CN118056426A - 部署在保健基础设施中的连续分析物传感器系统的无线设置和安全性 - Google Patents
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Abstract
公开了用于促进传感器系统与部署在保健设施中的一个或多个其他装置之间有线或无线的安全通信的技术和协议。在某些实施方案中，该技术和协议包括用于实现增强的安全性的安全装置配对技术和协议，例如在保健设施中建议的。在某些实施方案中，一种方法包括：在传感器系统的应用层处，执行与显示装置的密码认证密钥交换(PAKE)协议以导出认证密钥；在该传感器系统处，执行与该显示装置的认证配对协议；在该认证成功之后，在该传感器系统与该显示装置之间建立加密连接；以及经由该加密连接从该传感器系统向该显示装置传输指示测量的分析物水平的分析物数据。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年11月4日提交的美国临时专利申请63/263,560号的优先权和权益，该美国临时专利申请据此被转让给本申请的受让人，并且通过全文引用明确地并入本文，如同在下面完全阐述并且用于所有可应用的目的。
背景技术
本申请总体上涉及医疗装置诸如分析物传感器，并且更具体地涉及与促进在分析物传感器(例如，连续血糖监测(CGM)装置)、无线装置以及保健设施中的各种有线或无线节点当中的有线和无线安全通信有关的系统、装置和方法。
相关技术说明
糖尿病是与身体产生或使用胰岛素有关的代谢病症。胰岛素是允许身体将葡萄糖用于能量或将葡萄糖储存为脂肪的激素。
糖尿病是胰腺无法产生足够的胰岛素(I型或胰岛素依赖型)和/或胰岛素无效(2型或非胰岛素依赖型)的病患。在糖尿病状态下，受害者患有高血糖，这会引起与小血管的退化相关联的一系列生理紊乱(肾衰竭、皮肤溃疡或出血进入眼睛的玻璃体)。血糖过低反应(低血糖)可能是由无意的过量剂量的胰岛素或在正常剂量的胰岛素或降糖剂之后伴随有过度运动或食物摄入不足诱导的。
通常，糖尿病患者携带自监测血糖(SMBG)监测器，该SMBG监测器可能需要不舒服的手指刺破方法。由于缺少舒适和方便，糖尿病患者每天通常将只对自己的葡萄糖水平进行两到四次测量。不幸的是，这些时间间隔散开过远，使得糖尿病患者有可能会过迟地警觉到血糖过高或血糖过低情况，因此有时会引发危险的副作用。事实上，由于常规方法的局限性，糖尿病患者将不太可能得到及时SMBG值，并且进一步地糖尿病患者将不会知道其血糖值是上升(较高)还是下降(较低)。
因此，正在开发用于连续地检测和/或量化血糖值的各种非侵入性的、透皮的(例如，经皮的)和/或可植入的传感器。通常，在糖尿病管理系统中，这些传感器无线传输原始数据或最小处理的数据，用于随后在一个或多个远程装置处显示和/或分析，该远程装置可以包含显示装置、服务器或任何其它类型的通信装置。如显示装置等远程装置然后可以利用受信任的软件应用程序(例如，由传感器制造商批准和/或提供)，该软件应用程序获取原始或最小处理的数据并向用户提供关于用户的血糖水平的信息。因为使用此类可植入传感器的糖尿病管理系统可以向用户提供更多最新信息，所以该系统可以降低用户无法调节用户的血糖水平的风险。
提供此背景技术是为了介绍以下发明内容和具体实施方式的简要上下文。此背景无意帮助确定所要求保护的主题的范围，也不被视为将所要求保护的主题限制于解决上文呈现的任何或所有缺点或问题的具体实施。
发明内容
本发明的某些实施方案提供一种促进显示装置与用于测量血糖水平的传感器系统之间有线或无线的安全通信的方法。该方法一般包括：在显示装置的应用层处执行与传感器系统的密码认证密钥交换(PAKE)协议以导出认证密钥；在显示装置处执行与传感器系统的认证配对协议，其中认证配对协议的执行包括：在显示装置处从传感器系统接收针对传感器系统配置的第一输入/输出(I/O)能力的指示，其中传感器系统未配置有第一I/O能力；在显示装置的应用层处获得基于认证密钥导出的通行密钥；以及通过验证通行密钥匹配在传感器系统处生成的另一通行密钥认证传感器系统，其中另一通行密钥由传感器系从在传感器系统的应用层处执行PAKE协议导出；在认证成功之后，在显示装置与传感器系统之间建立加密连接；以及在显示装置处经由加密连接从传感器系统接收指示测量的分析物水平的分析物数据。
本发明的某些实施方案提供一种促进用于测量血糖水平的传感器系统与显示装置之间有线或无线的安全通信的方法。该方法一般包括：在传感器系统的应用层处执行与显示装置的PAKE协议以导出认证密钥；在传感器系统处执行与显示装置的认证配对协议，其中认证配对协议的执行包括：从传感器系统向显示装置传输针对传感器系统配置的第一输入/输出(I/O)能力的指示，其中传感器系统未配置有第一I/O能力；在传感器系统的应用层处获得基于认证密钥导出的通行密钥；以及通过验证通行密钥匹配在显示装置处生成的另一通行密钥认证传感器系统，其中另一通行密钥由显示装置从在显示装置的应用层处执行PAKE协议导出；在认证成功之后，在传感器系统与显示装置之间建立加密连接；以及经由加密连接从传感器系统向显示装置传输指示测量的分析物水平的分析物数据。
本发明的某些实施方案提供一种传感器系统，该传感器系统包括分析物传感器，该分析物传感器可操作以生成分析物测量结果；和传感器电子器件模块，该传感器电子器件模块包括存储器和处理器，该存储器包括可执行指令，该处理器与存储器进行数据通信并且被配置为执行指令以致使传感器系统进行以下：(i)在传感器系统的应用层处执行与显示装置的密码认证密钥交换(PAKE)协议以导出认证密钥；(ii)在传感器系统处执行与显示装置的认证配对协议，其中处理器被配置为执行认证配对协议包括处理器被配置为：(1)从传感器系统向显示装置传输第一输入/输出(I/O)能力的指示，其中传感器系统未配置有第一I/O能力；(2)在传感器系统的应用层获得基于认证密钥导出的通行密钥；以及(3)通过验证通行密钥匹配在显示装置处生成的另一通行密钥认证传感器系统，其中另一通行密钥由显示装置从在显示装置的应用层处执行PAKE协议导出；(iii)在认证成功之后，在传感器系统与显示装置之间建立加密连接；以及(iv)经由加密连接将指示分析物测量结果的分析物数据从传感器系统传输到显示装置。
附图说明
图1A示出了根据本文所公开的一些实施方案的在医院和/或其他护理设施(下文中称为“保健设施”)中实现的示例性健康监测和支持系统。
图1B示出了根据本文所公开的某些实施方案的图1A的分析物传感器系统连同多个显示装置107。
图1C更详细地示出了根据本文所公开的某些实施方案的图1A和图1B的分析物传感器系统和显示装置。
图2是示出了根据本文所公开的某些实施方案的用于在部署在保健设施中的装置之间建立安全无线连接的示例性操作的流程图。
图3A至图3C提供了根据本文所公开的某些实施方案的图2中描述用于保健设施中的装置的上机(on boarding)、常规使用和下机(off boarding)的操作的示例性示出。
图4是示出了根据本文公开的某些实施方案的执行某些安全协议以在分析物传感器系统与第一移动装置之间建立安全无线通信的调用流程图。
图5是示出了根据本文公开的某些实施方案的执行某些安全协议以在分析物传感器系统与第二移动装置之间建立安全无线通信的调用流程图。
具体实施方式
使用分析物传感器与一个或多个远程装置之间基于某些现有无线通信协议的无线连接可能使传感器和/或远程装置面临安全性、完整性、隐私性和可用性问题(例如，传感器和/或远程装置可能由于恶意攻击等而变得不可用)。
因此，来自管控实体的指南可能需要用于医疗装置的严格的安全(例如，网络安全)协议，以帮助消除此类安全性、整体性、隐私性和可用性问题。具体地，保健行业对复杂网络、连接的装置和数字记录的加速采用使现代保健设施极易受网络攻击。因此，为了减轻对整个保健基础设施的威胁并且降低网络攻击的风险，可以建议部署在医院和/或其他护理设施(本文中称为“保健设施”)中的装置使用更严格的安全协议，以在这些装置之间建立比其他环境更安全的无线连接。建议保健设施中严格的安全要求以保护患者安全和隐私，以及通过减轻可能对临床结果具有负面影响的破坏确保高质量护理的有效递送的连续性。
在一个示例中，为了实现增强的安全性，建议保健设施中的装置参与涉及加密密钥的安全交换的认证配对，并且在一些情况下，除了参与认证配对之外，还参与密钥协商协议，诸如涉及椭圆曲线Diffie-Hellman(ECDH)的协议(例如，。配对是两个装置为了建立安全链路的目的而交换装置信息的过程。由装置用于此类配对的协议确定与配对相关联的认证的强度，该强度直接与由装置实现的安全级别相关。因此，参与与密码认证的密钥协商的认证配对的装置可以实现更高级别的安全性。例如，使用LE安全配对可促进保护通信免于受被动窃听，而不管所使用的配对方法(通行密钥输入、带外等)。此外，认证配对可提供保护免于中间人(MITM)攻击。
存在用于实现对等装置(例如，参与配对的一对装置)之间的认证配对的多个现有协议。例如，在一些情况下，基于输入/输出(I/O)的配对方法(例如，至少需要一个对等装置的输出能力和另一对等装置的输入能力的配对方法)，诸如通行密钥输入协议，可用于实现认证配对。在某些示例中，通行密钥输入协议利用对等装置两者可访问的多数位(例如，六数位)通行密钥(有时称为通行码或配对码)以进行认证。通行密钥输入协议使用逐渐公开通行密钥的每一位直到已验证通行密钥的所有位的方法。通行密钥输入方法可用于防止和/或检测MITM攻击，并且进一步保护对等装置免于被动窃听。
使用基于I/O的配对方法可以基于每个对等装置的I/O能力。为了实行基于I/O的配对方法(像通行密钥输入配对)，一个对等装置的I/O能力可能需要至少包括显示能力(例如，监测器、显示器、发光二极管(LED)显示器等)，而另一对等装置的I/O能力可能需要至少包括输入能力(例如，键盘、按钮等)。例如，为了在通行密钥输入配对方法中验证通行密钥的每一位，通行密钥必须首先在对等装置之间传递。通行密钥从一个对等装置传递到另一对等装置的方式可以变化。通行密钥输入配对方法可涉及配置有指令的对等装置的BLE层(参考对等装置的BLE协议栈的主机和控制器部件，如下面进一步描述)，以允许一个对等装置使用对等装置的I/O能力将通行密钥传递到另一对等装置。例如，在一些情况下，至少有显示I/O能力的第一对等装置的BLE层致使随机六数位数值生成并且显示在第一对等装置的显示器上以供第二对等装置处的用户输入，其中第二对等装置至少具有输入I/O能力。然后，第二对等装置的BLE层致使用户界面(UI)特征(例如，弹出窗口或对话)生成并且显示在第二对等装置处。然后，用户从第一对等装置的显示器读取数字，并且使用键盘将其输入到第二对等装置(例如，设计有输入能力)处的UI特征中。因此，起码为了利用基于I/O的配对方法诸如通行密钥输入配对，至少一个对等装置需要具有输入能力，而另一装置将需要输出能力传递通行密钥以进行认证。
因此，在一个或多个对等装置不满足I/O能力要求(例如，不具有输入和/或输出能力)的情况下，在预期用户从一个对等装置读取密钥并且将该密钥输入到另一对等装置中以用于认证配对的情况下，基于I/O的配对方法可能不可行。如此，未配置有I/O能力的装置遭受无法使用基于I/O的配对方法实现认证配对的问题。由于这个技术问题，此类装置可能易受主动和被动窃听和/或MITM攻击。在被动攻击中，黑客可以截取并且简单地监测在对等装置之间交换的信息而不改变该信息。在主动攻击中，黑客试图修改他们已截取的信息的完整性和可用性，目的是得到访问或更大的特权。
