综述：迈向安全的医疗物联网：基于行为的身份验证的全面调查

《Pervasive and Mobile Computing》：Towards secure healthcare IoT: A comprehensive survey on behavior-based authentication

行为自适应认证技术为医疗物联网提供动态安全防护，有效解决传统认证的实时性和适应性不足问题，但面临隐私泄露和新型攻击风险。通过系统分析2020-2025年相关研究，本文揭示数据集碎片化、设备资源受限及评价标准缺失等关键挑战，提出兼顾安全与隐私的优化路径。

　　

Orieb AbuAlghanam | Wesam Almobaideen | Afnan Abu Othman | Heba Zuhair Lafi

约旦大学计算机科学系，安曼，约旦

摘要

物联网（IoT）技术在医疗保健领域的日益广泛应用加剧了人们对数据安全和患者隐私的担忧。传统的认证机制在这些动态且敏感的环境中往往效果不佳，这凸显了需要更加适应性强、能够识别用户行为的认证解决方案的必要性。本文全面回顾了为支持物联网医疗系统而设计的行为基认证方法，概述了现有认证方案的背景和局限性，并解释了本研究采用的研究方法。文章深入探讨了各种行为基和自适应认证技术，评估了它们的优势、局限性以及在实际应用中的可行性。同时，还分析了针对行为基系统的潜在攻击方式，并提出了增强系统抵御能力的对策。

此外，本文通过对现有研究的比较分析得出了若干关键发现，指出了主要的研究空白，包括行为数据集的局限性、评估标准的不统一性，以及资源受限的物联网医疗设备所带来的挑战。这些发现为现代医疗环境中实施行为基认证的趋势、挑战和机遇提供了前瞻性的视角。

引言

物联网（IoT）是由通过互联网相互连接的设备组成的网络，这些设备涵盖了从智能手机到医疗设备的广泛范围，能够实现自动化功能，提高医疗、农业和制造业等行业的效率[1]、[2]、[3]。在医疗领域，物联网设备可以实现实时患者监测、数据分析以及更准确的诊断和治疗，例如心率监测器和血糖监测器等可穿戴设备[1]、[4]。

由于物联网设备处理的数据具有高度敏感性，安全问题始终是一个重大挑战，常见的威胁包括未经授权的访问、数据窃听和篡改。解决这些问题需要采用加密技术、多因素认证（MAF）以及针对不同环境的定制化安全措施[5]、[6]。在医疗保健领域，认证尤为重要，因为它直接关系到患者信息的保密性，常用的认证方法包括生物特征认证和行为基认证[4]。传统的认证方式（如密码、PIN码和物理令牌）依赖于用户的明确操作，容易受到密码重用、猜测或被盗等安全问题的影响。即使是较为安全的生物特征识别系统（如指纹或面部识别），也依赖于专用传感器和用户的配合。在动态的医疗环境中，这些限制可能导致认证失败或延迟，尤其是对于无法主动完成认证步骤的患者。

因此，行为基认证（BBA）作为一种有前景的解决方案应运而生，它通过分析用户的行为模式（如行走方式或输入方式）来实现持续、被动式的验证，这与传统方法不同[6]、[7]。密码和令牌容易被盗，且需要用户的主动输入；而静态生物特征识别（如指纹）则需要特定的硬件和用户的配合。在医疗物联网环境中，患者可能处于无意识状态、行动不便或使用设备受限，这使得主动认证变得不切实际。BBA能够在后台透明运行，无需用户干预即可提供持续的安全保障，这对于动态、敏感的医疗环境中的患者安全和数据保护至关重要。

本文重点探讨行为基认证作为一种创新方法，旨在提升医疗保健领域的物联网安全性，保护敏感的医疗数据并确保设备的安全运行。为便于理解，我们在表1中列出了相关缩写。

医疗环境对隐私和安全性有极高的要求，因为处理的医疗数据具有高度敏感性。随着物联网设备的广泛应用，保护这些设备及其数据的安全性面临重大挑战。传统的认证方法（如密码或自适应令牌）可能不足以防范复杂的入侵行为，例如网络钓鱼攻击。这凸显了行为基认证机制的重要性，因为它们可以通过监测行为模式来检测异常活动。虽然这种认证方式在提高安全性的同时，可能会侵犯用户的隐私（即获取有关用户行为的信息）。关键在于如何在保证高安全性的同时保护患者隐私。如图1所示，近年来医疗数据泄露事件显著增加，对患者隐私和系统安全构成了严重威胁。

