人体电子设备迅速发展 数据安全将成挑战

提供增强现实和虚拟现实的耳机会给疲惫的移动网络增加大量的数据流量。

照片来源:天使纳瓦雷特

欢迎来到可穿戴电子产品混乱的未来。

汤姆将错过火车，而且他还不知道去火车站的路。他在一个角落里徘徊，然后跑进了一个广场。这个地方到处都是游客，他们会拍照并上传到Instagram和脸书上。他应该走哪条路？汤姆让他的隐形眼镜连接到互联网上，下载一张地图，用他的智能手表获取车票和站台信息。警报在汤姆的周边视野中闪烁不定。离火车开始只有15分钟了，但是地图还没有下载。他沮丧地环顾四周，对着嘈杂的街道疯狂地对着隐形眼镜喊着“刷新”。这时，一个警告从汤姆的眼中闪过:“你压力很大。深呼吸，拥抱一下。”然而，由于所有的游客都连接到互联网，汤姆没有希望得到急需的地图。

欢迎来到可穿戴电子设备混乱的未来，这些设备有望无缝连接现实生活和数字生活。这些配件正在迅速增加，5年内将有5亿台设备与人体相连，甚至植入人体。目前，最常见的配件是监控健康并提供快速在线服务的健身追踪器和智能手表，但也有一些设备声称不仅仅是监控，比如在佩戴者分心时发出警告的发带，或者对想要帮助戒烟的吸烟者施加电击的腕带。电子公司承诺用可治疗症状或控制健康的可穿戴设备改变医疗行业。提醒癫痫患者的癫痫症状，帮助预防焦虑症和导航设备的盲人正在出现。

然而，可穿戴设备的潜力关键取决于它们获取和产生的大量数据。这导致研究人员和技术开发人员试图解决两个问题:找到将数据传输到可穿戴设备并从中获取数据的改进方法，同时确保所有信息的安全。随着从烤箱到汽车的一切都无线连接到互联网，对有限带宽的需求正在迅速耗尽系统。仅去年一年，就有近5亿台新设备开始在移动宽带上“唠叨”，使移动流量达到五年前的25倍。与此同时，可穿戴设备引发了新的安全问题，从使用高度隐私的数据、跟踪人们的活动到对网络性能的恶意攻击。

“交通拥堵”

“每当新技术出现，我们就开始讨论赫胥黎和勇敢的新世界。这是老套路。然而，随着可穿戴电子产品和设备(广义上称为物联网)的出现，我们真的进入了一个新时代，必须开始思考这些问题。”马里兰大学网络安全中心主任Anupam Joshi说。

根据网络技术公司思科系统的数据，截至2014年底，全球移动数据流量达到每月2.5兆字节(25亿千兆字节)。其中，全球约1亿台可穿戴电子设备在实际有限的电磁频谱中每月产生1500万千兆字节的流量，预计设备数量在2019年将增长5倍。奥斯汀德克萨斯大学的电气工程教授罗伯特·希思说，随着这些设备的普及，出现“交通堵塞”的可能性更大。

所有这些设备都会阻挡无线电波，影响性能并威胁基本的网络流量。在美国，为了帮助缓解拥堵，*在2010年承诺在未来10年再开放500兆赫。这是当时移动设备可用带宽的两倍。然而，最近为总部设在华盛顿的通信行业组织美国无线通信协会准备的一份报告显示，即便如此，需求也无法得到满足。根据该报告，估计为了跟上美国的需求，从2015年到2019年底还需要350兆赫，比*在此期间的估计多150兆赫。

有限的带宽是一个全球性的问题，每个国家都在用自己的方式解决这个问题。在印度，用户只能使用美国人可用带宽的十分之一，越来越多的人呼吁频谱共享和开放目前仅用于军事目的的频道。在英国，*已经批准使用过时的模拟电视带宽，第一个使用这些频率的智能设备网络将在今年年底推出。

解决方案

对于电信公司来说，他们需要更有效地使用频谱。一种方法是超越电台和电视乐队的拥挤部分。来自人身上所有可穿戴设备的数据可以通过人体区域网络流动，该网络被设计成利用完全不同的光谱部分，例如毫米波长。然后，只有一个设备使用更拥挤的频带将所有数据传输到网络。然而，这也有它自己的问题，因为较短的波长需要更多的能量，并且可能被人体阻挡。为此，包括希思在内的研究人员正试图克服这些困难，例如，通过优化天线来降低干扰和功率损耗。

另一个有希望的想法是将无线通信引入可见光范围，即使用发光二极管(发光二极管)来产生光，并且可以作为光接收器来实现可佩戴设备的相互通信或者与网络的直接对话。包含发光二极管的可穿戴设备可以利用可见光使人被身体区域网络覆盖。它能感知每一个动作，并将信息发送到房间里的灯具上，灯具通过电线和网络连接在一起。尽管这项技术依赖于可见波长，但信号是不可察觉的。"发光二极管闪烁得如此之快，以至于人眼无法识别."瑞士南部应用科技大学研究可见光通信的电气工程师丹尼尔·普奇内利说。

更广泛的方法可能是让许多人的可穿戴设备互相传递信息，而不是将每个设备连接到网络。这一概念背后的支持是备受吹捧的多层网络，第五代移动通信系统预计将于2020年在世界许多地方推出和运行，可能会带来这种网络。当拥挤的人们试图获取相同的内容时——比如体育赛事后的旅行信息——一台设备可以充当“种子”，将数据分发到网络中的其他设备。这将减少从网络下载数据的次数。

保持安全

可穿戴设备革命的一个关键障碍来自于他们收集的关于用户的大量个人数据。调查显示，当用户将私人数据上传到公司拥有的易受攻击的服务器上时，这些服务器可能会改变服务条款、被收购或破产，他们非常担心这些设备会如何侵犯他们的隐私。

安全考虑与隐私密切相关。尽管加密技术变得越来越流行和先进，但它有时并不用于低成本的可穿戴设备。去年，来自总部位于加州的信息管理公司赛门铁克的研究人员发现，许多健康监测器的位置，包括一些来自市场领导者的设备，都很容易被跟踪。有些以明文的方式无线传输密码，使得密码容易受到黑客攻击。即使健康监视器被加密，将它连接到网络的智能手机或交换机设备也可能会受到不必要的大量许可或恶意软件的危害。

一些公司试图通过安装指纹识别器和虹膜扫描仪等生物识别设备来提高移动设备和可穿戴电子产品的安全性。然而，即使这些也是不安全的:研究人员和黑客已经破解了高分辨率相机如何从远处捕捉一个人的虹膜，以及如何使用手机上的相机来窃取指纹。

然而，比利时鲁汶大学的密码学家巴特·普雷内尔(Bart Preneel)表示，如果设计者专注于不太容易找到的功能，生物识别技术在加密方面有很大的潜力。目前，基于心跳模式验证用户身份的可穿戴设备已经出现。从长远来看，普雷内尔设想将可穿戴设备与来自人体的内部信号(如脱氧核糖核酸或内部微生物群落)配对，以确保设备只有在靠近“主人”时才会解锁

随着这些安全改进方法的出现和通信网络的多次升级，迷失的游客将有更大的机会让他的可穿戴设备在未来拥挤的广场上发挥作用。汤姆很容易在他的隐形眼镜上调出一张城市地图，并且知道他的个人数据是安全加密的。沿着这条突出的路线，他甚至有足够的时间去火车站买一杯咖啡并给配件充电。这可能不是一些可穿戴设备爱好者想象的技术乌托邦，但至少汤姆会赶上他的磁悬浮列车。(宗华)

中国科学新闻(2015-09-16第三版国际版)

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