部署在保健设施中的一个或多个装置可以分类成无输入、无输出装置。例如，提供给入院的患者和/或护理设施的传感器可能未配置有显示器或键盘能力。如此，这些装置的部署可能不允许满足建议的安全要求(例如，至少由于不能实现认证配对)，并且因此不利地影响保健设施的安全姿态。
因此，本文中描述的某些实施方案涉及促进在包括分析物传感器(例如，连续血糖监测系统(CGM)装置)、无线装置以及可能未配置有I/O能力的各种有线或无线节点的医疗装置当中有线和无线的安全通信的系统和方法。使用本文中描述的方法建立安全无线连接可以帮助减少与保健设施中的无线通信相关联的安全性、完整性、隐私性和/或可用性问题，从而改进保健设施的安全姿态。
在某些实施方案中，提供了在分析物监测系统与保健设施中的无线显示装置(例如，接收器、移动电话等)之间建立安全无线通信。具体地，通过使用密码认证的密钥交换(PAKE)以生成认证密钥(本文中可互换地称为“K-auth”)实现在保健设施中建议的用于获取增强的安全性的认证配对，该认证密钥由对等装置(例如，分析物监测传感器系统和无线显示装置)用于导出通行密钥以用于认证连接。此类具体实施移除了对有I/O能力的两个装置使用通行密钥输入配对方法实现认证配对的需要。
图1A描绘了描绘示例性保健设施的不同部件的高级系统架构图，这些不同部件实现用于收集、监测和/或提供关于与存在于用户身体中的分析物相关联的分析物值的信息的健康监测和支持系统100(下文中称为“系统100”)。在一个示例中，系统100可以是用于收集、监测和/或提供关于保健设施中的用户身体中的血糖水平的信息的糖尿病管理系统。在另一示例中，作为糖尿病的替代或补充，系统100可用于通过收集、监测和/或提供关于用户身体中的一个或多个其他分析物的信息管理另一生理状况或状况的组合。
系统100的用户102(下文中称为“用户”)可以是入院的患者和/或与系统100诸如分析物传感器系统104(下文中称为“SS104”)的健康监测装置交互的其他护理设施。如图所示，系统100包括SS104、执行应用程序106的移动装置107a、专有接收器107b(本文中称为“接收器107b”)、蓝牙低功耗(BLE)集线器108、可选的合伙系统110(例如，医院系统、护理设施系统或其他授权的合伙系统)以及电子医疗记录(EMR)112。
在某些实施方案中，提供SS104以用于测量用户中的分析物。通过概述和示例，SS104可以实现为封装的微控制器，该微控制器进行传感器测量、生成分析物数据(例如，通过计算用于连续监测一个或多个分析物的值)并且参与无线通信以将此类数据发送到远程显示装置107诸如移动装置107a和/或接收器107b、授权合伙系统诸如合伙系统110和/或医疗递送装置(例如，胰岛素泵、输液泵等)。
在某些实施方案中，SS104和显示装置107和/或授权合伙系统被配置为使用低范围和/或短距离无线通信协议无线地通信。此外，在某些实施方案中，SS104和授权合伙系统诸如合伙系统110被配置为经由网络(例如，WiFi网络、BLE网络、广域网(WAN)、因特网等)无线地通信。低范围和/或短距离无线通信协议的示例包括蓝牙和蓝牙低功耗(BLE)协议。在某些实施方案中，可使用的其它短程无线通信技术可包括近场通信(NFC)、射频识别(RFID)通信、IR(红外线)通信、光学通信。在某些实施方案中，可以使用除了低范围和/或短距离无线通信协议之外的无线通信协议，诸如Wi-Fi直接。
注意，虽然在某些示例中假设SS104为葡萄糖传感器系统，但是SS 104可操作以监测一种或多种附加的或可替代的分析物。如所讨论的，本文中所使用的术语“分析物”是应向本领域普通技术人员赋予其普通和惯常的含义(并且不限于特殊或自定义的含义)的广义术语，并且不限于指身体或生物样品(例如体液，包括血液、血清、血浆、间质液、脑脊液、淋巴液、眼液、唾液、口腔液、尿液、排泄物或渗出物)中的物质或化学成分。分析物可以包括天然存在的物质、人造物质、代谢物和/或反应产物。在一些实施方案中，用于通过感测区域、装置和方法进行测量的分析物为白蛋白、碱性磷酸酶、丙氨酸转氨酶、天冬氨酸氨基转移酶、胆红素、血尿素氮、钙、CO2、氯化物、肌酐、葡萄糖、γ-谷氨酰转肽酶、血容比、乳酸、乳酸脱氢酶、镁、氧、pH、磷、钾、钠、总蛋白、尿酸、代谢标志物、药。
还设想其它分析物，包括但不限于对乙酰氨基酚、多巴胺、麻黄碱、特布他林、抗坏血酸盐、尿酸、氧、d-氨基酸氧化酶、血浆胺氧化酶、黄嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶、醇氧化酶、醇脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、二醇、Ros、NO、胆红素、胆固醇、甘油三酯、龙胆酸、布洛芬、L多巴、甲基多巴、水杨酸盐、四环素、甲磺氮草脲、甲苯磺丁脲、羧基凝血酶原；酰基肉碱；腺嘌呤磷酸核糖转移酶；腺苷脱氨酶；白蛋白；甲胎蛋白；氨基酸谱(精氨酸(克雷布斯循环)、组氨酸/尿刊酸、高半胱氨酸、苯丙氨酸/酪氨酸、色氨酸)；雄烯二酮；安替比林；阿拉伯糖醇对映体；精氨酸酶；苯甲酰芽子碱(可卡因)；生物素酶；生物蝶呤；c-反应蛋白；肉毒碱；肌肽酶；CD4；血浆铜蓝蛋白；鹅去氧胆酸；氯喹；胆固醇；胆碱酯酶；缀合的1-β羟基-胆酸；皮质醇；肌酸激酶；肌酸激酶MM同功酶；环孢菌素A；d-青霉胺；去乙基氯喹；硫酸脱氢表雄酮；DNA(乙酰化酶多态性、醇脱氢酶、α1-抗胰蛋白酶、囊性纤维化、杜氏营养不良症/贝克型肌肉萎缩症、葡糖-6-磷酸脱氢酶、血红蛋白A、血红蛋白S、血红蛋白C、血红蛋白D、血红蛋白E、血红蛋白F、D-旁遮普、β-地中海贫血、乙型肝炎病毒、HCMV、HIV-1、HTLV-1、莱伯遗传性视神经病变、MCAD、RNA、PKU、间日疟原虫、性分化、21-脱氧皮质醇)；去丁基卤泛群；二氢蝶啶还原酶；白喉/破伤风抗毒素；红细胞精氨酸酶；红细胞原卟啉；酯酶D；脂肪酸/酰基甘氨酸；游离β-人绒毛膜促性腺激素；游离红细胞卟啉；游离甲状腺素(FT4)；游离三碘甲状腺原氨酸(FT3)；富马酰乙酰乙酸酶；半乳糖/gal-1-磷酸；半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶；庆大霉素；葡萄糖-6-磷酸脱氢酶；谷胱甘肽；谷胱甘肽过氧化物酶；甘氨胆酸；糖基化血红蛋白；卤泛群；血红蛋白变体；己糖胺酶A；人红细胞碳酸酐酶I；17-α-羟孕酮；次黄嘌呤磷酸核糖转移酶；免疫反应性胰蛋白酶；乳酸盐；铅；脂蛋白((a)、B/A-1、β)；溶菌酶；甲氟喹；奈替米星；苯巴比妥；苯妥英；植烷酸/降植烷酸；孕酮；催乳素；脯氨酸酶；嘌呤核苷磷酸化酶；奎宁；反向三碘甲状腺原氨酸(rT3)；硒；血清胰脂肪酶；西索米星；生长调节素C；特异性抗体(腺病毒、抗核抗体、抗ζ抗体、虫媒病毒、奥耶斯基病病毒、登革热病毒、麦地那龙线虫、细粒棘球绦虫、痢疾阿米巴、肠道病毒、贾第鞭毛虫属、幽门螺杆菌、乙型肝炎病毒、疱疹病毒、HIV-1、IgE(特应性疾病)、流感病毒、杜氏利什曼原虫、钩端螺旋体、麻疹/痄腮/风疹、麻风分枝杆菌、肺炎支原体、肌红蛋白、盘尾丝虫、副流感病毒、恶性疟原虫、脊髓灰质炎病毒、铜绿假单胞菌、呼吸道合胞病毒、立克次氏体(恙虫病)、曼氏血吸虫、刚地弓形虫、苍白密螺旋体、克氏锥虫/兰氏锥虫、水泡性气孔炎病毒、班氏吴策线虫、黄热病病毒)；特异性抗原(乙型肝炎病毒，HIV-1)；琥珀酰基丙酮；磺胺多辛；茶碱；促甲状腺素(TSH)；甲状腺素(T4)；甲状腺素结合球蛋白；微量元素；转铁蛋白；UDP-半乳糖-4-差向异构酶；脲；尿卟啉原I合酶；维生素A；白血细胞；以及锌原卟啉。在某些实施方案中，天然存在于血液或间质液中的盐、糖、蛋白质、脂肪、维生素和激素也可以构成分析物。
分析物可以天然存在于生物流体中，例如，代谢产物、激素、抗原、抗体等。另选地，分析物可以引入到身体中，例如用于成像的造影剂、放射性同位素、化学试剂、基于碳氟化合物的合成血液、或者药物或药物组合物，包括但不限于胰岛素；乙醇；大麻(大麻、四氢大麻酚、印度大麻)；吸入剂(一氧化二氮、亚硝酸戊酯、亚硝酸丁酯、氯代烃、烃)；可卡因(裂解可卡因)；兴奋剂(苯丙胺、甲基苯丙胺、利他林、Cylert、Preludin、Didrex、PreState、Voranil、Sandrex、Plegine)；镇静剂(巴比妥类、甲喹酮、安定剂诸如安定、利眠宁、眠尔通、舒宁、甲丁双脲、氯卓酸钾)；致幻剂(苯环利定、麦角酸、墨斯卡灵、皮约特、裸盖菇素)；麻醉剂(海洛因、可待因、吗啡、鸦片、哌替啶、Percocet、Percodan、Tussionex、芬太尼、Darvon、Talwin、Lomotil)；特制药物(芬太尼、哌替啶、苯丙胺、甲基苯丙胺和苯环利定的类似物，例如，摇头丸)；合成代谢类固醇；以及烟碱。药物和药物组合物的代谢产物也是预期的分析物。还可以分析体内产生的神经化学物质和其他化学物质等分析物，诸如例如，抗坏血酸、尿酸、多巴胺、去甲肾上腺素、3-甲氧基酪胺(3MT)、3,4-二羟基苯乙酸(DOPAC)、高香草酸(HVA)、5-羟色胺(5HT)、组胺、高级糖化终产物(AGEs)和5-羟吲哚乙酸(FHIAA)。
进一步参考图1A，与SS104通信的显示装置可以被配置用于显示可以由SS104传输的可显示传感器信息(例如，在基于其相应的偏好传输到显示装置107的自定义数据包中)。在某些实施方案中，与SS104通信的显示装置107可以包括自定义或专有的显示装置，它们可以是特别设计用于显示与从SS104接收的分析物数据相关联的某些类型的可显示传感器信息(例如，在某些实施方案中为数值和/或箭头等)的嵌入式装置，诸如接收器107b。
在某些实施方案中，与SS104通信的显示装置107可包括基于安卓、iOS或另一操作系统(OS)的移动装置107a。移动装置107a可以是能够执行应用程序诸如应用程序106的任何类型的计算装置。应用程序106是被配置为从SS104接收和分析分析物测量结果的移动健康应用程序。具体地，应用程序106收集、处理和显示关于用户的包括用户的分析物测量结果的信息，并且基于用户的分析物测量，提供警告、报警和/或决策支持。
而图1A示出了与接收器107b和移动装置107a两者进行通信的SS 104。在一些实施方案中，SS104与接收器107b进行通信而不与移动装置107a进行通信，并且反之亦然。在某些实施方案中，执行应用程序106的移动装置107a可以是使用接收器107b以用于保健设施的替代方案，该替代方案可提供兼容的移动装置107a和/或优选移动装置107a的灵活性。
可关于图1B更详细地描述了包括移动装置107a和接收器107b的显示装置107。
如先前所提及，在某些实施方案中，SS104可以参与与诸如图1A中所示的合伙系统110的一个或多个授权合伙系统的无线通信(例如，经由蓝牙和/或其他无线协议)，以向此类授权合伙系统发送分析物数据。授权合伙系统可以是为了特定目的或动作而被允许访问SS104的系统。合伙系统110可以包括由硬件和软件部件组成的用于授权合伙的信息技术(IT)基础设施，这些硬件和软件部件包括设施、数据中心、服务器、企业应用软件解决方案等。因此，合伙系统110可以包括用于至少包括位于被配置为从SS104接收信息的IT基础设施中的软件部件的医院和/或其他护理设施的IT基础设施。