• 1.
  安全风险增加：现有研究表明，医疗物联网（HIoT）系统容易受到窃听、数据篡改和未经授权的信息访问等攻击，从而危及患者隐私[11]。
• 2.
  缺乏端到端的认证机制：现有认证机制通常只关注特定设备（如患者的手机），而未考虑其他潜在的不可信方，导致系统安全性不足[12]。
• 3.
  设备限制：HIoT系统中使用的设备在处理能力、存储容量和能源方面存在局限性，难以实现传统加密等高级安全技术[11]。
• 4.
  需要持续认证：实现实时数据安全需要持续认证机制，但大多数现有系统缺乏相应的功能。

本文重点研究物联网环境中的行为基自适应认证技术，特别是医疗系统中的应用。研究重点关注利用动态行为特征（如触摸方式、输入节奏、步态等）的认证方法，旨在在不影响资源受限的医疗物联网设备性能的前提下提升安全性。研究范围主要集中在涉及可穿戴设备、患者监测和智能医院的医疗应用上，同时考虑了这些设备的技术限制（如处理能力和电池寿命）。

本文对2020年至2025年间发表的关于医疗环境下基于行为的自适应认证的研究论文进行了梳理，提出了若干贡献。首先，本文确定了HIoT系统中最常用的行为基认证技术，以明确这些环境的安全需求；其次，讨论了针对医疗系统中行为基认证的攻击方式及其对隐私和安全的影响；最后，探讨了如何在不破坏设备基本功能的前提下将行为认证功能集成到医疗智能设备中，并提出了一些实用建议。

这些发现为HIoT环境中的行为基自适应认证研究提供了宝贵的知识基础，对未来的研究、实际应用和政策制定具有重要意义。

本文结构如下：第2节详细介绍了医疗环境中基于行为的自适应认证的背景；第3节综述了相关研究和现有的物联网系统认证方法；第4节描述了研究方法；第5节分析和评估了行为基自适应认证技术；第6节探讨了针对这些认证机制的常见攻击方式；第7节总结了研究的主要发现及其广泛影响；第8节对全文进行了总结。

部分内容摘录

背景

在本节中，我们将探讨物联网在医疗领域的应用及其在保护患者数据方面的作用，同时讨论认证在医疗物联网环境中的重要性及面临的挑战，并介绍行为基认证的相关优势及其当前应用。

相关研究和传统认证技术

本文回顾了物联网环境中的认证相关研究，并将其分为两大类：研究文章和调查报告。为了便于理解，收集到的研究结果被整理成对比表格，涵盖了传统方法、最新的自适应技术和基于生物特征的技术，同时突出了每类的关键特点。

研究方法

本研究采用系统化的调查方法来探讨医疗物联网系统中的行为基认证机制。研究方法包括两个主要阶段：文献识别和文献分析。

在第一阶段，通过学术数据库和电子资源库进行了广泛的搜索，以识别与医疗系统认证相关的研究文章，特别是基于行为的认证方法。

比较与讨论

本节探讨和分析了医疗物联网环境中常用的行为基自适应认证技术，评估了这些技术在安全性、性能和用户体验方面的效果，以及它们对数据保护和隐私的影响。此外，还研究了如何将这些认证技术应用于智能医疗设备和医疗技术中（如可穿戴系统）。

医疗系统中基于行为的认证面临的常见攻击

随着医疗物联网的不断发展，对高效且多功能认证机制的需求也在增加。行为基认证通过分析用户行为（如键盘输入节奏、动作和使用习惯）来验证用户身份，提供了一种持续且安全的认证方式。然而，大多数行为基认证系统仍然容易受到各种高级攻击的威胁，这些攻击可能泄露患者数据、违反操作规定或未经授权地获取系统访问权限。

观察与建议

本节总结了基于比较分析得出的观察结果和发现。

结论

本研究表明，行为基认证是医疗物联网设备中一种有前景的安全解决方案。鉴于医疗数据的高度敏感性和物联网在医疗领域的快速普及，传统认证方法往往无法提供足够的保护。我们的分析表明，基于行为的生物特征识别技术（如按键动态、步态分析和触摸模式）能够实现持续、被动且用户友好的认证方式，这与医疗领域的需求高度契合。

作者贡献声明

Orieb AbuAlghanam：负责撰写初稿、可视化展示、验证和概念构建。 Wesam Almobaideen：负责审稿与编辑、验证、方法论设计和概念构建。 Afnan Abu Othman：负责审稿与编辑、撰写初稿和概念构建。 Heba Zuhair Lafi：负责撰写初稿、资源整理、方法论研究及概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。