مولد سلاسل عشوائية بالاعتماد على إشارة تخطيط القلب

الملخص

شبكة الجسم اللاسلكية (Wireless Body Area Network WBAN) هي عبارة عن مجموعة من الحساسات اللاسلكية المتصلة مع بعضها البعض، تقوم بنقل البيانات الحيوية المقاسة من جسم الإنسان، تستخدم بدرجة أساسية في أنظمة العناية بالصحة. في تلك الأنظمة يمكن أن يكون للهجمات الأمنية على البيانات الحيوية المتبادلة آثار سلبية قد تصل إلى تهديد حياة المريض. لذلك فإن الحفاظ على سرية وسلامة المعلومات الصحية في WBAN هو مطلب أساسي جداً. يعتبر توليد سلاسل البتات العشوائية (Random bit sequences RBSs) جانباً أساسياً في تحقيق حماية شبكات WBAN. ولكن بسبب محدودية موارد تلك الشبكات، يتعذر استخدام مولدات الأرقام شبه العشوائية التقليدية فهي تستهلك الكثير من الطاقة وقدرة المعالجة. اقترح بعض الباحثين الاعتماد على القيم الحيوية في توليد السلاسل العشوائية وبالتحديد على قيم إشارة التخطيط الكهربائي للقلب (Electrocardiogram ECG) مما يقلل من استهلاك الموارد. ولكن طرقهم تعاني من معدل إنتاج (throughput) منخفض لا يتناسب مع تطبيقات الرعاية الصحية التي تعمل في الزمن الحقيقي. استطعنا في هذا البحث تطوير مولد سلاسل عشوائية جديد بالاعتماد على إشارة ECG، يتمتع بمعدل إنتاج أفضل بعشرات أو مئات المرات من الطرق السابقة. كما أن المولد المطور يوفر استهلاك الموارد نظراً لاعتماده على عمليات حسابية بسيطة جداً. لتقييم المولد المقترح، تم إنشاء سلاسل عشوائية طول كل منها 128 بت اعتباراً من مجموعتي بيانات ECG، المجموعة الأولى هي بيانات أشخاص أصحاء، أما المجموعة الثانية فهي بيانات لأشخاص يعانون من عدم انتظام في نبضات القلب (Arrhythmia). تم قياس مدى العشوائية (Randomness) والتميز (Distinctiveness) في RBSs الناتجة من خلال تطبيق الاختبارات الإحصائية للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) ومسافة هامينغ (Hamming Distance). وتم إثبات أن RBSs الناتجة صالحة للاستخدام في تطبيقات حماية المعلومات.