一种医院共享物联网设备使用记录加密存储追溯系统的制作方法

本发明涉及医疗物联网数据安全存储与追溯，尤其涉及一种医院共享物联网设备使用记录加密存储追溯系统。

背景技术：

1、现在各级医院为了提升医疗设备利用率，减少重复采购成本，大量医疗检查、治疗、康复类设备采用多科室共享的调度模式，这类共享设备在使用过程中产生的开机时间、关机时间、操作者身份信息、设备运行参数、关联患者诊疗标识等使用记录，是医疗责任界定、设备运维审计、监管部门合规核查的核心依据，其安全性、可追溯性直接关系到医患双方的合法权益，也直接影响医院的合规运营水平。随着医院物联网建设的推进，共享设备的使用记录采集逐步实现自动化，但对应的存储和追溯体系仍存在较多短板，传统的中心化存储模式将所有使用记录统一存储在医院信息系统的中心服务器中，多采用通用的加密方式甚至明文存储，访问权限管控粗放，一旦出现服务器被攻击、内部人员越权访问的情况，极易造成患者隐私、医疗操作敏感数据泄露，且中心化存储的数据易被篡改，出现医疗纠纷时很难保证记录的可信度。

2、现有针对医疗设备使用记录的存储方案大多未针对医疗场景的敏感数据特性做适配，未对使用记录中的不同字段做敏感度分级，要么对所有记录采用统一的高强度加密，提升了系统算力消耗，影响设备使用记录的实时上传和存储效率，要么采用统一的低强度加密，无法满足患者诊疗信息等高敏感数据的安全防护要求。在追溯体系构建上，现有方案多采用单区块链存储所有数据，将使用记录和审计记录混合上链，不仅会占用大量链上存储资源，也无法实现使用记录和访问审计记录的双向关联追溯，合规审查时需要人工比对多类数据，核查效率较低。

3、此外现有方案的访问控制多采用固定角色权限划分，无法适配医院多科室、多角色、多设备类型的复杂访问场景，容易出现权限过度下放或权限不足的问题，且未对访问凭证做时效限制，一旦访问凭证泄露会带来持续性的数据安全风险。针对访问行为的异常检测多采用固定阈值，无法适配不同科室、不同设备的访问频率差异，很容易出现误报或漏报的情况，难以及时发现非法访问行为。目前也没有针对共享设备的使用会话做统一标识绑定，追溯某一时间段的设备使用记录时需要筛选大量无关数据，追溯效率较低，难以满足医疗纠纷快速定责、监管合规快速核查的实际需求。

技术实现思路

1、本发明提出的一种医院共享物联网设备使用记录加密存储追溯系统，以解决上述现有技术中提到的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种医院共享物联网设备使用记录加密存储追溯系统，包括：

3、物联网设备接入层，部署于各科室共享医疗设备终端，集成设备身份标识芯片与使用状态传感器，用于实时采集共享设备的开机时间、关机时间、操作者身份标识、科室归属编码及设备运行参数，生成原始使用记录数据包；

4、数据预处理与分级模块，接收物联网设备接入层上传的原始使用记录数据包，依据预设敏感字段分类规则对使用记录进行敏感等级标注，并将标注后的分级使用记录分别路由至对应加密强度的加密通道；

5、多级加密存储模块，包括轻量级对称加密子模块和全同态加密子模块，所述轻量级对称加密子模块对低敏感等级使用记录进行实时加密存储，所述全同态加密子模块对高敏感等级使用记录进行密文加密存储并支持密文检索；

6、双链追溯账本模块，包括存储链和审计链，所述存储链以区块形式记录加密设备使用记录哈希值及时间戳，形成设备使用轨迹；所述审计链以独立区块记录每次数据访问操作的访问者身份、访问时间及访问目的，形成审计日志链；

7、细粒度访问控制模块，基于属性基加密策略为不同科室角色和不同设备类型构建访问控制策略树，在数据请求方发起追溯查询时，对请求方属性集合与访问控制策略树进行匹配验证，并颁发时限制解密令牌；

