加密方法和心电监测系统与流程

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及心电监控技术领域，特别涉及一种加密方法和心电监测系统。背景技术：2.在相关技术中，心电监控技术可采集人体个体的心电信号(ecg，electrocardiogram)，从而可以在后续对采集到的信号进行处理、分析与诊断。心电信号是个人的生理数据，属于个人隐私。由于受到硬件限制，在使用高复杂度的加密算法进行加密时，会占用大量的硬件资源，影响硬件效率，同时会增加功耗。而为了保证一定的硬件效率又容易造成加密性能差的问题，使得个人隐私容易被泄漏，对用户造成不必要的困扰。技术实现要素：3.本发明的实施方式提供了一种加密方法和心电监测系统。4.本发明实施方式提供一种加密方法，用于心电监测系统，所述心电监测系统包括多导联心电信号获取装置和信号中继装置，所述加密方法包括：5.所述多导联心电信号获取装置获取人体不同部位的多个心电信号，将每个所述心电信号的幅值转换一维数组；6.所述多导联心电信号获取装置利用logistic映射对所述一维数组进行加密以获取加密后的传输数据，并将所述传输数据发送至所述信号中继装置。7.上述加密方法，通过基于logistic映射的数据加密方式，在存在硬件资源的限制的情况下，可根据生理数据的不同类型，以低复杂度的算法进行加密，并实现较高的加密性能。8.在某些实施方式中，所述多导联心电信号获取装置利用logistic映射对所述一维数组进行加密以获取加密后的传输数据，包括：9.选择初始参数和量化精度；10.利用所述初始参数、所述量化精度，通过所述logistic映射进行n次迭代计算生成混沌序列；11.根据所述混沌序列进行门限判断以生成混沌二进制流；12.将所述一维数组与所述混沌二进制流进行整合加密，以获取加密后的所述传输数据。13.在某些实施方式中，所述初始参数包括控制参数和系统密钥，选择初始参数，包括：14.在(3.57,4]中对所述控制参数进行随机取值，并在(0,1)中对所述系统密钥进行随机取值。15.在某些实施方式中，利用所述初始参数、所述量化精度，通过所述logistic映射进行n次迭代计算生成混沌序列，包括：16.在迭代的过程中对生成的所述混沌序列进行向下取整。17.在某些实施方式中，根据所述混沌序列进行门限判断以生成混沌二进制流，包括：18.在所述混沌序列中将大于预设值的数值替换为预设的第一数值，在所述混沌序列中将小于等于所述预设值的数值替换为预设的第二数值，以使得所述混沌序列被转化为所述混沌二进制流。19.在某些实施方式中，所述加密方法包括：20.所述信号中继装置对所述传输数据解密，以获取所述多个心电信号。21.本发明实施方式提供的一种心电监测系统，包括多导联心电信号获取装置和信号中继装置，22.所述多导联心电信号获取装置用于：23.获取人体不同部位的多个心电信号，将每个所述心电信号的幅值转换一维数组；24.利用logistic映射对所述一维数组进行加密以获取加密后的传输数据，并将所述传输数据发送至所述信号中继装置。25.上述心电监测系统，通过基于logistic映射的数据加密方式，在存在硬件资源的限制的情况下，可根据生理数据的不同类型，以低复杂度的算法进行加密，并实现较高的加密性能。26.在某些实施方式中，所述多导联心电信号获取装置用于：27.选择初始参数和量化精度；28.利用所述初始参数、所述量化精度，通过所述logistic映射进行n次迭代计算生成混沌序列；29.根据所述混沌序列进行门限判断以生成混沌二进制流；30.将所述一维数组与所述混沌二进制流进行整合加密，以获取加密后的所述传输数据。31.在某些实施方式中，所述初始参数包括控制参数和系统密钥，所述多导联心电信号获取装置用于：32.在(3.57,4]中对所述控制参数进行随机取值，并在(0,1)中对所述系统密钥进行随机取值。33.在某些实施方式中，所述多导联心电信号获取装置用于：34.在所述混沌序列中将大于预设值的数值替换为预设的第一数值，在所述混沌序列中将小于等于所述预设值的数值替换为预设的第二数值，以使得所述混沌序列被转化为所述混沌二进制流。35.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明36.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：37.