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基于AES算法的医院数字化管理信息加密方法研究

2024-10-09 9 上传者：管理员

摘要：随着医院数字化管理的普及和发展，加密方法在保护医院管理信息安全方面变得越来越重要。本研究以AES(Advanced Encryption Standard)算法为基础，旨在提出一种有效的加密方法来保护医院数字化管理信息的机密性。首先，对医院数字化管理信息进行分类和分析，确定需求和加密目标。随后，通过对AES算法的原理和特性进行研究，设计了一套适用于医院数字化管理信息的加密方案。该方案包括密钥生成、数据加密和解密等步骤，采用AES算法的高强度加密和解密机制确保了信息的安全性。最后，通过对加密方法进行实验评估和性能分析，验证了该方法的有效性和可行性。本研究的结果对于提高医院数字化管理信息的安全性具有重要意义，可以为医院和相关部门制定信息安全策略和措施提供参考。

关键词：
AES算法
加密方法
医院数字化管理信息
安全性评估
机密性保护
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随着信息技术的迅速发展和数字化时代的到来，医院管理也逐渐向数字化转型。然而，数字管理给医院带来方便的同时，也带来了一些安全问题。医院数字化管理信息涉及患者的个人隐私、医疗记录和治疗方案等敏感信息，一旦泄露或被篡改，将对患者的治疗和康复造成严重影响。因此，保障医院数字化管理信息的安全问题亟待解决[1]。本研究基于AES算法，设计了一种医院数字化管理信息加密方法，旨在实现对医院数字化管理信息的有效保护。采用对称加密算法，对信息进行加密和解密。实验结果表明，该方法能够有效地保护医院数字化管理信息的安全，具有较高的可行性和实用性。总之，本研究设计的基于AES算法的医院数字化管理信息加密方法可以提高医院数字化管理信息的安全性。

1、设计基于AES算法的医院数字化管理信息加密方法

1.1 清除管理冗余信息

为了提高信息加密的效率，考虑清除管理信息中的冗余数据，减少加密的计算量和时间[2]。管理信息数据是一个非常重要的属性，因此需要选择对其进行加密[3]。为了高效地计算数据之间的相似度，采用可变窗口的方法。具体来说，设定一个可变窗口的大小，并计算窗口内的数据与序列之间的相似度。首先确定可变窗的门限和最大值，然后再进行相似度的计算。该阈值被用来判定数据间的相似性是否满足预定准则，而最小值则是用于限定窗口内数据的范围。当窗口值被初始化时，设置窗口的最小值。在可变窗中插入一系列的管理信息，求取可变窗中的数字和的相似程度。具体公式如下：

在公式中，表示数据序列最值；表示可变窗数字值，利用余弦公式计算两组资料间的相似性。将上述所求的数字保存到一个或两个维度的数组中，如果相似性的值超过了临界值，就会增大窗口，然后根据相似性进行匹配。当相似度值低于或超过给定最大值时，终止匹配，并在有缺失数据的情况下，采用有效权重来判定相似度。按照下述公式，对两个数据Q1和Q2的相似度进行了计算，如果这两个数据的长度都是n，那么这两个数据的相似程度可以通过以下公式来计算：

在公式中，=1；表示一种有效的相似性计算权重，在值为1的情况下，对相似性的计算是有效的，而在为0的情况下，对相似性的计算无效。如果计算值超过设定临界值，则判定为重复，并将其删除。在清理多余的管理信息数据后，选取管理信息的强伪素数。

1.2 选取管理信息的强伪质数

强伪质数的选择是管理信息加密的基本环节。强伪质数的选择可分为确定性和概率性两种。确定性质数选择采用试除法和筛法，在质数较大的情况下，计算量会相应地增大，从而降低了加密的效率[4]。因此，在选取一个强伪质数时，假设质数为s，则质数选取定理为：

公式中，表示非负整数。设置表示关联质数，其中表示管理信息数据中的正整数；表示奇数，≥0，因此得出伪质数如下：

公式中，表示管理信息中的伪质数，；表示奇数，结合上述公式，即可得出相关质数范围为：

公式中，表示相关质数，其中。本文令，计算此时的与，即强伪质数。由于管理信息具有不同的模块，而且还会有更多的强伪质数[5]。令=0，则强伪质数为：

公式中，如果或，则选取下一个强伪质数。令，则，假设与相等，有25%的概率是强伪质数等于合数，在此基础上，选取了质点集，从而提高了计算的准确性。本文通过各种操作，若所有加密区域项目均为强伪质数，则是合数的概率为。当为质数的概率超过时，令=5，那么是最后所选的强伪质数。

