智能医疗诊断系统中隐私保护方法的研究

发布时间：2020-08-27 08:24

【摘要】：随着大数据等技术逐步被应用到医疗领域,越来越多的人倾向于在网上得到在线医疗服务。然而,用户最关心的问题是,如何保证自己的健康数据不会被滥用或窃取。除此之外,提供医疗服务的机构通常由多个互不信任的机构共同组成,因此,数据提供方的数据安全也是一个关键的问题。数据提供方将数据外包存储于云平台上,这已经成为一个不可逆的趋势。本文提出了一个保护隐私的单用户智能诊断系统,解决了在单用户和单个数据提供方的场景下,如何保护用户和数据提供方的数据安全的问题,该方案已发表在SCI期刊上。其次,在单用户系统的基础上进行扩展,加入多用户与多数据源,提出了一个保护隐私的多用户智能医疗诊断系统,可以有效解决在多用户和多数据提供方的场景之下,如何保护用户与多个数据提供方各自的数据安全的问题。首先,对于单用户智能医疗诊断系统,本文基于Paillier加密算法和不经意关键字搜索技术设计了三个阶段,分别对应三个安全算法,以保证用户和服务器交互的过程中数据不会被窃取。在提交阶段中,系统产生所需的秘钥,用户对自己的数据进行加密,并传输给服务器。在预处理阶段,服务器对数据库中的数据进行加密以及产生索引。在搜索阶段,服务器在数据库中对用户的请求进行检索,以得到检索结果,即诊断结果,发送给用户。然后,本文在单用户系统的基础上,引入多用户的场景,提出多用户智能医疗诊断系统。多用户系统同样包含了三个阶段,分别是启动阶段、预处理阶段和搜索阶段,主要基于Paillier加密算法和对称可搜索加密技术。在启动阶段,数据提供方为用户和云平台分别产生秘钥,并分别分发给它们。在预处理阶段,数据提供方对数据库建立索引,并将索引发送给云平台。在搜索阶段,云平台首先验证用户是否是一个合法用户,若是则为其检索诊断结果,并返回给用户。通过理论证明和实验验证,本文提出的单用户和多用户诊断系统都可以为用户提供有效、可靠和安全的医疗诊断服务。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP309
【图文】：

单用户,诊断系统,和服,实体

本课题所提出的保护隐私的单用户智能医疗诊断系统，解决在单个用户和单逡逑个服务器的场景下，如何给用户提供有效准确的诊断服务，并能同时保证用户与逡逑服务器的安全的问题，其总体架构如图３－１所示。逡逑□逦■邋－ｆ逡逑￣１逡逑用户邋Ｉ逦体检数据逦Ｉ服务器逡逑ｊ逦逡逑Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦体检数据的参数向量逦Ｉ逡逑逦１逡逑｜逡逑Ｉ逦诊断请求逦ｒ逡逑■逦逡逑｜逡逑■逦Ｉ逡逑｜逦诊断结果逦Ｉ逡逑逦—逦１逡逑｜逦Ｉ逡逑图３－１保护隐私的单用户智能医疗诊断系统整体架构逡逑在本系统中主要涉及两个实体之间的交互：用户和服务器。在图３－１中，用户逡逑通过可穿戴设备、家庭体检设备或者是其它方式，得到自己的私密身体数据，本逡逑文中统称其为体检数据。原始的体检数据对于用户的意义不大，需要被专业的人逡逑１３逡逑

参数向量,转换方法,过程,正常范围

常范围之内。若测量值处于正常范围内，参数向量ｖ？对应位置赋值为０；若小于逡逑正常范围的下限，参数向量Ｖ，，对应位置赋值为１；若测量值大于正常范围的上限，逡逑则参数向量１，？对应位置赋值为２。＼的产生过程如图３－２中所示。上述提及的比较逡逑过程由第二章中介绍的Ｓｔｏ函数和Ｍｎ函数完成，在比较过程中，５１对用户上传逡逑的数据的内容一无所知，但同时却保留对其的计算能力。逡逑用户逦服务器逡逑体检项目逦测量值逦体检项目逦正常范围逡逑锌逦Ｌ２４２逦锌逦１．１４３－１．９８９逡逑肺活量逦３５３４逦比较逦肺活量邋３３４８－３５２９逡逑维生素邋Ａ逦０．３８１邋Ｍ＿＿＿？维生素邋Ａ邋０．３４６－０．４０１逡逑维生素Ｃ逦４．０１８逦维生素Ｃ逦４．５４３邋－邋５．０２３逡逑Ｈ逡逑０２０１……逡逑图３－２参数向量的产生过程逡逑为了有效进行后续的搜索操作，本文在预处理阶段提出一个转换方法，预处逡逑理阶段由服务器方单独执行，无需用户的参与，主要是完成对数据库中数据的重逡逑构，并且对后续的搜索阶段做数据上的准备。首先，假设此时服务器己经在元数逡逑据库Ａ，．中取出一个二元组，该二元组包含一个疾病名称和与它对应的参数逡逑向量。遍历该参数向量的每一位，判断其是否等于１，如若是则创建一个关键字逡逑与疾病名的二元组

页面,用户端,服务器,诊断系统

逦共Ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑！逦逡逑图５－２保护隐私的多用户智能医疗诊断系统整体架构逡逑在用户端，单用户智能医疗诊断系统和多用户智能医疗诊断系统均通过实现逡逑一个可视化ｗｅｂ页面，来为用户提供诊断服务以及诊断借口。用户在该页面寻找逡逑对应的体检项目名，并填写测量的体检的项目值，然后点击诊断，即可向服务器逡逑发起诊断请求，随后服务器将返回一个诊断结果和相关疾病的症状等信息供用户逡逑参考，并在页面上显示。用户端发起诊断的页面如图５－３所示，用户在左侧填写其逡逑体检结果。逦逦逡逑图５－３发送诊断请求页面逡逑当服务器得到诊断结果，将在用户端显示一个诊断结果。单用户智能医疗诊逡逑４３逡逑

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