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社区电子病历关键加密技术的研究

作　者: 邵珠光
导　师: 赵秋生
学　校: 天津医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 电子病历加密数据校验可编程逻辑门阵列虚拟专用网络
分类号: R197.324
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目的：随着现代科学技术的高速发展和医院管理模式的转变,医院信息系统的功能正逐步向临床医疗信息和病人费用管理相结合的方式转变,而作为其核心的电子病历系统正逐渐成熟,完善。社区医院是我国新型城镇医疗卫生改革的重点,社区电子病历的建立在很大程度上加速了这一改革的进程。社区医院属于医疗卫生机构,它的病人信息不仅用于对病人的病情诊断,也是国家居民健康信息的来源之一,因此,社区电子病历的信息安全显得尤为重要。本课题以目前世界上流行的加密方案为基础,结合社区电子病历数据的基本特征,设计了一套加密方案,以此来提高社区电子病历信息的安全性。方法：本课题对社区电子病历信息的加密方案主要包括两大部分：1.本地存储数据加密本地存储加密主要包括两部分,硬件加密和软件加密。硬件加密以椭圆曲线算法为基础,通过FPGA处理器进行仿真,实现数字签名和认证机制,用以满足社区电子病历对控制访问的需求；软件加密以Java语言为基础,根据社区电子病历数据的复杂性,对不同类型数据采用不同的算法(DES和RSA)进行加密,在保证数据安全性的前提下,尽可能提高系统的速度。2.网络传输加密网络传输加密也包括两部分内容,数据校验和VPN安全防护。数据校验采用目前世界上应用最广泛的MD5校验方式,通过验证传输前后数据段的MD5值满足对数据的完整性和准确性需求；VPN指的是虚拟专用网络,它的主要功能是通过建立私有的VPN隧道对整个数据传输和网络安全进行防护,是目前世界上非常流行的网络安全防护机制。结果：1.DES数据加密显示,随着原数据量的增加,加密后数据量逐渐增加,且每次加密的结果不相同,DES加密速度快,对8KB数据加密仅需59ms。2.RSA数据加密显示,加密后数据量的大小与所选参数n有关,其加密速度主要受限于密钥的生成,当参数n=3072时,生成密钥的时间达18825毫秒。3.通过ModelSim软件仿真结果显示,以FPGA为硬件平台、以ECDSA算法为基础的数字签名与认证成功,经过估计,在100MHZ的工作频率下,每秒可以完成签名795次,签名验证385次。4.MD5算法数据显示,随着数据量的增加,产生MD5的时间缓慢增加,当数据量达到4000KB时,花费时间仅为240毫秒。结论：1.对大量数据进行加密时,DES相对于RSA具有明显的速度优势。2.在ModelSim软件上数字签名的仿真成功,证明了进行数字签名的可行性。3.MD5算法速度非常快,能够适应社区电子病历网络传输的需求。4.方案整体采用了软件加密和硬件加密相结合、本地与网络双加密的思路实现。整个方案的效率高,稳定性强,实施性好。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-10
缩略语/符号说明  10-11
一、绪论  11-14
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 课题研究的目的内容及意义  13-14
二、社区电子病历的安全性需求分析和安全基础  14-32
  2.1 社区电子病历的安全性需求分析  14-15
    2.1.1 本地存储安全性需求分析  14
    2.1.2 网络传输安全性需求分析  14-15
  2.2 密码学基础  15-21
    2.2.1 对称加密算法  18-19
    2.2.2 非对称加密算法  19-21
  2.3 数字签名技术  21-22
  2.4 FPGA基础  22-26
    2.4.1 FPGA概述  22-23
    2.4.2 FPGA开发环境  23-26
      2.4.2.1 开发语言  24-26
      2.4.2.2 开发工具  26
  2.5 网络传输安全基础  26-32
    2.5.1 MD5校验  29-30
    2.5.2 VPN技术基础  30-32
三、社区电子病历加密方案设计  32-60
  3.1 整体方案设计  32-34
  3.2 本地存储加密设计  34-55
    3.2.1 软件加密  34-40
      3.2.1.1 DES加解密的Java实现  35-38
      3.2.1.2 RSA加解密的Java实现  38-40
    3.2.2 FPGA硬件加密仿真  40-55
      3.2.2.1 ECDSA基本原理  41-46
      3.2.2.2 ECDSA设计方案  46-47
      3.2.2.3 ECDSA的硬件实现  47-55
  3.3 电子病历网络传输加密设计  55-60
    3.3.1 MD5校验的Java实现  55-57
    3.3.2 VPN加密实现  57-60
四、结果及分析  60-67
  4.1 DES算法结果及分析  60-62
  4.2 RSA算法结果及分析  62-64
  4.3 FPGA硬件加密仿真结果及分析  64-65
  4.4 MD5算法结果及分析  65-67
五、结论与讨论  67-69
  5.1 结论  67
  5.2 讨论  67-69
参考文献  69-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
综述  75-81
  综述参考文献  79-81
致谢  81

社区电子病历关键加密技术的研究

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