1.3 生成基于AES算法的管理信息密钥

强伪素数选取后，本文利用AES算法生成管理信息密钥。AES是一种被广泛使用的对称加密算法。此方法支持128位，192位，256位三种长度。三个关键词段分别对应128比特、192比特、256比特。在AES算法中，经过16个周期操作才能产生一个子密钥。每个周期都要求有一个子密钥，其通过原始密钥运算后得到。具体来说，这16个子密钥分别用于AES算法的16轮加密过程。首先，需要对原始密钥进行筛选变换，得到56 bit的数据。这个筛选变换的过程包括对原始密钥进行一系列的位运算和逻辑操作，以确保最终得到的56 bit数据满足特定的条件。将这56位的数据分成两半[6]，以28位为一组。对28比特的每个集合执行16个功能操作，获得16个子密钥。其计算公式如下：

在公式中，和分别表示平均分割64位数据的一个字符串；表示当前周期的迭代式操作；表示输入的32比特数据；表示分配到32位后的数据；表示异或操作；表示加密函数。

2、实验论证

为了更直观、更科学地检验本论文所提出的AES算法在医院数字化管理中的应用效果，在此基础上，与文献[4]提出的基于全息数字水印的电子档案信息加密方法和文献[5]提出的基于分组密码算法的网络传输数据信息加密方法相比较，对所提出的算法进行性能比较。

2.1 实验准备

为了满足实验验证的需求，本文选择了TMS320C6201作为实验平台。为了提高实验的有效性和准确性，特别选择C6201 DSP作为实验平台的驱动芯片。C6201 DSP驱动芯片在内部实现了程序总线和数据总线的结构连接，这种设计使得数据和指令可以并行处理，大大提高了实验平台的综合性能。此外，该芯片还设置了全新的可见指令集，可以同时执行32位指令，进一步提升了处理速度和效率。该实验平台的结构框图如图1所示。

为了验证本次所提出的信息加密方法的可行性和可靠性，本次实验以某医院的数字化管理信息作为实验对象。这些管理信息主要包括人脸图像、设备图像等，每个数据包大小为8000Byte，总共有10000张图像。分别采用了两种文献方法和本文方法，对管理信息进行加密处理。两种文献方法的实验数据是根据原文献实验得到的结果。实验以加密后成功遭到攻击的信息量为三种方法评价指标。

图1 实验平台的结构框图

2.2 实验结果分析与结论

对三种方法加密后，信息受到攻击后出现的损坏信息量进行对比分析，其结果如图2所示。

图2 不同方法信息加密安全效果对比图

由图2数据分析可知，应用文中所提出的加密管理信息方法，遭到攻击的信息量相对较少。即使在高频次攻击的情况下，损坏的信息量增长缓慢，说明该设计方法在抵抗攻击方面表现出色。对比两种文献方法，本文设计方法的加密效果更佳，信息安全性更高。在同样的攻击时间下，采用文献方法加密的信息损坏量明显高于设计方法。例如，经过60秒的攻击后，采用文献方法加密的管理信息损坏量分别为4165Byte和3264Byte，远高于设计方法的426Byte。综上所述，实验结果表明在加密效率和安全效果方面，本文设计的方法优于文献方法[7]。这表明设计方法在保护管理信息安全方面具有更高的性能和可靠性。因此，推荐使用这种设计方法对管理信息进行加密，以增强医院数字化管理的安全性。

3、结束语

在医院数字化管理过程中，信息加密是一项至关重要的任务。AES算法是一种高效的加密算法，能够为医院的信息安全提供强有力的保障。本研究通过应用AES算法，设计出一种医院数字化管理信息加密方法。同时，为了提高安全性，采用了多次迭代的方式进行加密，每次迭代都会对加密结果进行混淆和置换，进一步增加了破解的难度。总之，本研究设计的基于AES算法的医院数字化管理信息加密方法可以为医院信息安全给予强有力的保证，具有推广应用价值。

参考文献:

[1]桑杰瑞.基于改进AES算法的数据安全加密方法研究[J].现代工业经济和信息化,2023,13(03):72-74.

[2]王刚.基于AES算法的无线传感网络信息采集安全加密技术研究[J].长江信息通信,2022,35(10):20-23+27.

[3]陈艺.基于AES算法的信息素养教学资源加密传输系统设计[J].信息与电脑(理论版),2022,34(18):229-231.

[4]管永瑞.基于全息数字水印的电子档案信息加密方法研究[J].工业信息安全,2022(09):14-19.

[5]杨娜.基于分组密码算法的网络传输数据信息加密方法研究[J].信息与电脑(理论版),2022,34(17):210-212.

[6]李艳俊,张伟国,葛耀东,黄雅婷,霍珊珊.类AES算法S盒的优化实现[J].密码学报,2023,10(03):531-538.

[7]曹祯祯.基于AXI总线的AES加密IP核设计[D].东华大学,2023.

文章来源:郭妍.基于AES算法的医院数字化管理信息加密方法研究[J].网络安全技术与应用,2024,(10):33-35.