CCSS: Collaborative Research: Developing A Physical-Channel Based Lightweight Authentication System for Wireless Body Area Networks

CCSS:协作研究:为无线体域网开发基于物理通道的轻量级身份验证系统

基本信息

  • 批准号:
    1660140
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.69万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-09-01 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-intrusive and ambulatory health monitoring of patients? vital signs over Wireless Body Area Networks (WBANs) provides an economical solution to rising costs in the healthcare system. However, due to the lack of security in the operation and communication of resource-constrained medical sensor nodes, the health and medical information provided by the WBANs may not be trusted. To address this issue, lightweight security solutions that are suitable for capability and resource limited body sensor devices must be provided to authenticate the data transmission. The goal of this research project is to develop a lightweight authentication system for resource-constrained WBANs. Findings from the proposed project will provide support for ensuring real-time delivery of accurate and secure medical information in WBANs. The proposed research will also advance the fields of WBANs and trustworthy biomedical computing for healthcare applications. The proposed theories, models, and simulation code can be used by engineers and researchers to design and evaluate security mechanisms for WBAN applications. In addition, an important education objective tightly coupled with the proposed research is to recruit and educate future generation of WBAN engineers. This will be accomplished through curriculum development, student mentoring, and community outreach in these fast changing technical fields of WBAN system engineering, security and mobile health (mHealth).The proposed research aims at realizing physical layer security approaches for WBANs and developing innovative key agreement and message authentication mechanisms. Unlike existing approaches (e.g., biometric-based approaches), the proposed authentication system does not require additional hardware, error reconciliation process and bit synchronization, and thus is suitable for resource-constrained and capacity-limited medical sensor nodes in WBANs. The proposed research tasks include (1) theoretical studies; (2) design of key agreement schemes; (3) development of message authentication system; and (4) system implementation and validation. The theoretical studies focus on the connections between the channel reciprocity, channel dependency and key generation. Based on the results of theoretical studies, practical key agreement schemes that use a set of dynamic wireless channel features among the communication partners will be developed. The project will then design a lightweight authentication system that is adaptive to wireless channels for securing medical data transmission in WBANs. Finally, the project will implement the proposed physical layer security approach in a real resource-constrained WBANs system and investigate the practical system performance limit through experiments. The findings from the project can provide guidelines for physical-channel based security system design and deployment of WBAN applications.
对患者进行非侵入式动态健康监测?无线体域网 (WBAN) 上的生命体征为医疗保健系统不断上升的成本提供了经济的解决方案。然而,由于资源有限的医疗传感器节点的操作和通信缺乏安全性,WBAN提供的健康和医疗信息可能不可信。为了解决这个问题,必须提供适合能力和资源有限的身体传感器设备的轻量级安全解决方案来验证数据传输。该研究项目的目标是为资源受限的 WBAN 开发轻量级身份验证系统。拟议项目的研究结果将为确保 WBAN 中准确、安全的医疗信息的实时交付提供支持。拟议的研究还将推动 WBAN 和医疗保健应用的可信生物医学计算领域的发展。工程师和研究人员可以使用所提出的理论、模型和仿真代码来设计和评估 WBAN 应用的安全机制。此外,与拟议研究紧密结合的一个重要教育目标是招募和教育下一代 WBAN 工程师。这将通过 WBAN 系统工程、安全和移动健康 (mHealth) 等快速变化的技术领域的课程开发、学生指导和社区外展来实现。拟议的研究旨在实现 WBAN 的物理层安全方法并开发创新的密钥协议和消息认证机制。与现有方法(例如基于生物识别的方法)不同,所提出的认证系统不需要额外的硬件、错误协调过程和位同步,因此适用于 WBAN 中资源受限和容量有限的医疗传感器节点。拟定的研究任务包括(1)理论研究; (2) 密钥协议方案设计; (3)消息认证系统的开发; (4)系统实施和验证。理论研究主要集中在信道互惠性、信道依赖性和密钥生成之间的联系。基于理论研究的结果,将开发在通信伙伴之间使用一组动态无线信道特征的实用密钥协商方案。然后,该项目将设计一个适合无线通道的轻量级身份验证系统,以确保 WBAN 中的医疗数据传输安全。最后,该项目将在真实的资源受限的 WBAN 系统中实施所提出的物理层安全方法,并通过实验研究实际的系统性能限制。该项目的研究结果可以为基于物理通道的安全系统设计和 WBAN 应用部署提供指导。

项目成果

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