Ασφάλεια δικτύων αισθητήρων για ιατρικά περιβάλλοντα

Abstract

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων αποτελούν μία από τις πλέον εξελισσόμενες τεχνολογίες της σημερινής εποχής. Η εξέλιξη τους έχει να κάνει ως προς τις δυνατότητές τους, το μέγεθός τους και τις διάφορες εφαρμογές στις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Τα δίκτυα αισθητήρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ολοένα και περισσότερους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας, όπως για παράδειγμα στην έρευνα, την παρακολούθηση του περιβάλλοντος, σε στρατιωτικούς εφαρμογές και σε ιατρικά περιβάλλοντα. Στην εργασία αυτή θα ασχοληθούμε με την τελευταία κατηγορία, τα δίκτυα αισθητήρων σε ιατρικά περιβάλλοντα.Μέχρι σήμερα, έχουν υλοποιηθεί διάφορες ιατρικές εφαρμογές που εκμεταλλεύονται τις δυνατότητες των δικτύων αισθητήρων με στόχο την ασύρματη παρακολούθηση της κατάστασης της υγείας ασθενών. Οι ασθενείς εξοπλίζονται με μικροσκοπικούς ασύρματους αισθητήρες που καταγράφουν τα ιατρικά δεδομένα, όπως τη συχνότητα των καρδιακών παλμών, το σφυγμό και τη θερμοκρασία σώματος. Με τη συνεργασία των αισθητήρων και των σύγχρονων τεχνολογιών δρομολόγησης, τα ιατρικά δεδομένα ενός ασθενή μπορούν να ανακτηθούν οποιαδήποτε στιγμή χρησιμοποιώντας μία εικονική αλυσίδα αισθητήρων, που επικοινωνούν, όπως τα δίκτυα Ad-hoc. Τέτοια συστήματα μπορούν να προσφέρουν πολύ χρήσιμες υπηρεσίες στο χώρο της υγείας. Δεν θα πρέπει όμως να ξεχνάμε ότι τα συστήματα αυτά διαχειρίζονται ιδιαίτερα ευαίσθητες πληροφορίες και για το λόγο αυτό θα πρέπει να λάβουμε όλα τα απαραίτητα μέτρα ασφάλειας. Αυτός ακριβώς είναι και ο στόχος της εργασίας αυτής. Στην εργασία αυτή μελετώνται τα δίκτυα αισθητήρων στο χώρο της υγείας, εντοπίζονται οι αδυναμίες και οι ευπάθειές τους και προτείνονται κάποια μέτρα που θωρακίζουν την ασφάλειά τους. Πιο αναλυτικά, στην εργασία αυτή αρχικά θα παρουσιάσουμε κάποιες γενικές πληροφορίες για τα δίκτυα αισθητήρων. Στο κεφάλαιο δύο θα περιγράψουμε τι εννοούμε με τον όρο αισθητήρας, από τι αποτελείται, πώς λειτουργεί και θα αναφέρουμε τους πιο γνωστούς αισθητήρες που κυκλοφορούν. Στο επόμενο κεφάλαιο θα παρουσιάσουμε ορισμένες ιατρικές εφαρμογές που χρησιμοποιούν δίκτυα αισθητήρων. Στο κεφάλαιο τέσσερα θα αναφέρουμε τις απαιτήσεις ασφάλειας που υπάρχουν για τα δίκτυα αισθητήρων σε ιατρικά περιβάλλοντα. Στα κεφάλαια πέντε και έξι θα παρουσιάσουμε τις αδυναμίες των δικτύων αισθητήρων καθώς και τις επιθέσεις που μπορεί γίνουν με στόχο να τους πλήξουν. Στη συνέχεια θα προτείνουμε διάφορα αντίμετρα που μπορούν οι δημιουργοί εφαρμογών με δίκτυα αισθητήρων να εφαρμόσουν ώστε να τις διασφαλίσουν όσο το δυνατόν περισσότερο. Θα παρουσιάσουμε τις αδυναμίες που παρουσιάζει η πλέον χαρακτηριστική εφαρμογή αισθητήρων σε ιατρικό περιβάλλον, το codeblue. Τέλος στο κεφάλαιο οκτώ θα παρουσιάσουμε τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την εργασία αυτή.

Advances in integrated circuits technology have enabled mass production of tiny, cost-effective, and energy-efficient wireless sensor devices with processing capabilities. These devices can be used for multiple purposes, such as research, environmental monitoring and military applications. They have also the potential to have enormous impact on many aspects of medical care. In this thesis we will deal with this; wireless sensor networks in medical environment.There are many medical applications taking advantage of the potentials of the wireless sensor networks. Sensor devices are used to capture continuous, real-time vital signs from a large number of patients, relaying the data to handheld computers carried by emergency medical technicians, physicians, and nurses. Wearable sensor nodes can store patient data such as identification, history, and treatments, supplementing the use of back-end storage systems and paper charts. So, wireless sensing and communication have the potential for broad applications in medicine. But we should not forget that medical care environments are vulnerable to malicious behaviour and hostile settings. We must focus our attempts not only to improve their performance, but also to do everything possible to secure these systems. This is exactly the purpose of this thesis. We will explore wireless sensor technology in medical systems, we will mention their weaknesses and vulnerabilities and we will make same suggestions for securing these systems.This Thesis is organized as follows: At first we will provide some general information about the wireless sensor networks. In chapter two we will present wireless sensor devices, describe their functionality and mention the most famous devices. In chapter three we will present some medical applications that make use of wireless sensor networks. In chapter four we will present the security requirements for sensor networks in medical environments. The next two chapters describe the weaknesses of sensor networks and the attacks that exploit theses vulnerabilities. In chapter seven we will propose some countermeasures that confront these attacks and secure medical applications using sensor networks. We will describe the possible attacks to the most representative application of sensor networks for medical care, the Codeblue. Finally we will present our conclusions of this thesis.