Переидентификация людей через данные носимых устройств для здоровья и машинного обучения

Исследователи из Университета Массачусетса в Лоуэлле обнаружили новый тип атаки на конфиденциальность, основанной на данных носимых устройств для здоровья. Атака на переидентификацию человека (PRI-Attack) использует данные, соответствующие требованиям HIPAA, и доступные публично от носимых устройств для здоровья, для установления личности людей по данным частоты сердечных сокращений, дыхания и жестов рук, среди прочего.

Уязвимость становится возможной в США благодаря тому, что Закон о портативности и подотчетности страхования здоровья (HIPAA), требующий, чтобы медицинские данные оставались анонимными, не считает сырые данные с датчиков (такие как температура кожи и данные акселерометра) конфиденциальными, и поэтому не требует, чтобы публично распространяемые данные этого типа были зашифрованы или подвергались тем же общим защитам, что и традиционные формы данных пациентов, такие как медицинские записи.

От вектора к визуальному

Атака PRI-Attack использует интерпретированные изображения для определения общих закономерностей, которые коррелируют с другими типами данных о здоровье. Например, реакция кожи человека может быть оценена по видео (фотоплетизмография), и связана с тем, что должно быть совершенно анонимной векторной информацией от устройств мониторинга здоровья, таких как носимые часы, и других видов мониторингового оборудования. Фотоплетизмография дает данные частоты сердечных сокращений, которые можно объединить с неидентифицированными данными носимых кардиодатчиков.

Распознавание жестов является еще одним “ключом”, который можно тривиально перевести из векторных данных в визуальную матрицу, которая, снова, позволяет интерпретировать изображения/видео и связывать их сApparently анонимными данными акселерометра в данных о здоровье.

Информация о жестах рук из носимых данных. Источник: https://arxiv.org/pdf/2106.11900.pdf

Данные с датчиков как личная информация

Исследование, проведенное ассистентом профессора Мохаммада Арифа Ула Алама из Университета Массачусетса в Лоуэлле, утверждает, что физиологические данные с датчиков могут действительно составлять личную информацию и являются биологическим аналогом техник отпечатков браузера, которые в настоящее время считаются подрывающими новые инициативы по защите конфиденциальности пользователей в Интернете.

Для проверки гипотезы исследователь разработал框架 для распознавания и локализации жестов рук, который интерпретирует данные жестов (записанные векторные движения) от носимого акселерометра и переводит движения в визуальную запись, которую можно связать с движениями, записанными носимыми устройствами для здоровья.

Был построен многомодальный Сиамский нейронный сетевой комплекс (mm-SNN) для интерпретации информации о жестах, классифицированной с помощью машины опорных векторов (SVM). Одна сеть работает с векторной информацией (интерпретируемой как изображение в 3D-пространстве), а вторая сеть работает с физиологическими данными, записанными с помощью данных с датчиков.

Тестирование

Система была протестирована на различных наборах данных, включая набор данных “Усталость геймеров”, полученный путем сбора данных у пяти добровольцев-студентов в возрасте 19-25 лет, которые играли в видеоигры в течение семи дней, носив наручный компьютер Empatica E4 E4. Часы оснащены акселерометром, электродермальным контекстом (EDA), температурой кожи и фотоплетизмографией (PPG) датчиками.

E4 также использовался в новом наборе данных “ресторан”, где восемь добровольцев готовили и ели сэндвичи в течение двадцати минут, и в наборе данных “пожилые люди”, где 22 пожилых человека в возрасте 75-95 лет выполняли 13 сценариев действий, носив часы.

Наконец, исследователи использовали публично доступный набор данных “Усталость здоровых взрослых”, который отслеживал 28 здоровых мужчин и женщин со средним возрастом 42 года в течение 1-219 последовательных дней, носив многосенсорное носимое устройство, аналогичное по возможностям сбора данных Empatica E4, включая 3-осевой акселерометр, гальванический кожный ответ, температуру и фото датчики, и барометр.

Результаты показывают, что частота сердечных сокращений и дыхания являются наиболее надежными средствами для переидентификации, с средней точностью более 66%.

Результаты тестирования методологии PRI-Attack. PPG: фотоплетизмография; HR: частота сердечных сокращений; BR: частота дыхания; PVP: пульс объема крови (получен из PPG); IBI: интервал между ударами (получен из PPG); TC: тонический компонент сигнала EDA; Фазовый компонент данных EDA (Ibid); Temp: температура.

Исследование заключает:

‘Хотя современные технологии компьютерного зрения можно легко использовать для обучения жестам рук и соответствующим физиологическим сигналам (частоте сердечных сокращений, частоте дыхания) из публичных систем видеонаблюдения, эти огромные объемы записанных видео можно легко использовать атакующими для обучения биометрических данных пользователей и раскрытия личности из данных носимых устройств для здоровья, соответствующих требованиям HIPAA.’

HIPAA считает данные электронных записей здоровья “анонимизированными по умолчанию”

Правительство США признало рост личных записей здоровья (PHR) и классифицирует такую запись (включая данные от носимых устройств для здоровья) как ‘электронную запись информации о здоровье человека, которой человек контролирует доступ к информации и может иметь возможность управлять, отслеживать и участвовать в своей собственной медицинской помощи’.

Тем не менее, поскольку это явление происходит из частного сектора, правительство признает, что не имеет официального надзора за такими данными, установив, что они не содержат личной идентифицирующей информации (PII). Отчет от июня 2016 года о не покрываемых сущностях HIPAA от Министерства здравоохранения и социальных служб США гласит:

‘[Большие] пробелы в политике вокруг доступа, безопасности и конфиденциальности продолжаются, и путаница сохраняется среди потребителей и инноваторов. Носимые фитнес-трекеры, социальные сети для здоровья и мобильные приложения для здоровья основаны на идее вовлечения потребителей. Однако наши законы и правила не поспевают за этими новыми технологиями.’