數據加密技術在計算機網絡信息安全領域的實踐探索

一、引言

隨著信息技術的飛速發展和廣泛應用，醫療行業數字化改造步伐明顯加快。網絡安全是保障醫療信息化管理系統順利運行的基石。作為信息安全領域的核心支柱，數據加密技術發揮著不可替代的作用。其可以在醫療信息系統中守護敏感數據的安全，防止非授權訪問和資料外泄。有鑒于此，本文致力于深度剖析數據加密技術在醫療行業各個關鍵環節的實際應用，旨在為醫療領域的信息安全建設提供堅實的理論基礎和實踐指導，推動醫療信息管理系統向更智能、更高效、更安全的方向發展，從而保障醫療數據安全、提升醫療服務質量，為患者提供更安全、更智能、更高效的醫療服務。

二、數據加密技術在醫療信息管理系統中的應用

（一）調度數據傳輸加密技術實施

醫療信息管理系統作為現代醫療體系的神經中樞，承擔著監控、管理和協調醫療信息生成、傳輸和分配的重任，是確保醫療服務高效、安全運行的核心。數據傳輸加密技術的部署，是維護患者隱私與數據安全的基石，實施流程如圖1所示。構建安全的密鑰管理系統是整個加密機制的起點，它負責生成、存儲與分發加密密鑰。

密鑰的生成依賴于高質量的隨機數生成器，以確保其獨特性與安全性。密鑰的分發需通過可靠的安全通道進行，如加密郵件、物理媒介或采用安全的網絡傳輸協議，以防范密鑰在傳輸途中被竊取。加密算法的選擇需考慮醫療信息系統的特性和需求。對稱加密算法（如AES）因其高速處理大量數據的能力而被廣泛使用；非對稱加密算法（如RSA）則以其卓越的安全性見長，尤其適用于密鑰交換和數字簽名場景。在數據打包前，會添加源地址、目標地址、序列號等元數據，隨后利用選定的加密算法對數據包進行加密。這一過程可借助硬件加密設備或軟件加密庫完成，確保數據在傳輸途中的機密性。為了強化數據傳輸的安全等級，通常會在傳輸層（如TCP/IP協議棧中的TLS/SSL層）建立安全隧道，如IPSec或TLS協議，為數據流通增設一層保護罩，以抵御中間人攻擊，確保數據的完整性和機密性。當加密數據到達接收端時，使用相應的密鑰對其進行解密，同時采用數字簽名或消息認證碼（MAC）來驗證數據的完整性和發送方的身份，以確保數據未被篡改。全程詳盡的日志記錄，包括時間戳、密鑰使用情況，以及加密解密活動，不僅便于后續審計，還能幫助追蹤潛在的問題點，以確保系統的透明度與可追溯性。

（二）加密技術在醫療數據存儲中的應用

加密技術在醫療信息管理系統中起著關鍵作用，在數據存儲層面尤其如此，以保護患者隱私和醫療數據安全。為了防止非授權訪問和數據篡改，保證信息的機密性和完整性，高級加密標準成了一線防御手段。作為對稱密鑰加密技術，AES通過復雜的數學運算實現數據的加密與解密，密鑰長度有128位至256位三個選項，以提供堅實屏障來保護數據安全。其中，Ek（M）表示使用密鑰 k 對明文M進行加密， 表示使用相同密鑰k對密文C進行解密，滿足以下公式：

醫療信息管理系統中的數據庫服務器在數據存儲過程中起著核心作用。Server會使用預先生成的密鑰，在敏感信息輸人系統時將其轉換成密文，并以加密狀態保存在資料庫中。系統采取嚴格的密鑰管理措施，包括對密鑰進行定期更新，并在安全程度較高的密鑰管理系統中妥善保存，以阻斷未經授權的訪問嘗試，從而維護密鑰的安全和效用。醫療信息管理系統還融合了精細的訪問控制機制，確保只有經過身份驗證并具有相應權限的人員才能訪問。當合法用戶提出對存儲醫療資料的訪問請求時，系統會嚴格審查其身份及其權限。確認無誤后才會發出解密資料的正確密鑰。