图1是本发明实施方式的加密方法的流程图；38.图2是本发明实施方式的心电监测系统的模块示意图；39.图3是本发明实施方式的加密方法的另一流程图；40.图4是本发明实施方式的多导联心电信号获取装置对心电信号进行加密的流程图。41.主要元件符号说明：42.心电监测系统100；43.多导联心电信号获取装置110、第一控制器111、信号中继装置130、第二控制器131。具体实施方式44.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。45.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。47.在本发明的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。48.请参考图1和图2，本发明实施方式提供的一种加密方法，用于心电监测系统100。心电监测系统100包括多导联心电信号获取装置110和信号中继装置130。加密方法包括：49.步骤s110：多导联心电信号获取装置110获取人体不同部位的多个心电信号，将每个心电信号的幅值转换一维数组yn；50.步骤s210：多导联心电信号获取装置110利用logistic映射对一维数组yn进行加密以获取加密后的传输数据，并将传输数据发送至信号中继装置130。51.本发明实施方式提供的加密方法可通过本发明实施方式提供的心电监测系统100来实现。具体地，请结合图2，心电监测系统100包括多导联心电信号获取装置110和信号中继装置130。多导联心电信号获取装置110用于获取人体不同部位的多个心电信号，将每个心电信号的幅值转换一维数组yn，及用于利用logistic映射对一维数组yn进行加密以获取加密后的传输数据，并将传输数据发送至信号中继装置130。具体地，多导联心电信号获取装置110可包括第一控制器111，可以是多导联心电信号获取装置110的第一控制器111用于获取人体不同部位的多个心电信号，将每个心电信号的幅值转换一维数组yn，及用于利用logistic映射对一维数组yn进行加密以获取加密后的传输数据，并将传输数据发送至信号中继装置130。52.上述加密方法和心电监测系统100，通过基于logistic映射的数据加密方式，在存在硬件资源的限制的情况下，可根据生理数据的不同类型，以低复杂度的算法进行加密，并实现较高的加密性能。53.具体地，混沌系统(chaos system)是指在一个确定性系统中，存在着貌似随机的不规则运动，通过混沌系统所产生的伪随机序列具有良好的随机性和复杂性。由于在混沌系统中产生的映射具有天然的非动力学特性，可以直接作为随机数生成器应用于数据加密，从而可以方便地通过建立混沌系统的数学模型并根据设定相应的混沌参数来选择实现对数据流的不同程度的加密。54.一维logistic映射又称为虫口模型(insect mouth model)，是一种数学形式非常简单的一维离散的logistic映射，因其具有复杂的动力学行为，可广泛应用于保密通信领域。在预设的初始条件下，经过logistic映射作用下的序列是非周期的、不收敛的，使得此时的logistic映射处于混沌状态，从而可实现对数据的混沌加密。55.然而，将logistic映射应用于图像加密需要考虑到在硬件上的实现效果，尤其在设计专用asic(application specific integrated circuit，集成电路)实现混沌加密方案时，会由于存在较大的硬件资源的限制而导致logistic映射的加密性能退化严重。因此，在硬件资源的限制下保证加密性能成为应用硬件实现混沌加密方案的瓶颈。56.可以理解，为了平衡硬件资源的利用率和加密性能，可针对不同加密的环境提出不同的量化方案。具体而言，将wbans中的所有通信类型(即生理数据)分为一维数据、二维数据以及医学图像数据，对不同类型的数据可以采用对应的加密方式，使得不同类型的数据在对应的量化精度下进行混沌加密，使得所产生的混沌序列仍具有一定的随机性和混沌特征。对于低维度(如一维)的数据，可选择低精度的量化方案进行混沌加密，从而能够有效地节约硬件资源而不影响其加密性能。57.具体地，在一个实施方式中，多导联心电信号获取装置110可装设在人体的不同部位，从而可获取到对应部位的心电信号。