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DISEÑO DE UN SISTEMA DE RECEPCION, VISUALIZACION Y
ALMACENAMIENTOEN UN SERVIDOR CON PARAMETROS DE
SEGURIDAD PARA SEÑALES BIOLOGICAS
Dora. Ballesteros, David. Lara, Camilo. Parra
Universidad Militar Nueva Granada. [email protected], [email protected].
Resumen— Este trabajo consiste en una plataforma de
telemedicina para la comunicación entre médico y
especialista de información clínica del paciente, registros
médicos y chat, utilizando un servidor central para el
almacenamiento de la información y aplicación de políticas
de seguridad. Debido a esto surge de la necesidad de
desarrollar e implementar un sistema que permita la
asistencia remota a pacientes que se encuentren ubicados en
lugares de difícil acceso pero que cuenten con una conexión a
internet para posibilitar el envió de señales biomédicas. Se ha
creado una plataforma que interconecta las interfaces de
médico y especialista y un servidor donde se encuentra una
base de datos. Las interfaces permiten el ingreso de nuevos
pacientes, consulta de pacientes, chat entre médicoespecialista y el envío de señales biológicas online. Para la
transmisión de la información se establece una red privada
virtual (VPN) que envía los datos de forma encriptada y
convierte la red pública (internet) en una red local virtual
con seguridad. Se establece un usuario y una contraseña para
el ingreso a la plataforma, con el cual después de tres intentos
el usuario se bloquea y debe ser de nuevo habilitado por el
administrador de la base de datos. En conclusión se obtiene
una plataforma que integra el envió y almacenamiento de
información médica, otorgando al especialista de la salud la
convergencia de servicios acortando el tiempo de los
diagnósticos, el uso del protocolo TCP y de una VPN-SSL que
cumplen con los parámetros básicos de seguridad requeridos
por la HIPAA con el fin de garantizar una comunicación
segura y la integridad de los datos.
Palabras clave— Interfaz, VPN, Almacenamiento.
I. INTRODUCCIÓN
ste trabajo consiste en el diseño e implementación de
una plataforma de telemedicina para el envío de
información clínica entre médico general y especialista,
consulta de registros médicos e interacción por medio de
un chat, utilizando un servidor central para el
almacenamiento de la información y la aplicación de
parámetros basicos de seguridad requeridos por el estandar
Healt Insurance Portability and Accountability Act,
HIPAA[1].
E
La telemedicina, parte del uso de tecnologías de la
información y las comunicaciones y entre sus objetivos esta
el mejorar la cobertura de las redes hospitalarias,
cambiando el sistema actual de atención en el que los
pacientes deben movilizarse a los centros de salud que
cuentan con especialistas. Con el uso de esta herramienta
lo que se mueve es la información.
Se realizo un proyecto por la Imaging Science and
Information System (ISI), Georgetown University Medical
Center (GUMC) y el Departamento de Medicina Interna,
Cirugía y pediatría del GUMC. Este grupo de investigación
estudió el diseño y la eficacia técnica del uso de un equipo
personal para el acceso a una plataforma que consta de tres
aplicaciones medicas diferentes. La primera aplicación
consiste en posibilitar la consulta farmacológica off-line.
La segunda aplicación fue dedicada a imágenes de piedras
y cálculos en las vías urinarias, haciendo la consulta desde
una ubicación off-line. La tercera aplicación se diseño para
el departamento de pediatría con el fin de dar solución a
subespecialidades pediátricas desde una ubicación off-line.
Teniendo en cuenta las características de este sistema, se
extraen ideas como la posibilidad de acceder a una
plataforma desde un equipo personal y la posibilidad de
integrar varios servicios en un solo sistema aportando al
proyecto nuevos servicios. [2]
Considerando el estado actual del sistema de salud y de las
tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC)
en Colombia, surge la necesidad de desarrollar
e
implementar una plataforma medica que permita la
asistencia remota a médicos generales localizados en zonas
que permitan el acceso a internet.
Mediante este proyecto se quiere proporcionar la facilidad
de relacionar señales biomédicas con pacientes, almacenar
y posteriormente visualizar esta información en el
momento necesario.
