[论文解读] Information Security in Health Care Centre Using Cryptography and Steganography

Abdulhammed Opeyemi Babatunde, A. J. Taiwo+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2018

Big Data Technologies and Applications被引用 5

一句话总结

本文提出了一种混合信息安全框架，通过结合3DES加密与基于LSB的隐写术，保护医疗中心的敏感医疗数据。该系统采用Java实现，在存储和传输过程中确保了机密性和完整性，仿真结果表明其在电子患者记录管理方面具有可靠性和安全性。

ABSTRACT

As the volume of medicinal information stored electronically increase, so do the need to enhance how it is secured. The inaccessibility to patient record at the ideal time can prompt death toll and also well degrade the level of health care services rendered by the medicinal professionals. Criminal assaults in social insurance have expanded by 125% since 2010 and are now the leading cause of medical data breaches. This study therefore presents the combination of 3DES and LSB to improve security measure applied on medical data. Java programming language was used to develop a simulation program for the experiment. The result shows medical data can be stored, shared, and managed in a reliable and secure manner using the combined model.

研究动机与目标

• 应对自2010年以来增长125%的医疗领域网络攻击威胁，该威胁现已成为医疗数据泄露的首要原因。
• 减轻因患者记录访问延迟或被拒绝而引发的不良健康后果或死亡风险。
• 开发一种强大且双层的安全机制，结合强加密与数据隐藏技术，防止医疗信息遭受未授权访问和泄露。
• 确保在临床环境中电子健康记录（EHR）的可靠、安全存储、共享与管理。

提出的方法

• 采用3DES（三重数据加密标准）作为主要加密算法，保护静态和传输中的医疗数据。
• 应用最低有效位（LSB）隐写术，将加密后的医疗数据嵌入数字载体对象（如图像）中，隐藏敏感信息的存在。
• 设计并实现一个Java仿真程序，模拟从加密、隐写嵌入到数据检索的端到端工作流程。
• 使用数字图像作为载体媒体，隐藏加密后的医疗记录，确保隐写载荷对未经授权用户不可检测。
• 通过仿真验证系统的安全性和完整性，分析隐藏数据的机密性与不可察觉性。
• 整合密码学与隐写术两层防护，实现纵深防御，即使其中一层被攻破，也能最大限度降低暴露风险。

实验结果

研究问题

• RQ1 3DES与基于LSB的隐写术结合是否能有效保护医疗环境中电子健康记录免遭未授权访问与数据泄露？
• RQ2 加密与隐写术的双层方法相较于单独使用任一技术，在提升数据机密性方面有何增强效果？
• RQ3 隐写嵌入过程在多大程度上保持了载体图像的视觉质量而不引起怀疑？
• RQ4 系统在隐写提取后能否可靠地恢复原始医疗数据，从而确保数据完整性？
• RQ5 该框架在多大程度上能有效防止攻击者检测到隐藏的医疗数据？

主要发现

• 混合3DES与基于LSB的隐写术模型在数据存储与传输过程中成功保护了医疗数据，确保了机密性与完整性。
• 仿真结果证实，使用LSB可将加密数据可靠地嵌入数字图像中，且图像质量未出现显著退化。
• 该系统在隐藏敏感数据存在性的同时，实现了电子患者记录的安全共享与管理，使潜在攻击者无法察觉。
• 双层防护方法显著降低了数据暴露风险，即使隐写载体被截获亦然。
• 基于Java的实现证明了该框架在真实医疗环境中的可行性与实用性。