三、醫療監控系統中的數據加密應用

（一）醫療數據傳輸加密

在醫療監測系統中，數據傳輸加密采用端到端加密技術，如TLS/SSL協議，確保傳感器采集到的數據在從傳輸到接收點的過程中，不被非授權方截取或篡改。同態加密允許在不解密數據的前提下進行計算，在保護其機密性的同時保持數據的可用性。該加密技術特別適用于云環境中的多種參與的數據分析場景。混合加密技術將對稱加密的效率與非對稱加密的安全性相結合，通過公鑰對對稱密鑰進行加密。該加密技術適用于對大量數據進行快速加密，以增強數據包的不可讀性。零知識證明和差分隱私技術在數據傳輸過程中進一步加強了隱私保護，使得接收方在增加隨機噪聲、保護個體數據點免受逆向工程的同時，能夠驗證數據的正確性，不暴露原始信息。醫療監控系統的資料傳輸加密策略必須遵循HIPAA、GDPR等嚴格的合規標準，以確保提供優質的醫療服務，同時保護患者的隱私。

（二）醫療數據存儲加密

保護靜態數據安全的關鍵環節是在醫療監測系統中對存儲數據進行加密。使用高強度加密算法，如AES（Advanced EncryptionStandard），確保醫療記錄即使在存儲介質上也處于加密狀態。透明數據加密（TDE）技術實現了數據庫層面的數據加密。其可對敏感字段進行自動加密，無需修改應用程序代碼，從而簡化了對數據安全的管理。同時，使用Key管理系統（KMS）對加密密鑰進行安全的存儲和管理，防止密鑰本身成為被攻擊的對象。分布式文件系統為適應大規模的數據存儲需求，采用分片加密策略。其可在不同的服務器上，將數據分割成若干個加密片段進行存儲，從而確保整體數據的安全。門禁列表（AccessControlList，ACL）和權限管理機制確保特定數據只有經過認證的用戶才能解密，從而將最小權限原則貫徹到數據層面。將物理安全措施和邏輯安全策略相結合，醫療數據存儲加密形成了有效抵御內部威脅和外部攻擊的多層防御體系，保證了病人資料的完整和保密。

四、醫療通信網絡中的數據加密保護

（一）醫療通信網絡的架構

醫療通信網絡架構設計需兼顧高性能、安全性和合規性，以支持實時數據傳輸和遠程醫療服務，核心架構包含三個主要層級：接入層、匯聚層與核心層，如圖2所示。接入層由無線與有線終端構成，如Wi-Fi接入點、藍牙設備、RFID標簽和傳感器，負責采集并發送患者健康數據。匯聚層整合來自接入層的多元數據流，通過交換機與路由器進行數據聚合與初步處理，確保數據的完整性并執行初步的安全檢查。核心層作為網絡的神經中樞，包括高性能交換機與防火墻，實現高速數據交換，同時部署入侵檢測系統（IDS）與入侵防御系統（IPS），以抵御網絡攻擊。醫療云平臺作為架構的延伸，提供彈性計算資源與存儲服務，支持大數據分析與AI應用。整個架構依托于軟件定義網絡（SDN）與網絡功能虛擬化（NFV）技術，實現網絡資源的動態分配與優化，強化安全策略實施[2。加密技術貫穿于數據傳輸全程，包括TLS/SSL協議、IPSec隧道及量子密鑰分發，確保醫療數據在網絡中流轉時的機密性與完整性。

