Низкозатратная Bluetooth-система NIST отслеживает распространение болезней, защищая приватность

В усилиях ограничить распространение болезней, сохраняя приватность, междисциплинарная исследовательская команда в Национальном институте стандартов и технологий (NIST) спроектировала и протестировала низкозатратные устройства и методы, которые могут обнаруживать, когда люди или животные приходят в близкий контакт друг с другом.

Носимые устройства объединяют коммерческое Bluetooth-радио оборудование с криптографическими функциями NIST. Хотя не всегда надежны в оценке расстояния между носителями, система NIST может быть полезна для исследования того, как люди и животные движутся через пространства и взаимодействуют. Система может предлагать преимущества над контактным трассированием с использованием смартфонов, которые не используются последовательно в определенных настройках и могут быть менее приватными.

Семнадцать волонтеров в 10 домохозяйствах участвовали в исследовании NIST производительности системы во время нормальной активности. Устройства либо носились, либо размещались в доме для сбора данных по крайней мере один час в день. Исследователи измеряли силу радиосигналов, полученных устройствами, для оценки расстояния между волонтерами. Они определили «встречу» как происходящую, когда носители устройств приближались в пределах двух метров друг к другу на протяжении хотя бы 15 минут, основанной на определении CDC близкого контакта. Участников также просили вручную регистрировать, когда и как долго они думали, что у них была встреча.

Результаты показали некоторую корреляцию между силой полученного радиосигнала и расстоянием между носителями, но оценки были ненадежны из-за эффектов переменных, таких как направление, в котором обращен пользователь. Была также неопределенность о том, как обрабатывать компромиссы, такие как сколько ошибки в расстоянии приемлемо или были ли близкие встречи правильно определены в терминах их возможного эффекта на передачу болезней.

«Я не думаю, что кто-то понимает этот компромисс — никто не знает, как сделать оптимизацию, чтобы остановить распространение болезни», сказал коллега NIST Сэ Ву Нам. «Однако эта система позволяет нам начать собирать данные о том, как люди встречаются друг с другом, что может помочь нам создать интервенции для помощи в остановке распространения болезни».

Производительность устройства может быть улучшена использованием большего количества радиочастота, лучших антенн или добавления больше методов измерения, таких как ультразвуковое дальномерное измерение. Но даже как есть, метод NIST может помочь выявить контакты с некоторым потенциалом для передачи воздушно-капельного вируса, такого как тот, что вызывает COVID-19.

Система может помочь в проектировании зданий для устойчивости к пандемиям путем установки устройств в фиксированных точках в зонах с плохой вентиляцией, таких как лифты, сказал Нам. Система может быть полезна в таких настройках, как дома престарелых, где смартфоны не постоянно мониторятся, а также в отслеживании животных для понимания их взаимодействий с целью ограничения распространения болезней.

«Болезнь истребляет целые стада животных, и это ставит под угрозу наше питание», сказал Нам. «Это то, о чем мы должны думать для продовольственной безопасности. Мы также хотим относиться к животным гуманно, и это инструмент, чтобы помочь предотвратить болезни животных и понять, как они заболевают».

Система NIST использует криптографический метод, похожий на тот, что используется в безопасных веб-транзакциях. Она объединяет публичные ключи шифрования, переданные по радио, чтобы сделать общий, секретный ключ, уникальный для каждой встречи. Когда два устройства чувствуют, что они близки, они генерируют уникальный зашифрованный ID встречи на основе случайного числа. Это предотвращает кибератаки, которые могли бы résultировать из вещания ID устройств. ID встречи не связан с устройствами или людьми, их носящими, сохраняя приватность. Анонимизированные данные о встречах предоставляют информацию об использовании зданий (или других пространств), которая может информировать решения о безопасных числах жильцов и экологических контролах.