II. SISTEMA PROPUESTO
El sistema propuesto es mostrado a partir del diagrama
de bloques de la Figura 1. Las señales biológicas han sido
previamente adquiridas de la base de datos de
Massachusetts Institute of Technology (MIT),
son
visualizadas en un computador y enviadas online al
especialista. En este punto, el especialista y el médico
general pueden interactuar mediante un chat que se
encuentra en la misma pantalla de visualización de la
señal. Cada interfaz gráfica actúa dentro del modelo
cliente/servidor y se conectan mediante una VPN entre sí y
con el servidor.
Fig. 1: Modelo Médico a Especialista
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A. Estudio preliminar
Para el diseño de un sistema de visualización de señales
biomédicas que permita el almacenamiento en un servidor,
se evaluaron las siguientes aspectos relevantes con el fin de
tener un funcionamiento correcto de la plataforma.
• Tipo de información
La caracteristicas que debe tener la información para la
transmisión online de señales biologicas y el posterior
almacenamiento en el servidor. Los archivos almacenados
deben ser de texto plano. El primer y ultimo dato del
archivo es el correspondiente al delta t de la señal. Los
datos correspondientes a la grafica debe estar expresados
en notación decimal, el divisor decimal en este caso debe
ser una coma (,), por ejemplo: 0,001.[3]
• Tipo de transmisión
Se analiza la transmisión que se realiza entre el médico
general y el especialista, médico general y servidor o
especialista y servidor, presenta los casos de ser una
transmisión unidireccional o bidireccional, este caso sera
presentado en el desaroollo del proyecto.
• Perfil de usuario
Se definen dos perfiles de usuario dentro del sistema:
o Médico General: Es el encargo de atender
personalmente al paciente, de recibir la
información necesaria de datos personales para
que luego sea almacenada.
Fig. 2: Diagrama de casos
• Autenticación de usuario.
Ingresando el ID de usuario y contraseña en la interfaz
de la plataforma, se comprueba la existencia del usuario
consultando la base de datos del sistema. Para identificar si
es un especialista o un médico general, se establece un
rango en las tablas donde de 001 a 499 corresponde al
especialista y de 500 a 1000 al médico general.
o Médico Especialista: Es la máxima autoridad y
quien decide si las señales biologicas e
informacion suministrada es valida, él es el único
autorizado para diagnosticar al paciente.
• Parámetros de seguridad
Haciendo una evaluación de la seguridad de la
plataforma, se establece el nivel de seguridad basado en los
parámetros establecidos por Control Objectives for
Information and related Technology (COBIT) e HIPPA.
III. DESARROLLO DE LA INTERFAZ
La interfaz grafica permitira a los usuarios, de acuerdo a
su perfil, realizar las acciones que estan descritas en el
diagrama de casos de uso Figura 2.
Fig. 3: Autenticacion de usuario
• Menu Usuario
En este caso el menú del especialista es diferente del
médico general, el modo de trabajo de la interfaz del
especialista es de consulta y recepción, por tal motivo el
especialista siempre estará atento a las solicitudes del
médico general.
• Ingresar paciente
El médico general por ser quien tiene contacto directo
con el paciente, debe llenar un formulario para registrar al
nuevo usuario en la base de datos con el fin de relacionarlo
con los exámenes realizados, para ello se deseñó una
ventana en la que el médico digite los datos básicos del
paciente, que son almacenados en el servidor.
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IV. VULNERABILIDADES
• Consultar paciente
La consulta de los pacientes en la base de datos se hace
por medio de la interfaz grafica, los usuarios de ambos
perfiles tienen la posibilidad de hacer la consulta bien sea
por el ID o por el numero de cédula.
• Consulta exámenes
Una vez hecha la consulta de un paciente, el médico
puede acceder a los exámenes asociados a esa consulta, los
exámenes están ordenados por día, mes, año y el número
de examen realizado ese día. Una vez digitada esa
información se da clic en el botón Consultar y aparecerá la
información consultada.
• Visualización
La transmisión de la información online se realiza
después de consultar en la base de datos los especialistas
disponibles. Una vez hecha la consulta, se envía una
invitación para el inicio del chat y posteriormente se incia
el envío de la señal biológica.
