Cayley–Purser 加密通信与 Jackknife 关联分类:优化 COVID 患者数据分析的创新方案

【字体: 时间:2025年02月08日 来源:Scientific Reports 3.8

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  在 COVID-19 疫情下,医疗数据通信存在安全级别低、数据分类准确性差等问题。研究人员设计 CPCSC-JCDC 方法,经实验验证,该方法能提高安全级别、分类准确性,减少数据分类时间,对医疗数据处理意义重大。

  在新冠疫情的阴霾笼罩下,全球医疗系统面临着前所未有的挑战。大量的新冠患者需要及时诊断和治疗,这使得医疗数据的处理变得至关重要。然而,传统的医疗数据通信和分类方法却问题重重。一方面,现有技术在数据通信过程中,安全级别难以保障,患者的隐私数据可能面临泄露风险;另一方面,数据分类的准确性也不尽人意,这可能导致对患者病情的误判,影响治疗效果,增加患者的住院次数,降低患者满意度。
为了解决这些棘手的问题,来自 JAIN(被视为大学)、Velagapudi Ramakrishna Siddhartha 工程学院(自治)、SASTRA 被视为大学、Applied Science 私立大学、Jadara 大学以及 Imam Khomeini 海军科学大学的研究人员,展开了一项关于 COVID 患者数据分析的研究。他们设计了基于 Cayley–Purser 加密安全通信的 Jackknife 关联数据分类(CPCSC-JCDC)方法,相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员在这项研究中主要运用了两项关键技术方法。一是 Cayley–Purser 密码系统,通过生成公钥和私钥,对患者数据进行加密和解密,确保数据在传输过程中的安全性和隐私性;二是 Jackknife 关联函数,用于对接收的数据进行分析和分类,将患者数据分为紧急病例和正常病例,以此来提高数据分类的准确性。研究数据来源于https://www.kaggle.com/sudalairajkumar/novel-coronavirus-2019-dataset上的新冠病毒 2019 数据集,其中的 COVID19_open_line_list 文件包含 44 个属性和 13,174 个实例。

研究结果


  1. 对安全级别的影响:研究人员通过计算数据保密率来评估安全级别。数据保密率是指仅由医生访问或查看的感知数据数量与 IoMT 设备感知的数据数量之比。实验结果表明,CPCSC-JCDC 方法的数据保密率在不同数据量下均高于其他四种现有方法,如与传统的物联网医疗系统、线性回归预测模型、支持向量机(SVM)和决策树相比,分别提高了 7%、11%、14% 和 17%。这得益于 Cayley–Purser 密码系统的应用,该系统通过生成密钥对,在患者端用公钥加密数据,医生端用私钥解密,有效提高了数据保密率。
  2. 对数据分类准确性的影响:数据分类准确性是指正确分类的数据数量与感知数据数量之比。研究发现,CPCSC-JCDC 方法的数据分类准确性在不同数据量下同样高于其他四种现有方法,与传统的物联网医疗系统、线性回归预测模型、SVM 和决策树相比,分别提高了 8%、11%、14% 和 18%。这是因为 CPCSC-JCDC 方法结合了 Cayley–Purser 密码系统和 Jackknife 关联函数,既保障了数据通信的安全性,又通过 Jackknife 关联函数准确分析患者数据,将其分类为紧急病例和正常病例,降低了患者的再入院率,从而提高了数据分类准确性。
  3. 对数据分类时间的影响:数据分类时间是指进行安全数据通信和分类所需的时间,由感知数据数量和分类单个患者数据所需时间的乘积得出。研究结果显示,CPCSC-JCDC 方法的数据分类时间比其他四种现有方法都要少,与传统的物联网医疗系统、线性回归预测模型、SVM 和决策树相比,分别减少了 34%、48%、57% 和 63%。这是由于 Cayley–Purser 密码系统和 Jackknife 关联函数的协同作用,使得数据通信安全高效,数据分类快速准确,从而减少了数据分类时间。

研究结论与讨论


CPCSC-JCDC 方法成功地实现了数据收集、通信和分类的优化。该方法先利用 Cayley–Purser 密码系统,借助患者的公钥对收集到的患者数据进行加密,再将加密数据发送给医生,医生用私钥解密后,通过 Jackknife 关联函数分析数据,将其分类为紧急病例或正常病例,有效降低了患者的再入院率,提高了患者满意度。

通过全面的实验评估,研究人员发现,与其他相关工作相比,CPCSC-JCDC 方法在提高数据保密率和减少数据分类时间方面表现出色,分别提升了 12% 和减少了 51%。这一研究成果为 COVID 患者数据的处理提供了更安全、高效的解决方案,在医疗领域具有重要的应用价值,有望推动物联网医疗技术的进一步发展,改善医疗服务质量,保障患者的健康权益。

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