近日，美国普渡大学的工程师们通过一项技术让通信信号保持在人体内，进一步加强了联网的植入式医疗设备的安全性。

时下，物联网的发展为人们生活带来诸多便利，可随之而来的安全性问题与威胁也不断增多。举例来说，如果一辆行驶中的汽车被黑客控制，那么驾驶员将会失去控制权；如果智能门锁受到黑客入侵，那么小偷就可以轻松地破门而入；如果家中的网络摄像头遭受黑客攻击，那么家中的隐私就会暴露无余。

近年来，新一代的植入式医疗电子设备逐渐取代传统便携式医疗器械，成为全球医疗研发的热点。相比于传统便携式医疗电子设备，植入式医疗设备更方便、快捷、准确、便宜。这些植入式医疗设备包括心脏起搏器、胰岛素泵、神经刺激器等。它们具有数据采集、无线连接、远程监控、近场通信等功能，不仅可以监测各种人体健康指标，还可以治疗疾病和修复人体机能。

（图片来源：Islam Mosa/康涅狄格大学、Maher El-Kady/加州大学洛杉矶分校）

（图片来源：Rikky Muller，加州大学伯克利分校）

可是，如果植入式医疗设备遭受黑客攻击，那么病人的生命安全将面临直接威胁。例如，攻击者可通过远程安装恶意软件的方式控制心脏起搏器，使之对心脏产生致命打击，或者需要挽救病人生命时却拒绝工作。假如攻击者侵入的是糖尿病患者的胰岛素泵，那么他就可以远程控制药物剂量，使之变为致命的剂量。

然而，这种攻击的重要手段之一，就是拦截和分析医疗植入式设备与外界通信的无线电信号。

近日，美国普渡大学的工程师们通过一项技术让通信信号保持在人体内，进一步加强了联网的植入式医疗设备的安全性。这种私密的通信网络仅能被你自己和你的设备访问，而其他人例如黑客非常难以攻破。

人体可以很好地携带信号，普渡大学新开发的技术能让信号处于非常靠近人体的范围之内。（图片来源：Erin Easterling/普渡大学）

这项研究发表在《科学报告（Scientific Reports）》期刊上。论文作者包括普渡大学电子与计算机工程系助理教授Shreyas Sen，以及他的学生Debayan Das、Shovan Maity、Baibhab Chatterjee。

技术

为了更好地从技术角度来理解这项研究，我们首先来看一个新概念：“体域网（body area networks）”。体域网，是附着在人体身上的一种通信网络。它是以人体周围的可穿戴设备例如智能手表、智能手环、电子皮肤等，以及人体内部的植入式设备、可吞咽式设备等为对象的无线通信专用系统。体域网最新的国际标准是IEEE802.15.6标准。

体域网（图片来源:贝尔法斯特女王大学）

目前，无线体域网（WBAN）采用了传统的窄带通信技术例如蓝牙技术在人体及其周围传播信号。这些电磁波至少可以在人体周围10米半径范围内被检测到。然而，这些无线电信号有可能会被黑客通过技术窃听到，从而威胁设备安全。

普渡大学的科研团队采用的是一种称为“电准静态场人体通信（EQS-HBC）”的方法，通过采用低频率无载波（宽带）传输的方法，将信号限制在人体之内，使得邻近的窃听者很难截获关键的隐私数据，形成一种私密的通信信道，也就是人体。

如下图所示：两个人佩戴着发射器（起搏器）以及随身的集线器分别采用EQS-HBC（左）和WBAN（右）进行通信。对于体内的EQS-HBC方式来说，信号会通过位于由通信模块、处理模块、存储器和电源组成的发射器下方的铜电极带接口，耦合到人体表面。发射的信号流过人体皮肤下方的低电阻层，被接收器的电极获取到。从另一方面说，WBAN则采用天线将电磁波地传输至更远的距离，然而却有可能被附近的窃听者获取到。EQS-HBC方案的私密空间是人体附近0.15米的范围，而WBAN的私密空间范围是5米左右。

价值

未来，体域网面临的挑战不仅在于安全性，也在于更高的带宽以及更低的功耗。普渡大学开发的这种新技术，不仅使得通信信号处于人体之内，并只会在人体表面很近的区域产生泄露，也使得功耗低于传统蓝牙通信的百分之一。这是一种安全又节能的通信方式。

未来，它将为医生重新设计植入式医疗设备、可穿戴设备提供一种新思路。研究人员称，这是他们第一次从物理层面去理解人体通信的安全特性，它将有望带来私密的体域网，从而阻止黑客窥探重要信息。