在通过多导联心电信号获取装置110获取到多个心电信号的情况下，可根据每个心电信号的幅值(电流幅值或电压幅值)在(1,255)的数值范围内进行归一化处理，从而生成相应的一维数组，使得多导联心电信号获取装置110根据logistic映射对得到的一维数组进行加密，所得到的相应输出会生成为传输数据，进而使得多导联心电信号获取装置110可将传输数据发送至信号中继装置130。可以理解，在其它的实施方式中，可通过其他的方式对每个心电信号进行预处理以得到相应的一维数组，在此不做具体限定。58.另外，在需要转换的数据类型为二维数组或图像数据的情况下，可根据相应的数据类型设置对应精度的量化方案。在一个实施方式中，可根据图像数据的像素值生成一维数组。59.在其它的实施方式中，多导联心电信号获取装置110的数量可以是一个，也可以是两个及两个以上。60.此外，在图2所示的实施方式中，多导联心电信号获取装置110和信号中继装置130之间为通过无线通信的方式进行数据传输。在其它的实施方式中，多导联心电信号获取装置110和信号中继装置130之间也可以通过有线通信的方式进行数据传输。61.请参考图3，在某些实施方式中，步骤s210，包括：62.步骤s211：选择初始参数和量化精度；63.步骤s212：利用初始参数、量化精度，通过logistic映射进行n次迭代计算生成混沌序列xn；64.步骤s213：根据混沌序列xn进行门限判断以生成混沌二进制流sn；65.步骤s214：将一维数组yn与混沌二进制流sn进行整合加密，以获取加密后的传输数据。66.本发明实施方式提供的加密方法可通过本发明实施方式提供的心电监测系统100来实现。具体地，请结合图2，多导联心电信号获取装置110用于选择初始参数和量化精度，及用于利用初始参数、量化精度，通过logistic映射进行n次迭代计算生成混沌序列xn，及用于根据混沌序列xn进行门限判断以生成混沌二进制流sn，及用于将一维数组yn与混沌二进制流sn进行整合加密，以获取加密后的传输数据。具体地，可以是多导联心电信号获取装置110的第一控制器111用于选择初始参数和量化精度，及用于利用初始参数、量化精度，通过logistic映射进行n次迭代计算生成混沌序列xn，及用于根据混沌序列xn进行门限判断以生成混沌二进制流sn，及用于将一维数组yn与混沌二进制流sn进行整合加密，以获取加密后的传输数据。67.如此，可根据选择对应的初始参数来提高对数据的加密性能，以及根据选择对应的量化精度来处理不同类型的生理数据。68.需要指出的是，根据获取到的不同类型的数据，可选择不同的量化精度以使得获取到的数据适配于logistic映射。在一些实施方式中，量化精度为32-bit。69.在某些实施方式中，初始参数包括控制参数μ和系统密钥x0，步骤s211，包括：70.在第一预设范围中对控制参数μ进行随机取值，并在第二预设范围中对系统密钥x0进行随机取值。71.本发明实施方式提供的加密方法可通过本发明实施方式提供的心电监测系统100来实现。具体地，请结合图2，多导联心电信号获取装置110用于在第一预设范围中对控制参数μ进行随机取值，并在第二预设范围中对系统密钥x0进行随机取值。具体地，可以是多导联心电信号获取装置110的第一控制器111用于在第一预设范围中对控制参数μ进行随机取值，并在第二预设范围中对系统密钥x0进行随机取值。72.如此，可确保生成的混沌序列xn具有良好的加密性能。73.可以理解，logistic映射对初始参数具有敏感的特性，根据所选择的初始参数的不同，logistic映射所生成的混沌序列xn也会对应地有所不同。具体地，在这样的一些实施方式中，第一预设范围为(3.57,4]，第二预设范围为(0,1)，这样可使得logistic映射处于混沌态，增加了logistic映射的随机性，进而可使得相应生成的混沌序列xn具有良好的加密性能。第一预设范围和/或第二预设范围可以根据具体情况进行确定，也可通过实际测试进行标定。控制参数μ和/或系统密钥x0可以是预先设置的，也可以根据具体情况进行调整。在一个实施方式中，控制参数μ为4，系统密钥x0为0.1。在其它的实施方式中，控制参数μ可以为3.6、3.7、3.8、3.9，和/或，系统密钥x0可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9。74.在某些实施方式中，步骤s212，包括：75.