La ventana de visualización tiene opciones diferentes de
acuerdo al perfil del usuario. De este modo si se observa la
ventana del médico general en la Figura 8 (a), adicional al
chat se
dispone de un único botón de envío de
información. Cuando se activa este botón se abre una
ventana en la que el médico puede seleccionar el examen
que desea enviar.
• Acceso.
Ingeniería social. Tiene como fin obtener infomación
para el acceso a la plartaforma, una vez obtenidos datos
basicos, el atacante puede tratar de ingresar al sistema por
fuerza bruta.
• Transmisión.
El primer aspecto evaluado fue la transmisión. Para
conocerla forma en que los datos se están transmitiendo, se
utiliza software para capturar tramas que viajan en una red
(Sniffer). La prueba consistió en hacer una consulta a la
base de datos desde la aplicación desarrollada en
LabVIEW y mediante el Sniffer “escuchar” la transmisión.
El resultado obtenido mostro las sentencias completas
incluyendo información importante como el ID, cédula,
nombres de usuario y los datos de las señales biológicas.
• Servidor.
El servidor presta más servicios aparte de almacenar los
datos, por ello se habilitan puertos como SSH 22, HTTP 80
y el mismo Mysql 3306, con un analizador de puertos
como Nessus, se observan los puertos que están abiertos y
que nivel de vulnerabilidad presenta cada uno. En la
Figura 9 a continuación se observa el escaneo de puertos
para el servidor.
La ventana de visualización del especialista (Figura 8
(b)) cuenta con más opciones debido a las características de
su perfil. Puede almacenar en la base de datos la señal que
ha recibido asociándola con el ID del paciente y el tipo de
señal. Adicional a esto, puede visualizar repetidamente la
información recibida.
Fig. 9: Escaneo de puertos
V. PARAMETROS DE SEGURIDAD
Los parametros fueron tomados de algunos
requerimientos exigidos por COBIT e HIPPA, son:
“Implementar procedimientos para verificar que la persona
o entidad que solicite el acceso a la información electrónica
de salud protegida sea realmente la persona quien la
solicito.”[4], ítem necesario para la autenticación, este
punto se solucionó con la base de datos, en cual se
corrobora que el usuario y la contraseña digitados, se
encuentren en las tablas. Segundo: “Exigir a cada persona
una contraseña o PIN”[5], la contraseña debe estar oculta
por lo cual la tabla de las contraseñas se encuentra cifrada
con el algoritmo password incluido en mysql.
Fig. 8: (a) Visualización Médico General (b) Visualización Especialista
4
• Autenticación
Limitar intentos de acceso al sistema.[6] Este parámetro
establecido por COBIT como seguridad de nivel medio,
previene la vulnerabilidad de ataque por fuerza bruta,
después de tres intentos de aceso erroneos, se actualiza en
la base de datos un valor que bloquea al usuario. Después
de bloquear al usuario se le informa al administrador.
• Servidor.
La protección de la red se hace mediante un Firewall, se
comprueba mediante un escaneo de puertos. En este caso la
prueba se realiza desde la interfaz roja del firewall, solo
esta abierto el puerto 1194 que pertenece a OpenVPN.
En las imágenes siguientes se encuentran las pruebas
realizadas para el bloqueo de un usuario, aparece un
mensaje que informa que el usuario o la contraseña son
incorrectos, la Figura 11 representa el campo en la base de
datos, el usuario 001 posee la clave encriptada y un campo
de intento en 1.
Fig. 16: Escaneo de puerto con firewall
Fig. 11: Campo intento 1
Después de realizar los tres intentos el sistema
inmediatamente cambia el valor del intento a 4 Figura 12,
envía un correo al administrador e informa al usuario que
ha sido bloqueado y que debe comunicarse con el
administrador.
La siguiente figura se muestra la red de la plataforma.
En este caso solamente se tiene un médico general y un
especialista.
Fig. 12: Cambio campo intento a 4
• Base de datos
Se utilizo software libre para la creación de la base de
datos como fue MySql y phpmyadmin. Se modifican los
privilegios para que el usuario “root” quede fuera de las
posibilidades de ataques, así mismo se asigna un usuario
especial al médico general y al especialista en cual pueden
almacenar, actualizar, consultar, borrar los datos, pero
nunca modificar las estructuras, ni crear usuarios.