8、异常行为检测与预警模块，持续监测双链追溯账本模块的访问行为模式，基于历史基线数据计算访问行为偏离度，当偏离度超过自适应阈值时触发分级预警，并向医院信息安全中心推送异常告警通知。

9、进一步的，还包括加密强度自适应调节模块，所述加密强度自适应调节模块与数据预处理与分级模块和多级加密存储模块协同工作，根据实时系统负载和记录敏感等级动态调整加密算法的密钥长度，密钥长度的确定遵循以下自适应调节策略：

10、；

11、式中为当前使用记录对应的加密密钥长度，为基础密钥长度，为当前使用记录的无量纲敏感等级评分，为无量纲基准敏感等级阈值。

12、进一步的，还包括设备共享会话管理模块，所述设备共享会话管理模块为每一次共享设备的使用会话生成全局唯一的会话标识符并将所述会话标识符与操作者身份标识、科室归属编码和设备身份标识进行绑定形成五元组会话凭证，共享会话结束后设备共享会话管理模块对本次会话产生的所有使用记录数据包加盖会话终止时间戳并将五元组会话凭证一并提交至双链追溯账本模块上链存证。

13、进一步的，所述数据预处理与分级模块的敏感字段分类规则采用基于字段信息熵和访问频率的二维敏感度量化模型，对原始使用记录中的每一个字段计算其敏感度得分，修正量纲统一后的敏感度得分计算方式为：

14、；

15、式中，为字段的无量纲敏感度得分，为字段的归一化信息熵，为字段的信息熵值由字段值域的分布均匀度计算得出，为字段的最大可能信息熵，为字段在预设统计周期内的被访问次数，为预设统计周期内所有字段的最大被访问次数，为信息熵权重系数，为访问频率权重系数。

16、进一步的，所述双链追溯账本模块的存储链与审计链采用异步区块生成机制，存储链的区块生成周期由设备使用记录的产生速率动态调整且最小生成间隔不大于预设存储时延上限，审计链的区块在每次数据访问操作发生后立即生成且区块体中除记录访问者身份、访问时间及访问目的外还嵌入了所访问存储链区块的哈希指针形成存储链与审计链之间的跨链关联索引。

17、进一步的，所述异常行为检测与预警模块中访问行为偏离度的计算采用基于滑动时间窗口的统计异常检测方法，偏离度按以下公式计算：

18、；

19、式中为当前访问行为的无量纲偏离度，为当前滑动时间窗口内的访问频次计数，为历史滑动时间窗口内访问频次的均值，为历史滑动时间窗口内访问频次的标准差，为平滑常数，当超过预设偏离度阈值时，异常行为检测与预警模块将当前访问行为标记为异常并触发分级预警。

20、进一步的，所述细粒度访问控制模块的属性基加密策略中访问控制策略树为二叉树结构，二叉树的叶节点对应单个属性条件包括科室类型、职称等级和设备类别，二叉树的中间节点为与门或门阈值算子，数据请求方提交追溯查询请求时细粒度访问控制模块提取请求方的属性集合并与访问控制策略树从根节点向叶节点逐层递归匹配，若匹配成功则生成与请求方属性集合绑定的时限制解密令牌并设定令牌的有效时间窗口，令牌超过有效时间窗口后自动失效，每次令牌的颁发与失效事件均作为审计记录写入审计链。

21、进一步的，一种医院共享物联网设备使用记录加密存储追溯方法，包括以下步骤：

22、步骤一：设备注册与身份绑定，将医院各科室的共享物联网设备通过设备身份标识芯片在系统中注册并绑定科室归属编码与设备类型标签，生成设备数字身份凭证并写入设备端安全芯片；

23、步骤二：使用记录实时采集，当操作者启动共享设备时，设备共享会话管理模块生成全局唯一的会话标识符并创建五元组会话凭证，物联网设备接入层实时采集开机时间、操作者身份标识、科室归属编码及设备运行参数并封装为原始使用记录数据包；