在迭代的过程中对生成的混沌序列xn进行向下取整。76.本发明实施方式提供的加密方法可通过本发明实施方式提供的心电监测系统100来实现。具体地，请结合图2，多导联心电信号获取装置110用于在迭代的过程中对生成的混沌序列xn进行向下取整。具体地，可以是多导联心电信号获取装置110的第一控制器111用于在迭代的过程中对生成的混沌序列xn进行向下取整。77.如此，可控制迭代过程中的数据精度。78.具体地，请结合图4，在这样的一个实施方式中，初始参数(即在混沌系统中设定的参数)包括控制参数μ和系统密钥x0，在确定初始参数和量化精度的情况下，通过logistic映射每次进行迭代计算都会生成一个定点数，并在迭代的过程中对定点数进行向下取整。其具体操作如下：[0079][0080]其中，μ为初始参数，xn为定点数，n、n为迭代次数；frc为保留精度，可预设定为16、24、32，可根据不同的安全场景进行选择。通过设置可对定点数进行向下取整，保证对迭代过程中的定点数的精度控制。将依次生成的定点数按迭代次序进行排列，生成混沌序列xn。[0081]在某些实施方式中，步骤s213，包括：[0082]在混沌序列xn中将大于预设值的数值替换为预设的第一数值，在混沌序列xn中将小于等于预设值的数值替换为预设的第二数值，以使得混沌序列xn被转化为混沌二进制流sn。[0083]本发明实施方式提供的加密方法可通过本发明实施方式提供的心电监测系统100来实现。具体地，请结合图2，多导联心电信号获取装置110用于在混沌序列xn中将大于预设值的数值替换为预设的第一数值，在混沌序列xn中将小于等于预设值的数值替换为预设的第二数值，以使得混沌序列xn被转化为混沌二进制流sn。具体地，可以是多导联心电信号获取装置110的第一控制器111用于在混沌序列xn中将大于预设值的数值替换为预设的第一数值，在混沌序列xn中将小于等于预设值的数值替换为预设的第二数值，以使得混沌序列xn被转化为混沌二进制流sn。[0084]如此，可实现对将混沌序列xn转化为二进制形式的数据以及后续加密。[0085]具体地，请结合图4，在这样的一个实施方式中，预设值为0.5，第一数值为1，第二数值为0。在生成混沌序列xn的情况下，可对混沌序列xn中的每一个定点数进行门限判断，将大于0.5的定点数替换为1，以及将小于0.5的定点数替换为0，使得相应的定点数被替换为二进制数，从而可得到对应混沌序列xn的混沌二进制流sn，其具体操作如下：[0086][0087]在确定混沌二进制流sn的情况下，可对混沌二进制流sn和一维数组yn进行逐位异或加密，得到加密序列zn，再根据加密序列zn生成传输数据。其具体操作如下：[0088][0089]请再结合图4，根据生成的混沌二进制流sn，可对应确定所选取的保留精度是否适于对一维数组yn进行加密，进而可对保留精度进行重新选取。[0090]另外，在其它的实施方式中，可根据具体情况对预设值、第一数值、第二数值进行调整，从而可使得混沌序列xn可被转换为相应的十进制、十六进制数据。[0091]在某些实施方式中，加密方法包括：[0092]信号中继装置130对传输数据解密，以获取多个心电信号。[0093]本发明实施方式提供的加密方法可通过本发明实施方式提供的心电监测系统100来实现。具体地，请结合图2，信号中继装置130用于对传输数据解密，以获取多个心电信号。具体地，可以是信号中继装置130的第二控制器131用于对传输数据解密，以获取多个心电信号。[0094]具体地，在这样的一个实施方式中，信号中继装置130和多导联心电信号获取装置110存储有相同的初始参数，信号中继装置130在接收到包括加密序列zn的传输数据的情况下，可通过存储的相同的初始参数以及相同的logistic映射生成相同的混沌二进制流sn，进而可使得信号中继装置130根据混沌二进制流sn和加密序列zn进行逐位异或得到一维数组yn，再根据一维数组yn来得到多导联心电信号获取装置110获取到的所有心电信号。[0095]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。[0096]尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。









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