如下面关于图2和图3A更详细地描述的，为了建立与SS104的连接使得合伙系统110可以从SS104接收信息，合伙系统110可以首先通过诸如BLE集线器108的路由器(例如，BLE/Wi-Fi路由器)接收SS104的标识(ID)(例如，SS104的发射器的ID)。BLE集线器108允许保健设施中的一个或多个装置(例如，计算机、个人装置、SS104)通过多个连接性选项与合伙系统110通信。BLE集线器108可与保健设施的连接性协议兼容。
在某些实施方案中，合伙系统110集成了某信息系统标准集，诸如健康水平7(HL7)健康信息系统(HIS)标准。HL7提供了用于交换、集成、共享和检索电子健康信息的框架(和有关标准)。这些标准定义了如何从一方或装置向另一方打包和传送信息，设定系统与装置之间的无缝集成所需的语言、结构和数据类型。
在某些实施方案中，合伙系统110连接到电子医疗记录(EMR)系统，诸如EMR系统112。EMR系统112是允许数字医疗数据的电子输入、存储和维护的软件平台。EMR系统一般在整个保健设施中使用，以长期记录关于患者的临床信息。EMR系统以辅助临床医生例如解释健康状况和提供正在进行的护理、安排、记账和随访的方式组织和呈现数据。包括在EMR系统中的数据也可以用于创建临床护理和/或疾病管理的报告。
如上所述，实现保健设施的增强的安全性在技术上可能有挑战性。例如，严格的安全协议可能需要上述每个装置以及在其上执行的任何软件应用程序的认证配对。然而，用于实现此类认证配对的方法对于包括SS104的一些医疗装置可能不可行。因此，本公开的各方面提供了用于在一个或多个装置与SS104之间建立安全无线通信的系统和方法，这将在下面更详细地描述。
图1B示出了根据本文所公开的某些实施方案的图1A的SS104连同多个显示装置107的示例。在图1B的示例中，SS104为葡萄糖监测系统。然而，如上所述，SS104可以被配置用于测量任何其他分析物或多种分析物的组合。
在某些实施方案中，SS104包括传感器电子器件模块138和与传感器电子器件模块138相关联的分析物传感器140。在某些实施方案中，传感器电子器件模块138包括与测量和处理分析物传感器数据或信息相关联的电子电路，该电子电路包括与分析物传感器数据/信息的处理和/或校准相关联的算法。传感器电子器件模块138可以物理地/机械地连接到分析物传感器140并且可以与分析物传感器140集成(即，不可释放地附接到)或可释放地附接到该分析物传感器。
传感器电子器件模块138也可以电耦接到分析物传感器140，使得部件可以彼此机电耦接(例如，(a)在插入到患者身体中之前，或(b)在插入到患者身体中期间)。传感器电子器件模块138可以包括硬件、固件和/或软件，它们使得经由分析物传感器140(例如，可以是/包括葡萄糖传感器)能够测量和/或估计用户体内的分析物水平。例如，分析物传感器电子器件模块138可以包括一个或多个恒电位仪、用于向分析物传感器140供电的电源和用于信号处理和数据存储的其它部件、以及用于将数据从传感器电子器件模块传输到一个或多个显示装置107的遥测模块。电子器件可以附连到SS104内的印刷电路板(PCB)，或者平台等，并且可以采用各种形式。例如，电子器件可以采取集成电路(IC)的形式，诸如专用集成电路(ASIC)、微控制器、处理器和/或状态机。
传感器电子器件模块138可包括传感器电子器件，该传感器电子器件被配置为处理传感器信息诸如传感器数据，并且生成变换的传感器数据和可显示传感器信息。用于处理分析物数据的系统和方法的示例在本文中以及在美国专利号7,310,544和6,931,327以及美国专利公开号2005/0043598、2007/0032706、2007/0016381、2008/0033254、2005/0203360、2005/0154271、2005/0192557、2006/0222566、2007/0203966和2007/0208245中更详细地描述，所有这些文献以全文引用的方式并入本文。
分析物传感器140被配置为测量用户中分析物的浓度或水平。在一些实施方案中，分析物传感器140包括连续葡萄糖传感器，诸如皮下、透皮(例如，经皮)或血管内装置。在一些实施方案中，分析物传感器140可以分析多个间歇性血液样品。分析物传感器140可以使用任何葡萄糖测量方法，包括酶促、化学、物理、电化学、分光光度法、偏光、量热、离子电渗、放射线、免疫化学等。与连续葡萄糖传感器有关的附加细节在美国申请13/827,577号的段落[0072]-[0076]中提供。美国申请13/827,577号的段落[0072]-[0076]以引用的方式并入本文。
SS104可以可通信地耦接到多个显示装置107(诸如移动装置107a、107c和107d(各自称为移动装置107a并且统称为移动装置107a))和接收器107b。注意，图1A的移动装置107a可以是移动装置107a、107c或107d中任一移动装置。换句话说，移动装置107a、107c或107d中任一移动装置可被配置为执行应用程序106。SS104可以可通信地耦接到显示装置107a、107b、107c和/或107d。
显示装置107(例如，移动装置107a和/或接收器107b)可以被配置用于显示(和/或基于其提供警告/报警)可由传感器电子器件模块138传输的可显示传感器信息(例如，在基于其相应的偏好传输到显示装置107的自定义数据包中)。移动装置107a、107c和/或107d中每一个移动装置可以分别包括诸如触摸屏显示器109a、109c和/或109d的显示器以用于向用户显示传感器信息和/或分析物数据和/或从用户接收输入。接收器107b可类似地具有触摸屏显示器109b。例如，可以出于此些目的向用户呈现图形用户界面(GUI)。
在某些实施方案中，显示装置107可以包括其它类型的用户界面，诸如替代或补充触摸屏显示器以用于将传感器信息传送到显示装置的用户和/或接收用户输入的语音用户界面。在某些实施方案中，移动装置107a中的一个、一些或全部移动装置被配置为在传感器信息从传感器电子器件模块138传送(例如，在传输到相应的显示装置107的数据包中)时显示或以其他方式传送该传感器信息，而无需对传感器数据的校准和/或实时显示所需的任何附加的预期处理。
如本文中所提及，接收器107b可以是自定义或专有的装置。在一些情况下，可为患者住院的医院和/或护理设施清理接收器107b。接收器107b可以是可再用显示装置以供两个或多个用户使用，其中一次仅一个用户使用接收器107b。在某些实施方案中，接收器107b可以由配置工具初始化和/或重置。具体地，配置工具可以用于加载和/或移除保健设施的默认设定、针对接收器107b配置的警告和/或报警的设置或重置阈值等。
在某些实施方案中，移动装置107a中的一个移动装置包括智能电话，诸如移动电话107c。在某些实施方案中，移动装置107a中的一个移动装置包括平板107d。在某些实施方案中，移动装置107a中的一个移动装置包括智能手表107a。这些移动装置107a中的每一个移动装置可基于安卓、iOS或用于执行各种软件应用程序诸如应用程序106的另一OS。
在某些实施方案中，传感器电子器件模块138可以被配置为将传感器信息和/或分析物数据传输到医疗递送装置(例如，胰岛素泵或笔)。医疗递送装置(未示出)可以被配置为基于从传感器电子器件模块138接收的传感器信息和/或分析物数据(例如，其可以包括建议的胰岛素剂量)以及从移动装置107a或接收器107b接收的指示或治疗建议向用户施用某剂量的胰岛素或另一药物。
图1C更详细地示出了根据本文所公开的某些实施方案的SS104和显示装置107的示例部件(例如，图1A和图1B的移动装置107a和/或接收器107b)。如先前所提及的，在某些实施方案中，SS104包括耦接到传感器电子器件模块138的分析物传感器140。传感器电子器件模块138包括耦接到分析物传感器140以用于处理和管理传感器数据的传感器测量电路142。传感器测量电路142也可以耦接到处理器146。在一些实施方案中，处理器146可以执行传感器测量电路142的部分或全部功能以用于从分析物传感器140获得和处理传感器测量值。处理器146还可以耦接到用于存储和跟踪传感器数据的存储装置148和实时时钟(RTC)144。另外，处理器146可进一步耦接到连接性接口150，该连接性接口包括无线电单元或收发器(TRX)152(本文中也称为“发射器”)以用于发送传感器数据和从远程显示装置107接收请求和命令。如本文中所使用，术语收发器一般是指使得SS104能够(例如，无线地)传输和接收数据的装置或装置合集。SS104还可以包括用于存储和跟踪传感器数据的存储装置148和实时时钟(RTC)144。设想在一些实施方案中，传感器测量电路142可以实行处理器146的所有功能，并且反之亦然。
收发器152可以配置有必要的硬件和无线通信协议，以使得在SS104与其它远程装置诸如显示装置107和/或合伙系统110之间能够无线通信。例如，如上所述，收发器152可以配置有必要的硬件和通信协议以建立与显示装置107的蓝牙或BLE连接。如本领域普通技术人员所理解的，在此类示例中，必要的硬件可以包括蓝牙或BLE安全管理器和/或为蓝牙或BLE通信标准配置的其它蓝牙或BLE相关的硬件/软件模块。
此外，如图1C所示，显示装置107包括连接性接口172、处理器168、存储器170、实时时钟166、用于呈现图形用户界面(GUI)的显示器109以及存储装置160。可使用总线(此处未示出)互连显示装置的各个元件，并且在这些元件之间传输数据。连接性接口172包括用于从SS104接收传感器数据的收发器(TRX)174。收发器174经由连接性接口172和/或总线耦接到显示装置107的其它元件。收发器174可以包括在不同无线标准上可操作的多个收发器模块。例如，收发器174可以配置有一种或多种通信协议，诸如用于与网络建立无线通信路径的无线通信协议和/或用于与SS104建立无线通信路径的低范围无线通信协议(例如，蓝牙或BLE)。
在一些实施方案中，当在显示装置107与SS104之间使用标准化通信协议时，可以利用并入处理电路的市售收发器电路处理低级数据通信功能，诸如数据编码、传输频率、握手协议、安全性等的管理。在此类实施方案中，显示装置的处理器168和/或SS104的处理器146可以不需要管理这些活动，反而提供用于传输的期望数据值，并且管理高级功能，诸如加电或断电、设定消息传输的速率等。用于执行这些高级功能的指令和数据值可以经由数据总线以及由收发器174和152的制造商建立的传输协议提供给收发器电路。
处理器168可包括处理器子模块，该处理器子模块包括例如对接和/或控制显示装置的其他元件(例如，连接性接口172、应用程序106、显示器109、RTC 166、存储器170、存储装置160等)的应用程序处理器。在某些实施方案中，处理器168被配置为执行与装置管理有关的功能，诸如例如管理可用的或先前配对的装置列表，与网络状况有关的信息(例如，链路质量等)，与时间、类型有关的信息和/或在SS104与显示装置107之间交换消息的结构等。处理器168还可以被配置为接收和处理用户输入以及分析物数据。在某些实施方案中，处理器168可以在应用程序106的方向上从存储装置160和存储器170访问存储的内容，并且处理存储的内容以由显示器109显示。附加地，处理器168可以处理存储的内容以经由连接性接口172传输到SS104。显示装置107可包括未在图1C中详细示出的其他部件。
在某些实施方案中，存储器170可以包括易失性存储器，诸如用于存储软件程序和应用程序诸如分析物传感器应用程序106的数据和/或指令的随机存取存储器(RAM)。显示器109被配置为呈现与OS162和/或应用程序106相关联的GUI。在各个实施方案中，用户可以经由显示器109上呈现的对应GUI与应用程序106交互。