24、步骤三：记录分级与加密存储，数据预处理与分级模块接收原始使用记录数据包后计算各字段的敏感度得分并将使用记录划分为高敏感等级和低敏感等级，低敏感等级使用记录经轻量级对称加密后存入存储链，高敏感等级使用记录经全同态加密后存入存储链，每次加密存储操作同步在审计链中生成存储操作审计记录；

25、步骤四：双链存证与关联索引，存储链以固定或自适应区块生成周期将加密使用记录的哈希值和时间戳打包成区块上链，审计链在每次数据访问或存储操作后即时生成包含跨链哈希指针的审计区块，形成存储链与审计链之间的关联；

26、步骤五：细粒度访问控制与追溯查询，当追溯查询请求到达时，细粒度访问控制模块通过属性基加密策略对请求方属性进行策略匹配验证，验证通过后颁发时限制解密令牌，并在令牌有效时间窗口内解密存储链中的目标使用记录，同时审计链记录本次追溯查询操作的审计信息；

27、步骤六：异常行为实时检测，异常行为检测与预警模块持续监测各科室的共享设备访问行为模式，并计算访问行为偏离度，当偏离度超过自适应阈值时触发分级预警，并通过医院信息安全中心向相关科室管理员推送异常告警通知。

28、进一步的，步骤三中全同态加密子模块在密文状态下对高敏感等级使用记录执行密文检索操作时采用以下密文相似度匹配算法对检索关键词与密文记录进行匹配度计算：

29、；

30、式中为检索关键词与密文记录的匹配相似度，为检索关键词第维特征向量在密文空间中的加密编码，为密文记录第维特征向量在密文空间中的加密编码，表示密文空间中的同态内积运算；为特征向量维度总数。

31、进一步的，步骤六中自适应阈值的更新策略为异常行为检测与预警模块在每个滑动时间窗口结束时，根据最近个滑动时间窗口内访问行为偏离度的分布特征重新计算下一滑动时间窗口的偏离度阈值，当最近个滑动时间窗口内偏离度的峰度系数超过预设峰度上限时，自适应阈值向均值方向收缩，当最近个滑动时间窗口内偏离度的偏度系数超过预设偏度上限时，自适应阈值向数据稀疏方向扩展，为滑动时间窗口计数值。

32、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

33、本发明针对医院共享物联网设备的使用场景特性，构建了从数据采集、分级加密、双链存证到访问控制、异常检测的全链路安全追溯体系，适配医疗场景下的敏感数据防护需求。通过对使用记录的字段做敏感度分级，匹配不同加密强度的存储方式，在满足高敏感数据安全防护要求的同时，降低了整体系统的算力消耗，提升了使用记录的实时存储效率。采用存储链和审计链分离的双链架构，存储链存储加密后的设备使用记录，审计链存储所有访问和操作的审计日志，二者通过哈希指针关联，既保证了使用记录和审计记录都不可篡改，也能够实现两类记录的双向追溯，合规审查或纠纷溯源时可以快速定位到目标记录对应的所有操作信息，提升追溯核查的效率。

34、本发明采用基于属性的细粒度访问控制策略，结合医院的科室角色、设备类型等属性构建访问控制策略，能够适配医院复杂的访问场景，避免权限过度下放或权限不足的问题，同时颁发有时效限制的解密令牌，令牌过期后自动失效，即使出现令牌泄露的情况，也能降低数据泄露的风险。对访问行为的检测采用自适应调整的阈值，能够适配不同科室、不同设备的访问模式差异，减少误报和漏报的情况，及时发现异常访问行为。

35、针对高敏感等级的使用记录采用全同态加密存储，不需要解密就可以完成密文检索，避免了检索过程中高敏感数据泄露的风险。为每一次设备使用会话生成唯一的会话标识符，绑定对应的操作者、设备、科室信息，追溯时可以直接通过会话标识符调取对应会话的全量使用记录，提升了追溯的便捷性。加密强度可以根据系统负载和记录敏感等级动态调整，在系统负载较高时也能保证使用记录的正常存储，平衡了系统运行效率和数据安全防护能力。