المستخلص
أدى التوسع غير المسبوق في إنترنت الأشياء الطبية (IoMT) إلى تمكين مراقبة المرضى عن بُعد وبشكل مستمر، إلا أنه في الوقت ذاته أوجد تحديات حرجة تتعلق بالأمن والخصوصية نتيجة نقل وتخزين بيانات طبية عالية الحساسية عبر بيئات موزعة ومحدودة الموارد. غالبًا ما تكون الحلول التشفيرية التقليدية غير ملائمة لمثل هذه البيئات، حيث تفرض الخوارزميات غير المتماثلة عبئًا حسابيًا مرتفعًا، في حين تعاني الخوارزميات المتماثلة من قيود تتعلق بتوزيع المفاتيح وإدارتها. تعالج هذه الأطروحة هذه التحديات من خلال اقتراح نظام تشفير هجين خفيف الوزن ومبتكر، مُصمم خصيصًا لحماية بيانات الرعاية الصحية ذات الإنتاجية العالية ضمن أنظمة انترنت الأشياء الطبية.
يدمج النظام المقترح تشفير المنحنيات الإهليجية (ECC) لتنفيذ تبادل مفاتيح موثَّق بكفاءة، ودالة التجزئة (Ascon) المعتمدة من قبل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) لتأكيد المفاتيح بشكل خفيف، ودالة اشتقاق المفاتيح المعتمدة على (HKDF) لتوليد مفاتيح جلسات آمنة ومفصولة النطاق، إضافة إلى معيار التشفير المتقدم (AES) بنمط Galois/Counter Mode (AES-GCM) لتشفير البيانات الموثق. ولدعم مجموعات البيانات الطبية واسعة النطاق، يعتمد النظام على بنية تشفير متوازية على مستوى الصف لإطارات البيانات، مما يتيح سرية على مستوى الخلية مع ضمان زمن استجابة منخفض وإنتاجية عالية. كما تم اعتماد آلية آمنة ومتوافقة مع التنفيذ المتوازي لإدارة متجهات التهيئة، لضمان أمن (AES-GCM) في بيئات التنفيذ متعددة الخيوط.
تم تنفيذ النظام وتقييمه في كلٍ من بيئات البرمجيات والعتاد المضمَّن، بما في ذلك نشره على منصة (Raspberry Pi 4) للتشغيل في الوقت الفعلي. أُجريت تقييمات شاملة للأداء والأمن باستخدام تحليل الإنتروبيا، وقياس تأثير الانهيار (Avalanche Effect)، وتحليل الارتباط بين النص الصريح والنص المُشفّر، بالإضافة إلى التحقق الأمني باستخدام أداة التحقق الالي من بروتوكولات وتطبيقات أمان الانترنت.(AVISPA)
أظهرت النتائج التجريبية على منصة العتاد المضمَّن تحسنًا ملحوظًا في زمن الاستجابة وكفاءة استخدام الذاكرة، مما يؤكد ملاءمة النظام لتطبيقات (IoMT) الآنية. حيث انخفض الزمن الكلي إلى 3.66 ثانية، مع زمن تشفير وفك تشفير بلغ 2.59 و1.07 ثانية على التوالي، في حين بقي استهلاك الذاكرة منخفضًا (1.63 ميغابايت و0.47 ميغابايت). كما أظهرت التقييمات الإحصائية قيم إنتروبيا قريبة من 8 بت لكل بايت، وتأثير انهيار يقارب 50%، وارتباطًا شبه معدوم، مما يؤكد درجة عالية من العشوائية ومقاومة قوية للهجمات الإحصائية والتفاضلية.
بشكل عام، تقدم هذه الأطروحة إسهامًا يتمثل في نظام تشفير هجين آمن، متوافق مع المعايير، وقابل للتطبيق عمليًا، يحقق توازنًا فعالًا بين ضمانات الأمان القوية والأداء العالي والتشغيل خفيف الوزن، مما يجعله مناسبًا لأنظمة الرعاية الصحية الحديثة المعتمدة على إنترنت الأشياء الطبية.