如先前所提及，应用程序106可以处理和/或呈现由显示装置107接收的分析物有关的数据，并且经由显示器109呈现此类数据。另外，应用程序106可用于与SS104对接，这包括获得由SS104生成的分析物数据，如本文进一步详细描述的。
存储装置160可以是用于存储软件程序、指令、数据等的非易失性存储装置。例如，存储装置160可以存储应用程序106，当使用处理器168执行该应用程序时，例如接收输入(例如，通过常规的硬/软键或触摸屏、语音检测或其他输入机制)，允许用户经由显示器109与分析物数据和相关内容交互等。存储装置160还可以用于存储从至少SS104接收的大量分析物数据以供稍后检索和使用，例如用于确定趋势和触发警告。
如先前所提及，SS104在某些实施方案中从分析物传感器140收集分析物数据，并且将集收数据的相同或修改版本传输到显示装置107。关于分析物值的数据点可以在分析物传感器140的寿命内(例如，在1天到30天的范围内或更长时间)收集和传输。可以足够经常地传输新的测量结果以充分监测SS104的用户的分析物水平。在某些实施方案中，SS104和显示装置107可以定期和/或周期性地在彼此之间建立通信信道，而不是使SS 104和显示装置107中每一者的传输和接收电路连续地通信。因此，在此类实施方案中，SS104可例如以预定的时间间隔与显示装置107通信。可以选择预定时间间隔的持续时间为足够长，使得SS104不会通过比所需更频繁地传输数据而消耗太多功率，但是足够频繁以向显示装置提供基本上实时的传感器信息(例如，测量的葡萄糖值或分析物数据)，以输出(例如，经由显示器109)到用户。这个时间间隔可以变化为任何期望的时间长度。在其它实施方案中，收发器152和174可以连续地通信。例如，在某些实施方案中，收发器152和174可以在它们之间建立会话或连接并且继续一起通信直到连接丢失。
为了使显示装置107与SS104对接，应用程序106可引导用户(例如，保健设施处的员工)将显示装置107无线地连接到可能已放置在患者身体上的患者的SS104(例如，由保健专业人员，诸如护士、护理管理者等)。显示装置107与SS104之间的无线通信路径180允许SS104将分析物测量结果传输到显示装置107并且允许两个装置参与上述任何其它交互。
显示装置107和SS104可以使用多种协议建立安全连接，从而减少与系统100中的通信相关联的安全性、完整性、私密性和可用性问题。显示装置107和SS104可以使用不同的协议实现不同级别的安全性(例如，具有不同级别的攻击漏洞)。
如先前所提及，为了改进保健设施的安全姿态，建议用于防止网络威胁的增强的安全协议。具体地，与其他环境相比，可以建议显示装置107和SS104使用经常需要认证配对的更严格的安全协议在保健设施中建立此类连接。还可以建议经常需要认证配对的严格的安全协议用于在SS104与保健设施中的其他装置之间建立安全连接。
在某些实施方案中，显示装置107设计有输入和输出能力两者，而SS 104(并且更具体地，SS104的发射器)被设计成具有输入能力、输出能力、和/或输入和输出能力两者以能够执行用于实现认证配对的通行密钥输入配对方法。例如，如以上所论述，显示装置107和SS104被配置(例如，在BLE层处)为参与涉及显示装置或SS104中任一者生成随机通行密钥而另一者具有输入能力以供用户输入通行密钥的通行密钥输入配对方法。
在某些其他实施方案中，显示装置107设计有输入和/或输出能力，而SS104被设计成没有输入和/或输出能力。如本文所提到的，在某些实施方案中，SS104包括传感器电子器件模块138中可不设计有显示器或键盘的嵌入式收发器。因此，在此类实施方案中，在预期用户从一个对等装置读取密钥并且将该密钥输入到另一对等装置中以进行认证配对的情况下，执行基于I/O的配对方法可能是不可能的。因此，为了在SS104与显示装置107之间建立安全无线通信，本文中所描述的某些方面涉及用于使用在应用层处导出的通行密钥实现认证配对的各种方法。例如，在某些方面，SS 104和显示装置107可使用应用层通行密钥实现认证配对，该应用层通行密钥基于由于对等装置执行诸如PAKE的密钥交换协议而在应用层处生成的认证密钥(即，K-auth)导出。在某些实施方案中，应用层通行密钥然后可传递至每个对等装置处的BLE层(下面更详细地描述)。一旦两个对等装置拥有相同的通行密钥，则在BLE层，对等装置能够使用通行密钥继续进行认证配对并且实现认证配对。因此，通过使用K-auth导出传递至每个对等装置的BLE层的通行密钥，可以避免对两个对等装置处的I/O能力的需要。
PAKE或类似的密钥交换协议被设计成允许两个对等装置(例如，显示装置107和SS104)在应用层从共享的低熵秘密生成或导出高熵认证密钥(例如，K-auth)。如本文所使用的，对等装置的应用层是指指定用于与其他装置通信的共享协议(例如，通信协议、识别协议、认证协议等)和对接方法的抽象层或服务。例如，在开放系统互连(OSI)标准参考模型内，应用层是用于管理在装置上的应用程序之间通信的最高层。在启用BLE的装置中，如由特殊兴趣组(SIG)定义的BLE协议栈的功能在三个主要层(例如，应用程序、控制器和主机)之间划分，其中每一层被设计成执行各种不同的功能。在BLE协议栈中，应用层是定义在各种应用程序之间供应互操作性的简档的直接用户界面。BLE协议栈的其它两个部件，即控制器和主机，统称为BLE层。控制器部件包括BLE PHY(物理)、LL(链路层)和控制器侧主机控制器接口(HCI)。BLE PHY空中接口在与/>相同的未许可2.4GHz工业、科学和医疗(ISM)频带中操作。LL执行类似于OSI模型的媒体接入控制(MAC)层的任务。控制器侧HCI处理主机与控制器之间的接口。
主机部件包括主机侧HCI、逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、属性协议(ATT)、通用属性简档(GATT)、安全管理协议(SMP)和通用访问简档(GAP)。主机侧HCI处理主机与控制器之间的接口。根据在ATT和SMP层指定的链路配置，L2CAP将来自BLE更高层的数据封装到标准BLE包格式中以用于传输数据或者在接收时从标准BLE LL包提取数据。ATT在基于GATT的简档中在客户端与服务器之间传输属性数据。GATT提供用于所有基于GATT的简档的参考框架。SMP应用安全算法对数据包加密和解密。GAP指定装置的角色、模式和程序。应用层直接与主机部件的GAP通信。
如所讨论的，在某些实施方案中，两个对等装置(例如，显示装置107和SS104)可被配置为在应用层参与诸如PAKE的密钥交换协议以导出用于认证连接的通行密钥。为了认证两个对等装置之间的连接，这两个装置可以在BLE层使用导出的通行密钥参与通行密钥输入配对。然而，对于有市售OS的某些显示装置107(包括移动装置107a，诸如智能电话)，将通行密钥从应用层传递到BLE层在技术上可能有挑战性。因此，如下面更详细讨论的，本文中描述的某些方面涉及用于将在应用层处导出的通行密钥传递至市售移动装置107a处的BLE层使得认证配对可在BLE处执行和完成的各种方法。
此外，作为基于I/O的配对方法诸如通行密钥输入配对的一部分，初始可能需要每个对等装置公开其I/O能力。然后，在对等装置之间公开的I/O能力可以帮助确定基于I/O的配对方法是否可用于实现认证配对。因此，假定在某些实施方案中，SS104既没有输入能力也没有输出能力，如果SS104不向显示装置107报告I/O能力，则对等装置可确定通行密钥输入配对可能不是可行的选项。为此，在某些实施方案中，为了确保SS104和显示装置107继续进行配对过程，SS104可被配置为向显示装置107报告伪I/O能力以触发通行密钥输入配对协议的执行。
例如，在某些实施方案中，SS104可被配置为向移动装置107a(例如，有市售OS的移动装置)报告伪输出/显示能力，由此致使移动装置107a跳过生成随机通行密钥，因为移动装置107a可被配置(依据其BLE配置)为在SS104报告仅输入能力或无能力时生成随机通行密钥。更具体地，SS104可以被配置为向移动装置107a报告SS104具有输出/显示能力，而不是公开其真实能力(例如，无I/O能力)。假的输出/显示能力的报告将致使移动装置107a抑制生成用于配对的随机通行密钥，反而允许SS 104在应用层处生成通行密钥。SS104可以被编程为报告此类假能力以及生成用于配对的应用层通行密钥。SS104和移动装置107a可传递例如使用本文中所描述的方法在应用层处导出的通行密钥，以执行基于I/O的配对方法。
在某些实施方案中，SS104可被配置为在与移动装置107a配对时报告与和接收器107b配对时不同的伪I/O能力，使得在SS104与移动装置107a和接收器107b两者配对的情况下，SS104可以能够区分两个连接或配对会话。因此，在某些实施方案中，SS104可被配置为向接收器107b报告伪输入能力(以及向移动装置107a报告伪输出能力，如上所述)。接收器107b可被编程为在应用层处导出通行密钥并且允许将通行密钥传递到BLE层，其中通行密钥然后用于验证。
下面可至少关于图4和图5更详细地描述了用于报告伪I/O能力并且将通行密钥传递至BLE层以允许对等装置之间的认证配对的方法。
具体地，图2是示出用于在部署在示例保健设施中的装置之间建立安全无线连接的示例操作的流程图。图3A至图3C提供了图2中描述用于保健设施中装置的上机和下机的操作的示例示出。图4和图5是示出了SS 104与移动装置107a之间的通信和数据交换的序列图。更具体地，图4涉及用于在SS104与具有第一OS的移动装置107a之间建立安全无线通信的安全协议的执行(例如，其中未限制通行密钥从应用层到移动装置107a的BLE层的传递)。图5涉及用于在SS104与具有第二OS的移动装置107a之间建立安全无线通信的安全协议的执行(例如，其中限制了通行密钥从应用层到移动装置107a的BLE层的传递)。
用于部署在保健设施中的装置的上机和下机程序
部署医疗装置(包括分析物传感器诸如SS104、无线显示装置107诸如接收器107b和/或移动装置107a以及保健设施中的各种有线或无线节点)可以涉及每当新患者入院和出院时对此类装置的初始设置和重置。例如，此类装置可以被认为是短期使用装置，因为它们正常旨在由患者连续用于急性患者护理(例如，连续使用该装置在60分钟至30天之间)并且该装置的制造商进一步旨在已实行诸如清洁、消毒、杀菌、和/或信息重置的适当程序之后由未来的患者再使用。
可以关于图2和图3A至图3C描述针对每个新患者使用的这些装置的上机和下机的流水线程序。具体地，图2是示出了根据本文公开的某些实施方案的用于保健设施中装置的上机和下机的包括在此类装置之间建立安全无线连接的示例操作200的流程图。可以参见图3A至图3C进一步详细解释图2的操作200。具体地，图3A至图3C提供了根据本文所公开的某些实施方案的图2中描述用于保健设施中装置的上机、常规使用和下机的操作的示例示出。虽然可以关于患者在医院环境中的入院描述图2和图3A至图3C，但是类似的程序可以用于患者在任何其他保健设施中的入院。
患者的医院治疗可以包括三个阶段：入院期、患者住院期和出院期。在入院期期间，可以执行上机操作300A以执行某些安全协议，以在装置与SS104之间建立安全无线通信。在患者住院期间，为了离散、连续和远程地集收一个或多个分析物测量结果诸如患者的血糖测量结果，以进行患者住院监测，可以实行此类连接的装置的常规使用操作300B。最后，在出院过程期间，可以执行下机操作300C以移除与在出院的患者相关联的装置上存储的健康信息和其他敏感数据。