VI.
A continuacion es mostrada una tabla en la que se
resume las características de la plataforma, el símbolo √
representa que el médico general o el especialista posee
dicho item.
• Transmisión
Para solucionar el problema de la captura de datos
durante la transmisión se eligió crear una red privada
virtual, que realiza un camino seguro entre el médico, el
especialista y el servidor, ubicándolos a todos dentro de la
misma red simulada como LAN. Se eligió OpenVPN como
solución para la seguridad de transmisión porque utiliza el
protocolo SSL/TLS que incluye el método RSA, DelphiHellman y certificados digitales. Esta VPN ofrece claves
públicas y privada para el intercambio de información con
método
Rivest, Shamir y Adleman
(RSA
Método
criptográfico de clave publica) [7], las claves públicas se
envían utilizando el protocolo delphi-hellam [8]. Los
certificados digitales garantiza mayor seguridad, porque
intercambian una serie de parámetros que corroboran la
autenticidad del usuario que se comunica dentro de la
VPN.
RESULTADOS
TABLA I
RESULTADOS FINALES
Médico
general
√
√
Numero
Item
1
2
Autenticacion
Ingresar paciente
3
Consultar paciente
√
√
4
5
6
Disponibilidad
Chat
Visualizacion online
Transmisión de
señal
Almacenamiento de
examenes
Observaciones
Consulta de
examenes
√
√
√
X
√
√
√
X
7
8
9
10
Especialista
√
X
X
√
√
X
√
√
5
VII.
CONCLUSIONES
Se creó un prototipo de una plataforma que cumple con
la comprobación de usuario y password, la cual provee
servicios que fueron implementados para las funciones
necesarias del médico general y de los especialistas, de
acuerdo a los requerimientos establecidos.
Los parametros de seguridad implementados en este
proyecto como la VPN, el sistema de autenticacion y
acceso y el Firewall, protegen de forma confiable la
infomacion que se transmite y almacena.
El desarrollo e implementación de servicios como el
chat utilizando LabVIEW, facilita el uso de la plataforma
debido a que no se ejecutan programas adicionales de
mensajería instantánea garantizando el cumplimiento de lo
establecido por la HIPAA referente a la confidencialidad
de la comunicación.
El uso de una herramienta como OpenVPN facilitó la
implementación de los parámetros de seguridad
establecidos por la HIPAA ya que el sistema de
encriptación que dispone satisface los requerimientos
básicos exigidos por esta norma, además se adaptó de
forma adecuada a los requerimientos exigidos tanto por los
clientes (Windows) como por el servidos (Ubuntu Server) y
permitió la comunicación exitosa entre dichos sistemas.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Health Insurance Portability and Accountability Act, HIPAA-Part
164.312 Technical safeguards.pag 18.Consultahecha el 13 de junio de
2010
Waild G. Tohme, Wendelin S. Hayes, Seong K. Mun, DarmadiKomo,
Marion C. Meissner, “ Designing a Telemedicine Platform for Three
Different Medical Applications”, Department of Radiology,
Georgetown University Medical Center, Washington, DC 2007.
Colombia, Ministerio de Salud. Resolucion número 1995 de 1999,
Julio 8, por la cual se establecen normas para el manejo de la Historia
Clínica. Bogotá, El Ministerio, 1999, Consulta hecha 25 mayo 2010
Control Objectives for Information and related Technology. COBITMedidas de seguridad de nivel básico Consulta hecha el 12 de junio de
2010
Vulnerabilidad de phpmyadmin con inyección SQL Disponible en:
http://www.phpmyadmin.net/home_page/security/PMASA-2009-6.php
Consulta hecha el 14 de julio de 2010.
Control Objectives for Information and related Technology. COBITMedidas de seguridad de nivel MedioConsulta hecha el 12 de junio de
2010.
Pagina oficial de RSA, Consulta realizada el 11 de julio de 2010,
Disponible en: http://www.rsa.com/rsalabs/node.asp?id=2125.
Protocolo Delphi-Hellman,Consulta realizada el 11 de julio de 2010,
Disponible en: http://www.rsa.com/rsalabs/node.asp?id=2248.