rate, and the complexity of the error correction scheme implemented in the system.


翻译:无线机体区域网络(WBANs)越来越受欢迎,因为这些网络使个人能够从医院远程持续监测其生命和生理参数。随着SARS-COV-2大流行的蔓延,便携式脉冲氧器和可磨损心率检测器的可用性在市场上迅速发展。与此同时,我们于2020年协助出现了前所未有的违反保健行为增加,暴露了目前一代WBANs的极端脆弱性。因此,制定新的安全协议,以确保在WBANs内部的数据保护、认证、完整性和隐私是十分必要的。在这里,我们针对WBAN组织从个人身体的不同传感器节点收集ECG信号,我们从其中各处提取了脉冲间间隔(即R-R间隔)的序列。我们开发了一个新的信息理论关键协议协议协议,利用ECG的内在随机性协议,以确保在WBANs内部对传感器进行认证。在进行适当的预处理后,我们提供了一个分析性解决方案,确保可靠的认证;我们提供了一个独特的信息调和矩阵,为ECG传感器所有传感器的传感器组合提供良好的性能良好表现(即,我们最终的保密性组合和生成的系统之间的安全比率)关系,我们能够显示在安全性安排中找到一个关键关系。

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