如图2所示，通过为入院患者提供患者标识符(ID)并且准备至少包括床边显示应用程序的规定的监测设备，上机操作300A在框202开始。患者ID可以作为腕带提供给患者。患者ID腕带可以包括条形码，该条形码可以使用条形码扫描器容易地扫描。腕带提供关于患者的重要健康护理信息，诸如患者的姓名、先前状况、过敏、应当施用什么类型的药物、药物剂量等。规定的监测设备可以包括心电图(ECG)监测器、体温监测器、脉搏血氧仪、二氧化碳图监测设备、远程患者监测设备等。准备此类设备可以包括将患者信息输入到每个装置中(例如，手动地或通过扫描患者ID腕带)、下载一个或多个应用程序供患者和/或保健专业人员(HCP)使用、将设备放置在患者附近(例如，小于20英尺)等。在某些实施方案中，在部署SS104和移动装置107a以供医院中的患者使用的情况下，医院信息技术(IT)专业人员、生物医学工程师等可以下载移动健康应用程序，诸如图1A中所示的应用程序106。例如，医院IT专业人员从应用程序商店(例如，App Store)下载应用程序106并且发起设置过程。
在框204，可以向患者提供SS104以放置在患者身体上。例如，HCP可以在患者皮肤上准备用于放置连续分析物传感器诸如SS104的连续分析物传感器140的部位。然后，HCP可以插入连续分析物传感器140通过患者的皮肤，并且将发射器附接到连续分析物传感器140。一旦SS104附接到患者身体并且激活，安全无线连接(例如，安全BLE连接)在SS104与移动装置107a之间的设置可在框206开始。
在某些实施方案中，可以通过移动装置107a和SS104参与多个应用层识别和认证协议开始安全无线通信的设置。具体地，基于由应用程序106提供的指令，移动装置107a可以首先试图从附近的潜在多个不同SS识别SS104。结果，在某些实施方案中，移动装置107a和SS104可以首先参与识别协议，从而允许移动装置107a安全地识别要连接的正确SS104。在一个示例中，移动装置107a可以首先获得与SS104的发射器相关联的发射器ID(下文中称为“SSID”)。例如，在一些实施方案中，移动装置107a可以配备有能够扫描放置在SS104上或与其相关联的QR码的条形码扫描器。在一些其它实施方案中，SSID可手动输入到移动装置107a中(例如，由患者、HCP等)。QR码可指示SSID以及(在一些情况下)配对码两者。在其它示例中，可替代地使用许多其它技术中的一种技术向移动装置107a提供对SSID的访问。
一旦移动装置107a拥有SSID，它就基于要连接的正确SS必须具有相同SSID的确定，开始搜索具有相同SSID的SS。同时，SS104可被配置为一旦激活SS104就通告其SSID(例如，构成SSID的字符的全部或子集)或其某版本(例如，散列或加密版本)。注意在某些实施方案中，如果不是移动装置107a，而是SS104在参与与显示装置诸如接收器107b的无线通信，则SS104和接收器107b可以跳过识别阶段。在此类实施方案中，HCP可将与SS104相关联的配对码输入到由接收器107b提供的用户界面中以允许两个装置彼此认证，如下面进一步描述。
例如，基于由应用程序106提供的指令，移动装置107a可以与SS104在应用层处参与或发起用户中心式相互认证协议。在某些实施方案中，通过参与用户中心式相互认证协议，移动装置107a和SS104两者被配置为基于共享秘密(例如，配对码、SSID等)生成认证密钥(例如，K-auth)。本文中以及要求于2020年5月7日提交的美国临时申请序列号63/021,591的权益的美国申请序列号17/308754中更详细地描述了用户中心式相互认证协议的示例，这些申请通过全文引用并入本文。
用户中心式认证协议可以包括密钥交换算法，诸如各种密码认证密钥交换(PAKE)算法中的一种密码认证密钥交换算法。然后，通行密钥由SS104和移动装置107a两者从认证密钥导出，以在每个装置的BLE层处实行认证配对协议。例如，在移动装置107a和SS104处，通行密钥从应用层传递到BLE层，其中它然后用于实现与SS104的认证配对。下面提供关于在移动装置107a与SS104之间执行的认证配对过程的附加细节。一旦在移动装置107a与SS104之间建立连接，HCP就可以接收指示BLE连接程序完成并且已成功的确认消息。
用于在SS104与合伙系统诸如图1A中示出的合伙系统110之间建立安全无线连接(例如，安全BLE连接)的类似步骤可由SS104和合伙系统110两者执行。例如，在某些实施方案中，HCP可使用附接到计算机装置的条形码扫描器扫描SSID，如图3A中所示，或手动将SSID输入到计算机装置中。计算机装置可以通过Wi-Fi路由器(例如，在图1A中示出为BLE集线器108，并且在图3A中为医院Wi-Fi路由器)与合伙系统110通信。在计算机装置上执行的一个或多个软件应用程序可以将SSID传输到在合伙系统110处执行的一个或多个软件部件(例如，以上关于图1A描述的)。在某些其它实施方案中，移动装置可用作计算机装置的替代方案。然后，合伙系统110可以将接收到的SSID中继至放置在患者病房中的一个或多个启用BLE的路由器(例如，在图1A中示出为Wi-Fi/BLE路由器108，并且在图3A中为合伙Wi-Fi/BLE路由器)。在某些实施方案中，一个或多个启用BLE的路由器可使用接收到的SSID在合伙系统110与SS104之间建立初始连接。在框206执行的操作结束时，HCP可以接收指示BLE连接程序完成并且在合伙系统110与SS104之间已成功的确认消息。
可以参考图3A中提供的图示理解上述的上机操作300A(例如，框202到框208的操作)。
此外，如图2所示，在SS104与保健设施中的一个或多个实体建立一个或多个安全连接后，常规使用操作300B开始。具体地，在框210，连接的装置(例如，SS104、移动装置107a、合伙系统110等)使用加密连接通信。在某些实施方案中，使用加密连接通信可以包括使用SS104与移动装置107a和/或合伙系统110之间的加密连接传送一个或多个分析物测量结果。在某些实施方案中，患者的分析物数据也可以传递到由医院和/或护理设施管理的EMR，诸如图1A中所示的EMR系统112。
可参考图3B中提供的图示理解上述的常规使用操作300B，并且更具体地，在框210的操作。
出院描述了住院患者医院护理结束的点，正在进行的护理转移到其他初级、社区或家庭环境。因此，在完成对患者的住院患者医院护理时，下机操作300C可以开始。通过HCP将应用程序106重置到其初始状况，下机操作300C在框212开始。应用程序106的重置可以包括从应用程序106移除与SS104的发射器相关联的SSID以及与患者有关的任何信息。在一些情况下，可以从移动装置107a擦除应用程序106。类似地，在框214，HCP从合伙系统110装置移除SSID以及与出院患者相关联的患者信息。在框216，通过从患者移除SS104以进行清洁、消毒和杀菌，完成下机过程。尽管未示出，但是在一些情况下，下机操作300C包括在框212将应用程序重置到其初始状况之前向患者生成报告。
可参考图3C中提供的图示理解上述的下机操作300C(例如，框212到框216的操作)。
每当新患者入院时，可以重复图2的操作200，以在用于连续监测患者的一种或多种分析物的装置之间建立安全连接。具体地，当诸如显示装置107的装置上机和下机用于每个新患者时，可能需要考虑针对医院环境中的每个新患者实现每个新设置中的安全性、数据清除/消毒等。
如本文所讨论的，SS104可以与移动装置107a、接收器107b和/或一个或多个其它有线或无线装置配对。因此，虽然图2和图3A至图3C仅示出了在SS104与移动装置107a之间建立连接，但是在一些其他实施方案中，可以遵循类似步骤在SS104与接收器107b之间建立连接，其中接收器107b部署在保健设施中。然而，不像移动装置107a，接收器107b可能不能扫描患者的SSID以建立初始连接。因此，相反在一些情况下，连接到计算机装置的条形码扫描器可扫描SSID，并且计算机装置中的配置工具可用于配置具有SSID(以及用其它配置的设定，包括例如用于触发接收器107b的警告的阈值等)的接收器107b。在一些其它情况下，SSID可由HCP输入到接收器107b中(并且配置工具可用于配置其它配置的设定)。接收器107b可以遵循类似于操作200的操作以完成上机操作，并且更具体地，实现与SS104的认证配对。
与无输入/无输出装置的认证配对
在SS104与移动装置107a、接收器107b和/或保健设施中的一个或多个其他装置之间建立安全无线连接可以涉及参与识别、认证、配对和/或结合协议或方法。识别协议可被设计成例如允许移动装置107a和/或接收器107b有效地识别SS104，同时降低攻击者能够在识别过程期间获得在模仿SS104、移动装置107a和/或接收器107b可能变得有用的任何信息的可能性。认证协议可被设计成允许SS104、移动装置107a和/或接收器107b中每一者验证另一对等装置是否被该装置的用户和/或根权限信任。此外，配对和结合协议可被设计成允许在SS104、移动装置107a和/或接收器107b之间交换信息以建立用于通信的加密连接。
在某些实施方案中，SS104、移动装置107a和/或接收器107b符合一种或多种无线协议和标准(例如，蓝牙低功耗(BLE)、ANT协议、Wi-Fi、近场通信(NFC)等)。例如，SS104、移动装置107a和/或接收器107b可配置有用于通信的蓝牙相关的硬件和软件。因此，SS104、移动装置107a和/或接收器107b可根据BLE标准参与识别、认证、配对和/或结合。
如本文中所提及，BLE标准可能需要针对由BLE定义的不同安全级别的不同配对协议或方法。由装置用于配对的的协议可以确定与由装置实现的安全级别直接相关的认证配对的强度。为了实现最高级别的安全性(例如，由BLE定义的安全性模式1、级别4)，可要求装置在BLE层处参与涉及加密密钥的安全交换的认证配对，并且在一些情况下，进一步参与密钥协商协议以生成长期密钥(例如，诸如通过使用椭圆曲线Diffie-Hellman(EDCH)密钥协商以进行LE安全连接)。参与与LE安全协议的认证配对的装置可以实现更高级别的安全性，因为认证配对促进保护通信免于中间人(MITM)攻击，而LE安全协议诸如涉及EDCH的协议促进保护通信免于被动窃听。
由此，根据本文描述的某些实施方案，SS104、移动装置107a和接收器107b可被配置为使用加密密钥交换协议参与认证配对以实现保健设施中建议的增强的安全性(并且在一些情况下，在已实现认证配对之后进一步参与EDCH)。在某些实施方案中，SS104、移动装置107a和接收器107b可被配置为根据用于认证配对的BLE标准参与基于I/O的配对方法，诸如通行密钥输入配对。然而，假定SS104被设计成无输入/无输出装置，基于I/O的方法可能不可行。例如，如本文中所提及的，为了使用基于I/O的配对方法诸如通行密钥输入配对验证通行密钥的每一位，通行密钥必须首先在对等装置之间传递。通常，在基于I/O的配对方法中，用户查看随机生成并且显示在有输出/显示能力的第一装置上的通行密钥，并且将该通行密钥输入到有输入/键盘能力的第二装置中。在一个装置未被设计成具有输入和输出能力的情况下，使用基于I/O的配对在装置之间传递通行密钥以进行验证可能是不可能的。
