原始数据非内存驻留的嵌入式生物信号安全处理方法及系统与流程

本申请涉及生物信号隐私保护，特别是指原始数据非内存驻留的嵌入式生物信号安全处理方法及系统。

背景技术：

1、在现有的嵌入式生物信号处理系统中，脑电、心电、肌电等生物电信号经过电极采集、模拟前端放大滤波后，由模数转换器以固定采样率转换为数字采样点，这些采样点遵循先存储、后处理的标准嵌入式设计范式：采样点首先被写入系统主存储器中的变量或缓冲区，随后处理器或第三方算法通过load指令从主存储器中读取该采样点，执行特征提取、阈值判断、模式识别等计算操作。

2、这一架构存在一个缺陷，例如，原始生物信号采样点必须以明文形式完整驻留在主存储器中才能被处理器读取和计算。具体而言，从采样点被写入主存储器地址空间的那一刻起，至该地址被显式清除或被后续数据覆盖为止，原始采样点持续存在于主存储器中，且可被任何具有该地址空间访问权限的代码反复读取、引用和拷贝。在开放算法生态下，第三方算法代码、恶意程序或dma攻击均可在此内存暴露窗口内直接读取原始采样值，从而获取完整的生物信号波形数据。即使采用存储加密或可信执行环境等保护手段，也无法改变原始数据必须解密或暴露于内存后才能被计算这一架构性前提。本领域技术人员在面对生物信号隐私保护问题时，通常沿“保护已存储在存储器中的数据”的思路寻求解决方案，如提高加密强度、引入可信执行环境或加强访问控制策略，这些方案的共同前提是原始采样数据必须先写入主存储器。因此，尽管信息安全领域普遍认同最小化敏感数据暴露面的原则，但该原则在嵌入式生物信号处理领域的应用从未被推进到挑战先存后算这一基础架构范式的程度。随着可穿戴医疗设备和脑机接口技术的普及，该内存驻留模式构成了生物信号隐私保护的根本性瓶颈。

技术实现思路

1、本申请提供了原始数据非内存驻留的嵌入式生物信号安全处理方法及系统，消除了原始数据以明文形式驻留在可被用户级代码寻址的存储器空间中的可能性。

2、为解决上述现有技术沿保护已存储数据的思路无法从根本上消除内存暴露窗口的问题，本申请提出一种从数据存在形态层面进行架构性重构的技术方案，具体如下：

3、第一方面，原始数据非内存驻留的嵌入式生物信号安全处理方法，所述方法包括：

4、根据模数转换器对生物信号的采样动作，得到锁存于外设数据寄存器中的原始生物信号采样点；

5、根据外设数据寄存器中的原始生物信号采样点，通过load指令将其直接读入处理器通用寄存器，得到位于通用寄存器中的待计算操作数；

6、根据待计算操作数，在通用寄存器内执行计算操作，得到标量计算结果；

7、根据标量计算结果，通过store指令将其写入输出区域，通用寄存器中不保留原始生物信号采样点的副本；

8、根据后续采样点的到达，覆盖通用寄存器中当前采样点值，使得任意时刻可被用户级代码寻址的所有存储器空间中不存在原始生物信号采样点的任何副本；

9、其中，从外设数据寄存器到通用寄存器，以及在通用寄存器内执行计算操作的全过程中，原始生物信号采样点不被写入任何可被用户级代码寻址的存储器空间。

10、第二方面，原始数据非内存驻留的嵌入式生物信号安全处理系统，包括：

11、模数转换器，用于对生物信号执行采样动作，得到锁存于外设数据寄存器中的原始生物信号采样点；

12、数据加载控制模块，用于根据所述外设数据寄存器中的原始生物信号采样点，通过load指令将其直接读入处理器通用寄存器，得到位于通用寄存器中的待计算操作数；

13、计算执行模块，用于根据所述待计算操作数，在通用寄存器内执行计算操作，得到标量计算结果；

14、结果写出模块，用于根据所述标量计算结果，通过store指令将其写入输出区域，通用寄存器中不保留原始生物信号采样点的副本；

15、数据生命周期管理模块，用于根据后续采样点的到达，覆盖通用寄存器中当前采样点值，使得任意时刻可被用户级代码寻址的所有存储器空间中不存在原始生物信号采样点的任何副本；

16、其中，所述数据加载控制模块和计算执行模块被配置为：从外设数据寄存器到通用寄存器，以及在通用寄存器内执行计算操作的全过程中，原始生物信号采样点不被写入任何可被用户级代码寻址的存储器空间。

17、通过上述架构性重构，本申请至少包括以下有益效果：

18、根据模数转换器对生物信号的采样动作，得到锁存于外设数据寄存器中的原始生物信号采样点，并通过load指令将其直接读入处理器通用寄存器执行计算，从而在架构上取消了原始采样点写入主存储器的中间步骤，消除了原始数据以明文形式驻留在可被用户级代码寻址的存储器空间中的可能性，切断了内存暴露窗口。

19、根据在通用寄存器内执行计算操作后仅将标量计算结果写入输出区域的约束，通用寄存器中不保留原始生物信号采样点的副本，使得计算完成后原始采样点不再以可访问的形式存在于系统中，第三方代码无法通过读取内存地址获取已经计算完毕的原始数据。

20、根据后续采样点的到达自动覆盖通用寄存器中当前采样点值的机制，原始采样点在通用寄存器中的存在时间被严格限制在单次中断处理周期内，覆盖后即从系统中彻底消失，任意时刻可被用户级代码寻址的所有存储器空间中不存在原始采样点的任何副本，从而消除了数据被批量复制和大规模泄露的可能性。

21、通过将从外设数据寄存器到通用寄存器，以及在通用寄存器内执行计算操作的全过程限定为不写入任何可被用户级代码寻址的存储器空间，本申请在不改变计算逻辑本身的前提下，仅通过改变数据的物理存在位置和生命周期，即实现了算法能够使用原始数据进行计算、但无法获取和留存完整原始波形的安全处理架构，无需对现有算法进行大规模修改，适用于资源受限的穿戴式医疗设备。

1.原始数据非内存驻留的嵌入式生物信号安全处理方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，数据的递进关系为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法采用数据推送模式，包括以下递进步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述原始生物信号采样点的数据生命周期满足以下递进约束：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于需要局部时间窗口的计算，所述方法还包括硬件管理滑动窗口处理步骤，其递进关系为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述环形缓冲区的安全约束满足以下递进关系：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括特征级脱敏输出步骤，其递进关系为：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述脱敏输出的校验与监控满足以下递进关系：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括特权级安全隔离步骤，其递进关系为：

10.一种原始数据非内存驻留的嵌入式生物信号安全处理系统，该系统用于执行如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，包括：