革命性安全協議：保護微型無線醫療植入物免受網路威脅

想像一下，一個設計用來控制癲癇發作的大腦植入物被駭客入侵，或是心律調節器接收到假訊號而打亂其節奏，甚至駭客滲透胰島素泵，導致致命的過量注射。這些情節聽起來像是科幻驚悚片中的場景，但隨著醫療技術朝著智慧、無線連線的植入物發展，這樣的網路健康威脅已成為現實的隱憂。

智慧生物電子植入物有望徹底改變醫療保健，讓醫生能夠遠端監控和調整治療。然而，隨著這些裝置變得越來越先進，它們也變得更加脆弱。就像智慧手機和銀行帳戶一樣，醫療植入物也可能成為網路犯罪分子的目標。一旦發生這種情況，後果可能是致命的。

在萊斯大學，電機與電腦工程師Kaiyuan Yang正致力於超前應對這些威脅，開發抗駭客的植入物，以保護患者免受醫療創新的黑暗面影響。「隨著生物醫學技術的進步，安全的重要性變得越來越關鍵，」萊斯大學工程師Kaiyuan Yang表示，他負責管理安全與智慧微系統（SIMS）實驗室。

「想像一個微小、無電池的醫療植入物——不比一粒米大——能夠在不進行重大手術或藥物治療的情況下治療疾病。這樣的植入物透過無線供電並透過可穿戴中心連線到網際網路，可以極大地改善患有慢性疾病（如癲癇或治療抵抗性抑鬱症）患者的自主性和生活質量，」萊斯大學電機與電腦工程副教授Yang說。

研究人員在基於磁電功率和資料傳輸的最先進毫米級植入物中展示了其安全方案的可行性。先進的無線植入技術可以使醫生遠端監控患者的健康狀況並調整治療，從而不再需要現場測試和治療。但Yang警告說，這種潛力伴隨著嚴重的風險：駭客可能攔截通訊、竊取密碼或傳送假命令，威脅患者安全。

在國際固態電路會議（ISSCC）——電機與電子工程師學會（IEEE）的旗艦會議——上，Yang和他的團隊展示了一種首創的無線、無電池、超小型植入物認證協議，確保這些裝置在仍然允許緊急訪問的情況下保持保護。

該協議被稱為磁電資料包傳輸層安全（ME-DTLS），它利用了無線功率傳輸的一個特性，這項技術允許醫療植入物在沒有電池的情況下外部供電。通常，當外部電源——或患者佩戴的外部中心——稍微偏離對齊時，植入物接收到的功率量會波動。

「橫向或側向移動會導致訊號不對齊，這通常被認為是這些系統中的缺陷，但我們透過向特定移動傳輸二進位制值並充分了解患者的情況，將其轉化為安全功能，」Yang說。例如，透過將短移動編碼為「1」，將長移動編碼為「0」，該協議使使用者只需以特定方式移動外部中心即可輸入安全訪問模式。這種基於模式的輸入就像第二個認證因素，就像在使用密碼後輸入PIN或繪製圖案解鎖手機一樣。

ME-DTLS雙因素認證的整體使用者體驗與今天登入銀行帳戶的過程非常相似。使用者輸入其登入憑據，等待帶有臨時密碼的SMS，然後輸入此密碼登入。這項創新解決了醫療網路安全中的兩個主要問題。首先，它透過需要一個無法遠端偽造的物理確認步驟來防止密碼被盜。其次，它確保緊急響應者可以在不需要預共享憑據的情況下訪問裝置。因此，如果患者失去意識或無法提供密碼，植入物會傳輸一個只能在近距離檢測到的臨時認證訊號。

「這確保只有附近的授權裝置才能訪問植入物，」Yang說。「在緊急情況下，植入物透過響應者或醫生繪製的圖案來驗證他們，並在沒有網際網路連線的情況下給予他們訪問許可權。」

透過利用無線功率傳輸系統的固有特性，Yang和他的團隊開發的解決方案避免了其他植入技術安全措施的缺點，例如新增笨重的感測器。研究人員與志願者測試了模式輸入方法，發現其正確識別模式的時間為98.72%，證明其解決方案既可靠又易於使用。該團隊還開發了一種快速、低功耗的方法，使植入物能夠安全有效地傳回資料。

「據我們所知，我們是第一個利用無線功率傳輸的自然缺陷向植入物傳送安全資訊並在微型植入物中啟用安全雙因素認證的團隊，」Yang說。「與其他醫療裝置相比，我們的設計在安全性、效率和可靠性之間提供了最佳平衡。」

對於患者來說，這可能意味著未來他們的醫療植入物在最關鍵時刻既安全又可訪問，提供了一種簡單、直觀的方式，確保只有正確的人——無論是醫生、護理人員還是緊急響應者——才能控制他們體內