CARE-IoMT: a pairing-free Certificateless Auditable Range-query support searchable Encryption scheme for IoMT

في المشهد الطبي الحديث، تجري ثورة هادئة حيث يعتمد المرضى والأطباء بشكل متزايد على الشبكات الرقمية لمشاركة المعلومات الصحية الحساسة. هذا النظام البيئي، المعروف باسم "إنترنت الأشياء الطبية" (IoMT)، يربط أجهزة مثل أجهزة مراقبة ضربات القلب القابلة للارتداء ومضخات الأنسولين الذكية بخوادم سحابية، مما يخلق تدفقاً هائلاً ومستمراً من البيانات. وبينما يوفر هذا الاتصال الوعد بتشخيصات أسرع ورعاية أفضل، فإنه يطرح معضلة عميقة: كيف يمكن للأطباء البحث في هذا الجبل المشفر من السجلات الخاصة للعثين على تفاصيل محددة، مثل مستويات سكر الدم لدى المريض على مدار أسبوع، دون رؤية البيانات الخام أو المساس بخصوصية المريض؟ يعمل التشفير التقليدي مثل الخزنة المختومة؛ فهو يحافظ على سلامة المحتويات من اللصوص، ولكنه يمنع أيضاً المالك من النظر إلى الداخل للعثور على عنصر محدد دون كسر الختم. ولحل هذه المشكلة، طور العلماء طريقة تسمى "التشفير القابل للبحث"، والتي تسمح للكمبيوتر بالبحث عن كلمات رئيسية داخل الملفات المشفرة دون فك تشفيرها أبداً. ومع ذلك، فإن النسخ الحالية من هذه التقنية غالباً ما تتطلب قدرة حوسبة هائلة، مما يجعلها بطيئة جداً بالنسبة للأجهزة الطبية الصغيرة، كما أنها تواجه أحياناً صعوبة في التعامل مع الأسئلة المعقدة، مثل البحث عن جميع السجلات التي تقع فيها قيمة ما بين رقمين.

لقد عالج فريق من الباحثين في جامعة طربيت مودارس في إيران هذه العقبات من خلال تصميم نظام جديد يسمى CARE-IoMT، والذي يعمل على تبسيط عملية البحث في البيانات الطبية المشفرة مع ضمان بقائها آمنة وقابلة للتحقق. إن نهجهم يزيل العبء الحوسبي الثقيل الذي أبطأ الأنظمة المماثصة سابقاً، مما يجعل من الممكن لأجهزة الاستشعار الطبية محدودة الموارد المشاركة في مشاركة البيانات بشكل آمن. وبدلاً من الاعتماد على العمليات الرياضية المعقدة التي تستنزف عمر البطارية، يستخدم أسلوبهم تقنية تشفير أخف وأكثر مباشرة تسمح بالبحث السريع. علاوة على ذلك، فقد وسعوا قدرات النظام للتعامل مع استعلامات النطاق، مما يعني أنه يمكن للطبيب الآن طلب جميع السجلات التي كانت فيها درجة حرارة المريض بين 98 و100 درجة، بدلاً من الاقتصار على البحث عن تطابقات دقيقة فقط. وتعد هذه المرونة أمراً بالغ الأهمية في السيناريوهات الطبية الواقعية حيث نادراً ما تتوافق البيانات مع فئات جامدة ذات قيمة واحدة.

ولضمان عدم قيام الخوادم السحابية التي تخزن هذه البيانات بالتلاعب بالنتائج أو إخفاء المعلومات، دمج الباحثون نظامهم مع تقنية "البلوكشين" (سلسلة الكتل)، ولكن مع لمسة ذكية لتجنب التكاليف المرتف never المرتبطة بها عادةً. فبدلاً من فرض تسجيل كل عملية بحث على البلوكشين، وهو أمر بطيء ومكلف، يستخدمون البلوكشين فقط كسجل دائم وغير قابل للتغيير للتحقق من سلامة البيانات. أما عملية البحث الفعلية فتتم على الخادم السحابي، وهو أمر أسرع بك অনেক، بينما يعمل البلوكشين كحكم موثوق يمكنه التحقق مما إذا كان الخادم قد أعاد المجموعة الصحيحة والكاملة من النتائج. هذا التصميم يمنع الخادم الضار من حذف السجلات، أو إعادة ترتيبها، أو حقن بيانات مزيفة دون اكتشاف ذلك. يتضمن النظام أيضاً آلية لتتبع التغييرات بمرور الوقت، مما يضمن أنه في حال تعديل أي وثيقة، سيتم رصد التباين فوراً.

اختبر الباحثون إطار عملهم الجديد على نطاق واسع لمعرفة كيفية أدائه مقارنة بالطرق السابقة. وفي عمليات المحاكاة التي أجروها، تطلب النظام الجديد وقتاً أقل باستمرار لبناء فهارس البحث اللازمة واستغرق وقتاً أقل بكثير لإجراء عمليات البحث، خاصة مع زيادة حجم البيانات. وعند التعامل مع عمليات البحث المعقدة التي تتضمن شروطاً متعددة أو نطاقات من القيم، حافظت الطريقة المقترحة على سرعة ثابتة، بينما أصبحت الأنظمة القديمة أبطأ بشكل ملحوظ مع زيادة تعقيد الاستعلامات. كما حللوا تكلفة تشغيل خطوات التحقق اللازمة على البلوكشين، ووجدوا أن التكلفة المالية، مقاسة بوحدات العملة الرقمية المطلوبة لتنفيذ كود التحقق، ظلت معقولة وفعالة. وتشير هذه النتائج إلى أن النظام ليس سليماً من الناحية النظرية فحسب، بل هو عملي أيضاً للنشر في العالم الحقيقي في البيئات التي تمتلك فيها الأجهزة قدرات معالجة وطاقة محدودة.

من خلال الجمع بين طريقة تشفير خفيفة واستخدام ذكي للتحقق عبر البلوكشين، يقدم هذا العمل مساراً قابلاً للتطبيق نحو تأمين مستقبل الصحة الرقمية. إنه يثبت أنه من الممكن امتلاك نظام يتسم بالأمان العالي والكفاءة العالية في آن واحد، مما يسمح للأطباء باسترجاع المعلومات المحددة التي يحتاجونها لاتخاذ قرونات تنقذ الأرواح دون كشف خصوصية المريض أو إثقال كاهل الشبكة. لقد أظهر الباحثون أنه من خلال الموازنة الدقيقة بين أدوار الخادم السحابي والبلوكشين، يمكن إنشاء بيئة موثوقة حيث يمكن مشاركة البيانات الطبية والبحث فيها والتحقق منها بثقة، مما يمهد الطريق لخدمات رعاية صحية إلكترونية أكثر تقدماً وأماناً.