因此，本公开的实施方案引入了用于在每个对等装置处导出通行密钥以进行验证的方法，从而消除了对两个装置具有I/O能力的需要。具体地，本文中的实施方案描述了用于使用在两个装置的应用层处导出的通行密钥实现认证配对(例如，建议用于改进保健行业中的安全性)的系统和方法。在一些情况下，在应用层处导出的通行密钥包括从由于执行PAKE算法而生成的K-auth导出的通行密钥。不同的实施方案可以基于SS104要配对的显示装置107提供用于认证配对的不同方法。例如，在某些实施方案中，提供了用于在SS104与具有第一OS(例如，其中未限制通行密钥从应用层到移动装置107a的BLE层的传递的市售OS)的移动装置107a之间实现认证配对的方法。在某些实施方案中，提供了用于在SS104与具有第二OS(例如，其中限制了通行密钥从应用层到移动装置107a的BLE层的传递的市售OS)的移动装置107a之间实现认证配对的方法。在某些实施方案中，提供了用于在SS104与接收器107b之间实现认证配对的方法。
图4是示出了根据本文所公开的某些实施方案的用于在SS104与具有第一OS的移动装置107a之间建立安全无线通信的安全协议的执行的调用流程图400。如所提到的，第一OS可以是市售OS，其中未限制通行密钥从应用层到移动装置107a的BLE层的传递。如下文更详细描述，在移动装置107a上执行的第一OS可允许使用由OS提供到应用层的应用编程接口(API)(例如，BLE API)将包括通行密钥的信息从应用层传递到BLE层。虽然调用流程图400示出了用于在SS104与具有第一OS的移动装置107a之间建立安全无线通信的安全协议的执行，但是当在SS104与具有与第一OS类似或相同的OS的各种其他装置(例如，路由器、集线器或任何其他计算装置)中的一个装置之间建立安全无线通信时，可以类似地遵循调用流程图400中示出的步骤。
在某些实施方案中，SS104的发射器配置有SSID以及配对码。在某些情况下，SSID和配对码可以在SS104自身或其包装上指示(例如，打印或定位)。在某些实施方案中，配对码是指稍后可用于在移动装置107a与SS104之间的认证以及两个装置之间的实际配对的蓝牙配对码。在某些实施方案中，可以使用另一码或密码，而不是配对码。
如在图4中的步骤402所示，一旦用户获得SSID和配对码，用户就提供SSID和配对码作为到在设置过程期间在移动装置107a上执行的移动健康应用程序诸如应用程序106中的输入。另选地，用户可使用可配备有图像扫描仪的移动装置107a扫描放置在SS104自身或其包装上的条形码或QR码。条形码或QR码可以指示SSID以及配对码。在某些其它实施方案中，可使用许多其它技术中的一种技术向移动装置107a提供对SSID和配对码的访问。
接收到SSID，移动装置107a在步骤404开始扫描具有相同SSID的SS。同时，SS104可以被配置为在用户将SS104放置在其身体上并且激活SS104的发射器之后，在步骤404通告其SSID。注意在一些情况下，通告的SSID可以包括SSID的修改或衍生版本。
然后，移动装置107a可以比较在步骤402由移动装置107a获得的SSID(例如，通过扫描条形码/QR码等，从用户获得)与在步骤404由SS 104通告的SSID。如果获得的SSID和通告的SSID相同，则移动装置107a识别出在步骤404通告该SSID的SS104是要连接的正确SS。
如图4中所示，一旦移动装置107a将SS104识别为要连接的正确SS，SS104和移动装置107a就可被配置为使用一个或多个认证协议认证彼此。例如，SS104和移动装置107a可以参与用户中心式相互认证协议。用户中心式相互认证协议允许SS104和移动装置107a中每一者基于共享秘密(例如，配对码)生成K-auth。在某些实施方案中，K-auth是高级加密标准(AES)密钥。如果移动装置107a和SS104两者生成相同的K-auth，则SS104和移动装置107a能够推断出另一方拥有共享秘密，并且因此被用户信任。
用户中心式认证协议可以包括各种PAKE算法中的一种PAKE算法。PAKE的区别特征在于，一个装置(例如，SS104)能够使用密码或共享秘密(例如，配对码)向另一装置(例如，移动装置107a)认证自身，使得未授权方(控制通信信道但不拥有密码的一方)不能参与该方法，并且被约束尽可能免于对密码的暴力猜测。如果攻击者使用装置参与PAKE协议，则攻击者仅能够对共享秘密进行一次猜测，并且进一步仅会得知其猜测不正确。没有其它信息被泄露。
多种PAKE算法中的一种PAKE算法可以用作用户中心式认证协议的一部分。示例包括Juggling PAKE或J-PAKE、EC-J-PAKE(椭圆曲线密码学)、SPEKE(简单口令指数密钥交换)、CRS-J-PAKE(通用参考字符串-J-PAKE)、AuCPace(增强型可组合口令认证连接建立)、BSPEKE(SPEKE的“B”扩展)、zkPAKE(零知识PAKE)、C2C-PAKE(客户端到客户端PAKE)和EKE(加密密钥交换)。
在某些实施方案中，如在图4中的步骤406所示，SS104和移动装置107a基于执行PAKE协议生成K-auth。移动装置107a可以经由在移动装置107a上运行的应用程序106被配置为执行PAKE协议。在执行PAKE之后，两个装置拥有相同的K-auth。
在某些实施方案中，在PAKE期间导出的K-auth可以用于在SS104和移动装置107a处生成通行密钥。基于K-auth生成通行密钥可包括创建与K-auth不同但是基于K-auth的通行密钥(例如，通过散列或对K-auth加密)或使用K-auth自身作为通行密钥。如下面更详细描述的，从K-auth生成通行密钥可移除使两个装置有I/O能力以使用基于I/O的配对方法诸如通行密钥输入配对方法实现认证配对的需要。因此，在步骤408，SS104和移动装置107a可以基于K-auth在应用层处生成通行密钥。移动装置107a可由应用程序106配置为从K-auth生成通行密钥。
在步骤410，在生成通行密钥后，SS104和移动装置107a可以开始配对。执行配对以建立然后可用于对链接加密的密钥。通常，有用于以LE安全连接配对来配对的三个阶段：阶段1用于配对特征交换，阶段2用于密钥生成方法选择和认证，以及阶段3用于长期密钥(LTK)生成。
在配对阶段1期间，包括例如I/O能力、对MITM保护的要求等的安全特征在装置之间交换。此类安全特征的交换可以经由配对请求和配对响应包。因此，为了在SS104与移动装置107a之间开始配对，在步骤410，移动装置107a被配置为(根据其BLE配置)向SS104传输配对请求。配对请求可识别移动装置107a的I/O能力，以及移动装置107a在请求SS104具有什么I/O能力的指示。响应于来自移动装置107a的配对请求，在步骤412，SS104可以向移动装置107a传输有其支持的安全特征的配对响应。
虽然图4的示例实施方案示出了移动装置107a在步骤410向SS104传输配对请求，并且在步骤412SS104对配对请求作出响应，但是在某些其他实施方案中，配对请求可由SS104向移动装置107a传输，并且移动装置107a可被配置为对从SS104接收到的配对请求作出响应。
SS104与移动装置107a当中支持的特征组合可以确定可以使用什么配对模型生成配对阶段2中的加密密钥。具体地，不同的配对模型可能需要在使用用于配对的方法之前满足不同的条件。例如，为了执行基于I/O的配对方法(诸如通行密钥输入配对)，至少一个对等装置需要设计有输入通行密钥的输入能力，并且另一对等装置需要设计有显示通行密钥的显示能力。
因此，对既没有输入也没有输出能力的SS104执行通行密钥输入配对是技术挑战。然而，为了克服这种技术挑战，本文中所描述的各方面提供了用于规避此类I/O能力要求的技术。具体地，根据某些方面，SS104可被配置为在其在步骤412传输的配对响应中报告伪I/O能力，以触发通行密钥输入配对协议的执行。例如，在某些实施方案中，SS104可被配置为向移动装置107a报告伪输出/显示能力，由此致使移动装置107a跳过生成随机通行密钥，因为它可被配置为在对等装置报告仅输入能力或无能力时(根据其BLE配置)进行。更具体地，在步骤412，SS104可以被配置为向移动装置107a报告SS104具有输出/显示能力，而不是公开其真实能力(例如，无I/O能力)。结果，作为响应，移动装置107a不生成用于配对的随机六数位通行密钥。相反，移动装置107a被欺骗以假设SS104将要生成通行密钥并且显示。以这种方式欺骗移动装置107a允许移动装置107a上的应用层处(例如，在步骤408)生成的通行密钥由移动装置107a用于执行通行密钥输入配对协议，如下面进一步描述的。
通行密钥输入配对协议的阶段2(例如，认证)可在SS104和移动装置107a中每个移动装置的BLE层处执行；因此，在步骤408在SS104和移动装置107a中每一者的应用层处生成的通行密钥可能需要在执行通行密钥输入配对协议的阶段2之前传送到BLE层。作为专有系统的SS104可被制造商配置为将应用层通行密钥从应用层传递到BLE层。然而，取决于移动装置107a所使用的OS的类型，在执行市售OS的移动装置107a处将应用层通行密钥从应用层传递到BLE层可能是技术挑战。
在一些情况下，如关于图4所描述，移动装置107a可执行OS，该OS允许使用由OS提供给应用层的API将信息从应用层传递到BLE层。在此类情况下，在移动装置107a的应用层处从K-auth导出的通行密钥使用暴露于应用层的API传递至BLE层。换句话说，通行密钥从在移动装置107a上运行的应用程序106直接发送到BLE层。这可以在没有用户交互和/或任何弹出对话的情况下完成。
在一些其他情况下，移动装置107a配置有不允许通行密钥传递到BLE层的OS。在此类情况下，为了克服这种技术挑战，本文的某些实施方案涉及用于利用用户交互以将在应用层处从K-auth导出的通行密钥传递到BLE层的技术。具体地，在某些实施方案中，可能要求移动装置107a的用户在移动装置107a的弹出对话中输入通行密钥。这种情况可在下面关于图5的调用流程图500更详细地描述。
因为图4中描述的示例实施方案描述了SS104与移动装置107a之间的配对，其中OS不限制通行密钥从应用层到BLE层的传递，所以在步骤414，移动装置107a可以填充通行密钥，或者换句话说，使用API将通行密钥直接发送到BLE层。类似地，在步骤414，SS104可以被编程为将在步骤408生成的通行密钥传输到SS104的BLE层。
在步骤416，SS104和移动装置107a可参与认证过程以验证通行密钥的每一位。认证过程是逐步公开(例如，在SS104与移动装置107a之间)通行密钥的每一位直到已验证通行密钥的所有位的方法。假设在SS104处维护的通行密钥的所有位匹配在移动装置107a处维护的通行密钥的所有位，则认证可被认为是成功的。然而，在通行密钥不匹配的情况下，配对中止。通常，此类不匹配指示攻击者已截取SS104与移动装置107a之间的通信。另选地，在提示用户将通行密钥输入到装置中的情况下，如下面关于图5的调用流程图500所描述，不匹配可指示用户已在弹出对话中输入不正确的键。在这种情况下，移动107a可被配置为向用户指示输入的通行密钥不正确。假设通行密钥匹配，进一步在步骤416，SS104和移动装置107a可执行通行密钥输入配对协议的阶段三并且计算LTK。在某些实施方案中，LTK是用于生成用于加密连接的贡献会话密钥的128位密钥。
