[論文レビュー] Energy Efficient Security Architecture for Wireless BioMedical Sensor Networks

Rajeswari Mukesh, A. Damodaram+1 more|ArXiv.org|Nov 3, 2009

Wireless Body Area Networks参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、バイオメトリクスベースの認証、準群暗号による暗号化、および数論に基づく圧縮技術を統合することで、エネルギー効率の良いセキュリティアーキテクチャを、無線バイオメトリックセンサーネットワーク（WBSNs）に提案する。このアプローチにより、バッテリー制限のあるバイオセンサーノードにおけるリソース消費を最小限に抑えながら、生理的データの安全な送信を実現する。

ABSTRACT

Latest developments in VLSI, wireless communications, and biomedical sensing devices allow very small, lightweight, low power, intelligent sensing devices called biosensors. A set of these devices can be integrated into a Wireless Biomedical Sensor Network (WBSN), a new breakthrough technology used in telemedicine for monitoring the physiological condition of an individual. The biosensor nodes in WBSN has got resource limitations in terms of battery lifetime, CPU processing capability, and memory capacity. Replacement or recharging of batteries on thousands of biosensor nodes is quiet difficult or too costly. So, a key challenge in wireless biomedical sensor networks is the reduction of energy and memory consumption. Considering, the sensitivity of information in WBSN, we must provide security and patient privacy, as it is an important issue in the design of such systems. Hence this paper proposes an energy efficient security protocol for WBSN where security is provided to the physiological data, which is being transmitted from the sensor node to the sink device. This is achieved by authenticating the data using patients biometric, encrypting the data using Quasi Group cryptography after compressing the image data using an energy efficient number theory based technique.

研究の動機と目的

• エネルギー制限のある無線バイオメトリックセンサーネットワーク（WBSNs）における生理的データのセキュリティ確保に向けた課題に対処すること。
• 限られたバッテリー寿命および処理能力に起因する、バイオセンサーノードにおけるエネルギーおよびメモリ消費の低減。
• 強力でありながら軽量なセキュリティメカニズムを通じて、遠隔医療アプリケーションにおける患者のプライバシーおよびデータ整合性を確保すること。
• バイオメトリクス認証を効率的な暗号化およびデータ圧縮と統合し、セキュリティとリソース効率のバランスを取ること。

提案手法

• 患者のバイオメトリクスを用いて認証を行い、データへのアクセスを承認済みユーザーに限定する。
• 暗号化の前に画像データサイズを削減するために、数論に基づく圧縮技術を適用し、エネルギー消費を最小限に抑える。
• 圧縮データの効率的暗号化のため、準群暗号を採用し、計算オーバーヘッドを低減する。
• バイオメトリクス認証、データ圧縮、暗号化の3要素を統合し、一貫性があり軽量なセキュリティプロトコルを構築する。
• バイオセンサーノードの厳密なメモリおよび処理制限に適合するようにプロトコルを設計する。
• データ機密性および整合性を維持しながら、エネルギー効率を最優先に、処理手順の最適化を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エネルギー消費を著しく増加させることなく、WBSNsにおけるセキュリティを効果的に提供する方法は何か？
• RQ2 リソース制限のあるバイオセンサーノードにおいて、生理的データを保護するために使用可能な軽量な暗号技術は何か？
• RQ3 数論に基づくデータ圧縮は、WBSNのデータ送信におけるエネルギー消費を低減できるか？
• RQ4 バイオメトリクス認証の統合は、低消費電力環境でも実行可能でありながら、セキュリティをどのように強化できるか？
• RQ5 圧縮、認証、暗号化の統合的影響が、全体のシステムエネルギー効率に与える影響は何か？

主な発見

• 提案されたアーキテクチャは、データ圧縮と準群暗号を用いた効率的暗号化の組み合わせにより、エネルギー消費を低減する。
• 数論に基づく圧縮技術は、画像データサイズを効果的に削減し、送信エネルギーを低減する。
• バイオメトリクス認証は、最小限の計算オーバーヘッドで強力なセキュリティを提供し、低消費電力ノードに適している。
• すべての要素の統合により、リアルタイムの遠隔医療アプリケーションに適した軽量で安全なプロトコルが実現される。
• プロトコルは、バイオセンサーノードのメモリおよび処理制限内で動作しながら、データ機密性および整合性を維持する。