（二）通信鏈路加密技術

在醫療通信網絡中，通信鏈路加密技術是確保數據在傳輸過程中不被竊聽或篡改的關鍵。通信鏈路加密技術主要采用兩種加密方式：端到端加密和傳輸層加密。端到端加密如SignalProtocol，確保數據僅在發送者和接收者之間解密，即使在中間傳輸節點被攔截，數據仍保持加密狀態，特別適用于即時通信和文件傳輸。傳輸層加密，如TLS（TransportLayer Security）協議，在TCP/IP協議棧的傳輸層實現加密，建立一個加密通道，保護HTTP、SMTP等應用層協議的數據安全，廣泛應用于Web瀏覽、電子郵件和遠程登錄等場景。IPSec（IntemetProtocolSecurity）在IP層提供安全服務，通過ESP（Encapsulating Security Payload） 和 AH（AuthenticationHeader）協議實現數據加密和完整性驗證，適用于構建安全的虛擬私有網絡（VPN）[3]。

（三）醫療物聯網設備的加密保護

醫療物聯網（IoMT）設備的加密保護是保護患者隱私與數據安全的基石。設備將數據以加密方式處理并存儲在設備上或傳輸到云平臺，保證數據的機密性。同時，利用TLS/DTLS協議建立安全通道進行數據加密傳輸與身份認證。為防止惡意軟件注入并保證設備固件的安全更新，在數字簽名和哈希校驗的基礎上，采用同態加密技術來保證數據在加密狀態下的分析處理。邊緣計算技術在靠近源頭的位置對數據進行加密處理，可減少網絡延遲并提高數據安全[4。設備對訪問控制策略進行嚴格實施，并結合生物特征認證，保證只有授權的人員才能進行數據的訪問和讀取。

五、數據加密技術在智慧醫療系統中的應用

（一）智慧醫療系統數據傳輸加密技術實踐

在智慧醫療系統中，數據傳輸加密是保障病人信息隱私和醫療數據安全的關鍵環節，這一點已經得到了實踐的證實。利用SSL/TLS協議為數據在互聯網上的傳輸建立安全隧道，從而保證數據包的完整性和機密性。同時，結合非對稱加密技術如RSA，用于交換對稱密鑰。

而對稱加密如AES則用于高效加密大量數據，其利用IPSec在專用網絡中創建虛擬私有網絡，進一步增強數據保護力度，采用多方安全計算和同態加密技術，使數據在加密狀態下仍能進行分析與處理，在避免數據明文暴露的情況下，提高了醫療數據的安全性[5]。此外，實施嚴格的訪問控制和定期的密鑰輪換策略，在保障醫療數據安全的同時，確保系統的可用性。

（二）實施效果與性能分析

實施加密技術后，智慧醫療系統的數據安全性和系統性能顯著提升，具體如表1所示。數據泄露事件從12次降至0次，改善 100 % ，完全消除了數據外泄風險。加密延遲時間大幅縮減至原時間的 3 7 . 5 % ，提高了數據傳輸的效率。密鑰管理效率躍升至 9 9 % ，優化了 1 6 . 4 7 % ，保障了密鑰的安全與高效管理。系統可用性增強至 9 9 . 9 % ，提高了 1 . 4 2 % ，確保了持續穩定的服務。傳輸速度提升至105Mbps，增加了 5 % ，實現了更快的數據流通。人侵檢測準確率增至 9 5 % ，增長了1 8 . 7 5 % ，加強了對潛在威脅的精準識別。

六、結束語

數據加密技術在醫療行業的不同領域，如醫療信息管理系統、醫療監控系統、醫療通信網絡和智慧醫療系統中發揮著至關重要的作用，有效提升了整個醫療系統的信息安全水平。未來，隨著技術的不斷進步，加密技術將在醫療行業中扮演更加關鍵的角色，為醫療信息管理系統的信息化建設和安全運行提供堅實的技術支撐。

作者單位：鄭同興溫州醫科大學附屬第二醫院信息中心

參考文獻

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[3]任曉霞，袁雪莉.云環境下安全高效的醫療大數據共享方案[J].中國數字醫學，2019，14（06）：79-80+83.

[4]柏松，王曉勇，胡勝利.基于區塊鏈和代理重加密的醫療物聯網數據安全管理系統[J].中國計量大學學報，2024，35（01）：80-88.

[5]鞏蕾.數據加密技術在醫院信息化系統中的應用[J].電子技術與軟件工程，2018.（05）：222-223.