在某些实施方案中，会话密钥是用于仅对SS104与移动装置107a之间的一个通信会话对称加密的任何加密密钥。换句话说，会话密钥是在一段时间期间仅使用一次以用于对数据加密和解密的临时密钥；然而，双方之间的未来通信将用不同的会话密钥加密。因此，在步骤418，可以使用会话密钥对两个装置之间的连接加密。
在步骤420，SS104和移动装置107a参与结合。在一些示例中，SS 104和移动装置107a可在结合过程期间存储关于彼此的附加信息。例如，在步骤418对连接加密之后，SS104和移动装置107通过交换LTK和存储LTK结合以供稍后使用。换言之，结合是指在SS104与移动装置107a之间创建永久的安全性。
在配对和结合之后，SS104和移动装置107a准备好通过安全连接交换数据。例如，SS104可以对包括与用户相关联的分析物测量结果的数据(例如，在BLE层处)加密，以用于在步骤422传输到移动装置107a。移动装置107a可以类似地对数据加密以传输到SS104。
在SS104与移动装置107a之间通信完成之后的稍后时间(图4中未示出)，SS104和移动装置107a可以断开连接。例如，在某些实施方案中，为了省电的目的，SS104可以周期性地与移动装置107a交换数据(例如，通过周期性地在睡眠模式与操作模式之间切换)。例如，在某些实施方案中，SS104可以每隔几分钟(例如，五分钟)“唤醒”以与移动装置107a交换数据，但是在五分钟间隔之间进入睡眠模式。每当SS104“唤醒”时，SS104和移动装置107a可以执行用于在两个装置之间重建安全无线连接的安全协议。用于在两个装置之间重建安全无线连接的安全协议可以包括图4中示出的操作的全部或仅某些步骤。在一些情况下，两个装置之间的连接类型(例如，始终连接、在每五分钟间隔之后再连接等)可以确定重建安全无线连接需要哪些协议。
关于图4描述的关于识别、认证、配对和/或结合的进一步细节可以在此类技术的各种规范(例如，蓝牙规范)中找到，这些规范通过全文引用并入本文。这些规范可以由此类技术的管控主体提供。
注意，在图4中示出的一些步骤可以以与在图4中示出的不同顺序执行，或者可以并行地或在时间上重叠地执行。因此，分配给图4中示出的不同步骤的附图标记可能不指示在某些实施方案中执行它们的顺序。
如本文中所提及的，在一些情况下，SS104可与具有OS的移动装置107a建立无线连接，该OS限制了通行密钥从应用层到BLE层(例如，具有与图4中所示的移动装置107a不同的OS(即，第二OS)的移动装置107a)的传递。因此，图5是示出了根据本文所公开的某些实施方案的用于在SS104与具有第二OS(例如，其中限制了通行密钥从应用层到移动装置107a的BLE层的传递)的移动装置107a之间建立安全无线通信的安全协议的执行的调用流程图500。虽然调用流程图500示出了用于在SS 104与具有第二OS的移动装置107a之间建立安全无线通信的安全协议的执行，但是当在SS104与有与第二OS类似或相同的OS的各种其他装置(例如，路由器、集线器或任何其他计算装置)中的一个装置之间建立安全无线通信时，可以类似地遵循调用流程图500中示出的步骤。
图5的步骤402-412可以类似于关于图4描述的步骤402-412。然而，与图4相反，在步骤412传输配对响应(例如，指示发射器的伪显示/输出能力)并且选择通行密钥输入配对作为用于认证的方法之后，移动装置107a可被配置为将在步骤408生成的通行密钥自动复制到剪贴板。移动装置107a可经由在移动装置107a上运行的应用程序106被配置为将通行密钥(例如，六数位十进制数)自动复制到剪贴板。如本文所使用的，剪贴板是指被设计成保存数据内容以用于剪切复制粘贴操作的临时缓冲器。当数据在移动装置107a的OS环境中移动时，数据存储在剪贴板中。一般地，剪贴板的内容是临时的，并且驻留在移动装置107a的随机存取存储器(RAM)中。尽管图5示出了在分别在步骤410和412传输配对请求和配对响应包之后在步骤524通行密钥被复制到剪贴板，但是在一些情况下，在移动装置107a在步骤410传输配对请求之前通行密钥被复制到剪贴板。
在步骤526，可以向用户显示复制到移动装置107a的剪贴板的通行密钥。例如，通行密钥可以在移动装置107a的UI中显示以供查看(并且在一些情况下，由用户复制)。在一些情况下，在步骤528，用户复制显示的通行密钥并且将其粘贴在弹出对话或窗口中。在某些实施方案中，响应于移动装置107a的用户选择SS104作为与移动装置107a配对的装置而生成弹出对话。例如，用户可从可与移动装置107a配对的检测到的蓝牙装置列表中选择SS104。在从检测到的装置列表中选择SS104之后，可以生成弹出对话以供用户输入通行密钥。
一旦通行密钥输入到弹出对话中，通行密钥就传送到BLE层。在一些其它情况下，用户可能偏好键入通行密钥而不是粘贴通行密钥。因此，在一些情况下，在步骤528，用户在由移动装置107a显示的弹出对话中键入显示的通行密钥。如此，弹出对话可被设计成允许用户粘贴通行密钥和/或键入通行密钥。一旦通行密钥输入到弹出对话中，通行密钥就传送到BLE层。类似于图4的步骤414，在图5的步骤524，SS104还被编程为将在步骤408生成的通行密钥传输到BLE层。
图5的剩余步骤416-422类似于在SS104与移动装置107a之间建立安全无线通信的图4的步骤416-422。此外，类似于图4，图5中所示的步骤可以以与图5中所示不同的顺序执行，或者可以并行地或在时间上重叠地执行。因此，分配给图4中示出的不同步骤的附图标记可能不指示在某些实施方案中执行它们的顺序。
在某些实施方案中，在SS104与诸如图1A和图1B中示出的接收器107b的专有接收器配对的情况下，这两个装置还可以参与认证、配对和结合协议，类似于以上关于图4和图5描述的那些协议。然而，不像图4和图5，当SS104与接收器107b配对时，SS104可被配置为向接收器107b报告SS104具有输入/键盘能力而不是公开其真实能力(例如，无I/O能力)。因此，可以提示接收器107b生成通行密钥以显示给SS104。然而，接收器107b可被编程为从K-auth导出通行密钥，而不是生成用于与SS104配对的随机通行密钥。接收器107b可进一步被编程为在没有任何API(例如，与图4不同，其中通行密钥经由API传递到BLE层)或用户交互(例如，与图5不同，其中通行密钥经由用户交互传递到BLE层)的情况下允许通行密钥传递到BLE层，其中通行密钥然后用于认证。
SS104可被配置为在与移动装置107a建立连接时报告与接收器107b建立连接时不同的伪能力，使得在SS104同时与移动装置107a和接收器107b两者配对的情况下，SS104可以能够在两个连接或配对过程之间区分。具体地，当两个或多个装置尝试同时与SS104配对时，可能没有办法分离装置之间的交互。因此，SS104报告不同的伪能力以用于与移动装置107a和接收器107b配对，以区分(1)SS104与移动装置107a之间的交互和(2)SS104与接收器107b之间的交互。在某些实施方案中，区分两种类型的连接对于识别配对过程不受应用程序或应用层控制的装置(例如，市售移动装置、运行实时操作系统(RTOS)的装置等)是有利的。注意，在应用层处不控制配对过程的装置可以请求发射器发起配对过程。
注意，在发射器与不包括专有的或嵌入式接收器的一个或多个其他装置(例如，诸如图1A中所示出的合伙系统110等)配对的情况下，可使用以上关于图4和图5描述的关于在SS104与移动装置107a之间配对所描述的类似方法建立安全无线连接。
协同定位的应用程序攻击
在某些实施方案中，在部署在保健设施中的装置当中实现增强的安全性可能需要解决两个漏洞：(1)被动窃听或MITM攻击和(2)协同定位的应用程序攻击(例如，BLE装置上协同定位的未授权应用程序从BLE装置访问配对保护的数据)。例如使用上述方法的认证配对为当前漏洞提供了足够的MITM保护。在一些示例中，也可能存在协同定位的应用程序攻击漏洞。
在SS104与移动装置107a而不是接收器107b配对的情况下，协同定位的应用程序攻击可能令人关注。例如，接收器107b可以被认为是专用接收器，其中可以没有附加的应用程序安装在其上。因此，接收器107b(在部署的情况下)可能不易受协同定位的应用程序攻击。然而，另一方面，移动装置107a可执行多个应用程序。
因此，在SS104与移动装置107a配对的某些实施方案中，为了最小化协同定位的应用程序攻击漏洞，移动装置107a可以被配置为应用最小特权原则。最小特权原则规定，应当仅赋予主体完成其任务所需的那些特权。因此，由移动装置107a实现的最小特权原则可限制在移动装置107a上执行的其他应用程序的特权(不包括以上关于图1A描述的应用程序106)以保护免于协同定位应用程序攻击(例如，赋予其他应用程序执行其功能必需的最低限度特权)。
这些非限制性示例中的每一者可独立存在或可与其他示例中的一者或多者以各种排列或组合方式组合。以上具体实施方式包括对附图的参考，附图形成具体实施方式的一部分。附图以说明的方式示出了其中可以实践本发明的具体实施方案。这些实施方案在本文还称为“示例”。此类示例可包括除了所示出或描述的元件之外的元件。然而，本发明人还预期仅提供所示出或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还预期相对于特定示例(或其一个或多个方面)或相对于本文示出或描述的其他示例(或其一个或多个方面)的使用所示出或描述的那些元件的任何组合或排列的示例(或其一个或多个方面)。
在本文献和以引用的方式并入的任何文献之间的用法不一致的情况下，以本文献中的用法为准。
在本文献中，如在专利文献中常见的，使用术语“一(a)”或“一(an)”来包括一个或一个以上，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文献中，术语“或”用于指非排他性的或，使得“A或B”包括“A而非B”、“B而非A”以及“A和B”，除非另有指示。在本文献中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等效物。而且，在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”是开放式的，即，包括除了在权利要求中的此类术语之后列出的元件之外的元件的系统、装置、物品、组合物、配方或过程仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而无意在对它们的对象强加数值要求。
几何术语，诸如“平行”、“垂直”、“圆形”或“正方形”，无意要求绝对数学精度，除非上下文另有指示。而是，此类几何术语允许由于制造或等效功能而引起的变化。例如，如果元件被描述为“圆形”或“大体上圆形”，则不是精确圆形的部件(例如，略微椭圆形或多边的多边形的部件)仍然被此描述涵盖。
