[論文レビュー] A Survey on Security and Privacy Issues in Modern Healthcare Systems: Attacks and Defenses

Akm Iqridar Newaz, Amit Kumar Sikder+2 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2020

Wireless Body Area Networks参考文献 187被引用数 62

ひとこと要約

この調査は現代の医療システムにおけるセキュリティとプライバシーの脅威を分析し、攻撃を分類し、既存の防御策と今後の研究方向を検討する。

ABSTRACT

The recent advancements in computing systems and wireless communications have made healthcare systems more efficient than before. Modern healthcare devices can monitor and manage different health conditions of the patients automatically without any manual intervention from medical professionals. Additionally, the use of implantable medical devices (IMDs), body area networks (BANs), and Internet of Things (IoT) technologies in healthcare systems improve the overall patient monitoring and treatment process. However, these systems are complex in software and hardware, and optimizing between security, privacy, and treatment is crucial for healthcare systems as any security or privacy violation can lead to severe effects on patients' treatments and overall health conditions. Indeed, the healthcare domain is increasingly facing security challenges and threats due to numerous design flaws and the lack of proper security measures in healthcare devices and applications. In this paper, we explore various security and privacy threats to healthcare systems and discuss the consequences of these threats. We present a detailed survey of different potential attacks and discuss their impacts. Furthermore, we review the existing security measures proposed for healthcare systems and discuss their limitations. Finally, we conclude the paper with future research directions toward securing healthcare systems against common vulnerabilities.

研究の動機と目的

• 典型的な医療システムとその構成要素について詳細な概要を提供する。
• 医療環境におけるセキュリティとプライバシーの目標と敵対的モデルを特定する。
• 医療システムに対する攻撃の分類法を提示し、CVSS指標を用いてその影響を評価する。
• 既存の防御メカニズムを要約し、制限点と未解決の課題を強調する。
• 医療システムに共通する脆弱性を緩和するための将来の研究方向を提供する。

提案手法

• 典型的な医療システムアーキテクチャを5つの構成要素（医療機器、センサー、ネットワーキング、データ処理、医療提供者）とともに説明する。
• 認証、機密性、整合性、否認防止、可用性、および様々な匿名性特性を含むセキュリティとプライバシーの目標を定義する。
• 攻撃者の目標、能力、攻撃タイプ（受動・能動、ハードウェア/ソフトウェアの脅威、サイドチャネルなど）を分類する形式的な攻撃モデルを開発する。
• 医療機器とアプリケーションに対して報告された攻撃を調査・分類し、CVSS指標に基づく影響評価を行う。
• 医療システムのために提案された既存のセキュリティとプライバシーの防御策を検討し、それらの制限を議論する。
• 医療システムを安全にするための未解決の課題と将来の方向性を概説する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の医療システムの主な構成要素とアーキテクチャ、およびそれらのセキュリティ/プライバシーへの影響は何か。
• RQ2 主要なセキュリティとプライバシーの目標は何であり、医療環境でそれらをどのように達成できるか。
• RQ3 医療機器とネットワークに対して観測された攻撃は何で、CVSSによる影響はどれほど深刻か。
• RQ4 これらの攻撃に対する防御策は何が存在し、どのギャップが未対応で残っているか。
• RQ5 特定されたセキュリティとプライバシーのギャップを埋める将来の研究方向は何か。

主な発見

• 本論文は3層の医療システムアーキテクチャ（medical devices, personal devices, health servers/providers）を提示し、認証、機密性、整合性、否認防止、可用性、およびプライバシー要件について論じている。
• 形式的な攻撃モデルが提供され、攻撃者の目標（ハードウェア改変、利用不能、データの盗聴/改変、情報漏洩）と能力（物理的/遠隔アクセス、プロトコル知識、第三者デバイス）を詳述している。
• ハードウェア・トロージャン、マルウェア、ランサムウェア、旧式システム、偽造ファームウェア、弱い認証、権限昇格、サイドチャネルおよびスプーフィングの脅威を含む攻撃の分類法が提供され、CVSSベースの影響評価が含まれている。
• 調査は現在の防御策の限界を指摘し、プライバシー保護通信、暗号化されたデータベース、そして医療エコシステム全体にわたるより広範なエンドツーエンドのセキュリティ解決策の必要性を強調している。
• 将来の方向性は、包括的なエンドツーエンドのセキュリティ、標準化、継続的な認証、デバイス、ネットワーク、提供者を横断する強力なプライバシー保護メカニズムを強調している。