基于密钥控制水印框架的生理信号篡改定位技术及其在医疗物联网中的应用研究

　　本综述提出了一种轻量级且安全的（ECG）数字水印框架，通过密钥控制嵌入患者特定标识符至最低有效位（LSB），实现篡改检测与精确定位。该方法在保持诊断质量（低NRMSE、高PCC）的同时，具备100%检测准确率，适用于物联网（IoT）医疗设备，并可扩展至EEG、PPG等生理信号，为医疗数据安全提供了创新性解决方案。

　　

亮点

这项研究展示了密钥控制水印框架在生理信号安全领域的突破性应用，其核心创新在于将密码学安全机制与生物医学信号处理完美融合。

相关研究

确保生理信号（尤其是心电图ECG）的真实性、完整性和可追溯性，随着远程医疗、患者远程监护和物联网（IoT）医疗系统的快速发展变得愈发重要。为应对这些挑战，学界已提出多种水印和信号保护技术，以保护医疗数据免受未授权篡改，支持诊断可信度并加强版权保护。

方法论

本节提出了一种基于脆弱水印的ECG信号篡改检测框架。该方法通过将患者ID作为二进制水印，利用密钥嵌入至信号样本的最低有效位（O-LSB），在保证ECG诊断效用的同时确保其完整性。本方法轻量高效，并对微小修改高度敏感，可实现精确的篡改检测和定位。

结果

所提出的密钥控制水印框架的性能从计算效率、篡改检测准确度、信号保真度和通用性等多个维度进行了评估。测试针对三种常见篡改策略（信号放大、高斯噪声注入和重新均衡）和三种密钥长度（6位、12位和18位）展开。

讨论

实验评估证实，所提出的密钥控制水印框架在各种攻击方法和密钥长度下均实现了卓越的篡改检测准确度。该框架始终保持100%的检测准确率和较高的F1分数，这凸显了其在医疗信号安全领域的鲁棒性和可靠性——毕竟，未被发现的篡改可能会带来严重后果。持续完美的准确率和F1分数表明…

结论

本文提出了一种轻量且高效的ECG脆弱水印方案，可在不损害信号诊断质量的前提下实现篡改检测与定位。通过将患者ID作为水印嵌入非零ECG样本的O-LSB位，我们的方法具有双重优势：它不仅验证了信号的完整性，还在患者与其生理数据之间建立了加密关联。嵌入位置由密钥决定…