本文描述的方法示例可至少部分由机器或计算机实施。一些示例可包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，该指令可操作以配置电子装置以执行如以上示例中所描述的方法。此类方法的具体实施可包括代码，诸如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。此类代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。该代码可以形成计算机程序产品的部分。此外，在一个示例中，代码可诸如在执行期间或在其他时间有形地存储在一个或多个易失性、非暂态或非易失性有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移除磁盘、可移除光盘(例如，压缩盘和数字视频盘)、磁带盒、存储器卡或记忆棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述意在是说明性的，而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。诸如本领域技术人员在审阅以上描述时可使用其他实施方案。提供摘要以符合37CFR§1.72(b)的要求，以使读者能够快速确定技术公开的性质。所提交的摘要应理解为其将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上具体实施方式中，可将各种特征分组在一起以使本公开流线化。这不应被解释为未要求保护的公开特征对于任何权利要求都是必要的。而是，发明主题可以在于少于特定公开的实施方案的所有特征。因此，所附权利要求由此作为示例或实施方案并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施方案，并且预期这些实施方案可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所授权的等效物的全部范围来确定。
Claims (26)
1.一种促进显示装置与用于测量分析物水平的传感器系统之间安全通信的方法，所述方法包括：
在所述显示装置的应用层处，执行与所述传感器系统的密码认证密钥交换(PAKE)协议以导出认证密钥；
在所述显示装置处，执行与所述传感器系统的认证配对协议，其中所述认证配对协议的所述执行包括：
在所述显示装置处，从所述传感器系统接收第一输入/输出(I/O)能力的指示，其中所述传感器系统未配置有所述第一I/O能力；
在所述显示装置的所述应用层处获得基于所述认证密钥导出的通行密钥；以及
通过验证所述通行密钥匹配在所述传感器系统处生成的另一通行密钥认证所述传感器系统，其中所述另一通行密钥由所述传感器系统从在所述传感器系统的所述应用层处执行所述PAKE协议导出；
在所述认证成功之后，在所述显示装置与所述传感器系统之间建立加密连接；以及
经由所述加密连接在所述显示装置处，从所述传感器系统接收指示测量的分析物水平的分析物数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述显示装置与所述传感器系统之间建立所述加密连接包括：
在所述显示装置的蓝牙低功耗(BLE)层，计算用于生成会话密钥的长期密钥(LTK)；
由所述显示装置使用所述会话密钥，与所述传感器系统建立加密通道；以及
在所述显示装置处，执行与所述传感器系统的结合程序。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
向所述传感器系统传输发起与所述传感器系统配对的请求，其中在所述显示装置处接收到的所述第一I/O能力的所述指示由所述传感器系统响应于所述请求而传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示装置是具有移动操作系统(OS)的移动装置，并且由所述传感器系统指示的所述第一I/O能力包括输出能力，其中所述传感器系统未配置有所述输出能力，并且其中所述输出能力的所述指示提示所述移动装置抑制生成随机通行密钥。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述移动装置的所述移动OS在所述移动装置的蓝牙低功耗(BLE)层使用BLE应用编程接口(API)获得所述通行密钥，并且其中所述通行密钥由所述移动装置通过在所述应用层执行所述PAKE协议导出。
6.根据权利要求4所述的方法，其中在所述显示装置的所述应用层获得基于所述认证密钥导出的所述通行密钥包括：
向所述移动装置的用户显示所述通行密钥；以及
在所述移动装置的用户界面上显示弹出对话以接收所述通行密钥作为用户输入，其中所述移动装置被配置为将在所述应用层作为用户输入接收的所述通行密钥传递到所述移动装置的蓝牙低功耗(BLE)层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述通行密钥作为所述用户的所述用户输入接收：
复制在所述移动装置处显示的所述通行密钥并且将所述通行密钥粘贴在所述弹出对话中；或者
将所述移动装置处显示的所述通行密钥键入所述弹出对话。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述移动装置被配置为具有在其上执行的多个应用程序，并且还配置有最小特权原则以仅提供执行用于从所述传感器系统接收所述分析物数据的应用程序所需的特权。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示装置为接收器，并且由所述传感器系统指示的所述第一I/O能力包括输入能力，其中所述传感器系统未配置有所述输入能力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述接收器被配置为在所述接收器的蓝牙低功耗(BLE)层处获得从在所述接收器的所述应用层处执行所述PAKE协议导出的所述通行密钥。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述接收器被配置为在其上仅执行一个应用程序以用于接收所述分析物数据。
12.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述认证密钥导出的所述通行密钥：
包括从执行所述PAKE协议导出的所述认证密钥；或者
基于从执行所述PAKE协议导出的所述认证密钥创建。
13.一种促进用于测量分析物水平的传感器系统与显示装置之间安全通信的方法，所述方法包括：
在所述传感器系统的应用层处，执行与所述显示装置的密码认证密钥交换(PAKE)协议以导出认证密钥；
在所述传感器系统处，执行与所述显示装置的认证配对协议，其中所述认证配对协议的所述执行包括：
从所述传感器系统向所述显示装置传输第一输入/输出(I/O)能力的指示，其中所述传感器系统未配置有所述第一I/O能力；
在所述传感器系统的所述应用层处获得基于所述认证密钥导出的通行密钥；以及
通过验证所述通行密钥匹配在所述显示装置处生成的另一通行密钥认证所述传感器系统，其中所述另一通行密钥由所述显示装置从在所述显示装置的应用层处执行所述PAKE协议导出；
在所述认证成功之后，在所述传感器系统与所述显示装置之间建立加密连接；以及
经由所述加密连接从所述传感器系统，向所述显示装置传输指示测量的分析物水平的分析物数据。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述显示装置与所述传感器系统之间建立所述加密连接包括：
在所述传感器系统处，计算用于生成会话密钥的长期密钥(LTK)；
在所述传感器系统处，使用所述会话密钥与所述显示装置建立加密通道；以及
在所述传感器系统处，执行与所述显示装置的结合程序。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
从所述显示装置接收发起与所述显示装置配对的请求，其中从所述传感器系统传输到所述显示装置的所述第一I/O能力的所述指示响应于所述请求而传输。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述显示装置是有移动操作系统(OS)的移动装置，并且由所述传感器系统指示的所述第一I/O能力包括输出能力，其中所述传感器系统未配置有所述输出能力，并且其中所述输出能力的所述指示提示所述移动装置抑制生成随机通行密钥。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述显示装置为接收器，并且由所述传感器系统指示的所述第一I/O能力包括输入能力，其中所述传感器系统未配置有所述输入能力。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述传感器系统被预先配置为在所述传感器系统的蓝牙低功耗(BLE)层处获得从在所述传感器系统的所述应用层处执行所述PAKE协议导出的所述通行密钥。
19.根据权利要求13所述的方法，其中基于所述认证密钥导出的所述通行密钥：
包括从执行所述PAKE协议导出的所述认证密钥；或者
基于从执行所述PAKE协议导出的所述认证密钥创建。
20.一种传感器系统，所述传感器系统包括：
分析物传感器，所述分析物传感器可操作以生成分析物测量结果；和
传感器电子器件模块，所述传感器电子器件模块包括：
存储器，所述存储器包括可执行指令；和
处理器，所述处理器与所述存储器进行数据通信，并且被配置为执行所述指令以致使所述传感器系统进行以下：
在所述传感器系统的应用层处，执行与显示装置的密码认证密钥交换(PAKE)协议以导出认证密钥；
在所述传感器系统处，与所述显示装置执行认证配对协议，其中所述处理器被配置为执行所述认证配对协议包括所述处理器被配置为：
从所述传感器系统向所述显示装置传输第一输入/输出(I/O)能力的指示，其中所述传感器系统未配置有所述第一I/O能力；
在所述传感器系统的所述应用层处获得基于所述认证密钥导出的通行密钥；以及
通过验证所述通行密钥匹配在所述显示装置处生成的另一通行密钥认证所述传感器系统，其中所述另一通行密钥由所述显示装置从在所述显示装置的应用层处执行所述PAKE协议导出；
在所述认证成功之后，在所述传感器系统与所述显示装置之间建立加密连接；以及
经由所述加密连接从所述传感器系统向所述显示装置传输指示分析物测量结果的分析物数据。
21.根据权利要求20所述的传感器系统，其中所述处理器被配置为在所述显示装置与所述传感器系统之间建立所述加密连接包括所述处理器被配置为：
在所述传感器系统处，计算用于生成会话密钥的长期密钥(LTK)；
在所述传感器系统处，使用会话密钥与所述显示装置建立加密通道；以及
在所述传感器系统处，执行与所述显示装置的结合程序。
22.根据权利要求20所述的传感器系统，其中所述处理器还被配置为：
从所述显示装置接收发起与所述显示装置配对的请求，其中从所述传感器系统传输到所述显示装置的所述第一I/O能力的所述指示响应于所述请求而传输。
23.根据权利要求20所述的传感器系统，其中所述显示装置是有移动操作系统(OS)的移动装置，并且由所述传感器系统指示的所述第一I/O能力包括输出能力，其中所述传感器系统未配置有所述输出能力，并且其中所述输出能力的所述指示提示所述移动装置抑制生成随机通行密钥。
24.根据权利要求20所述的传感器系统，其中所述显示装置为接收器，并且由所述传感器系统指示的所述第一I/O能力包括输入能力，其中所述传感器系统未配置有所述输入能力。
25.根据权利要求20所述的传感器系统，其中所述传感器系统被预先配置为在所述传感器系统的蓝牙低功耗(BLE)层处获得从在所述传感器系统的所述应用层处执行所述PAKE协议导出的所述通行密钥。
26.根据权利要求20所述的传感器系统，其中基于所述认证密钥导出的所述通行密钥：
包括从执行所述PAKE协议导出的所述认证密钥；或者
基于从执行所述PAKE协议导出的所述认证密钥创建。
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