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新一代穿戴式醫療設備亟需更安全、高密度的非揮發性內存

作者:華邦電子安全解決方案營銷處處長 陳宏瑋

華邦電子閃存產品營銷經理 黃信偉

毫無疑問,在后疫情時代,患者健康監測方式的改變,以及面對面醫療問診服務的變化等,都將對個人及可穿戴醫療設備產生更大的需求。而這種終端需求的改變,也勢必將引發市場對更安全、高容量的非揮發性存儲產品的新一輪需求,以滿足可穿戴設備儲存更多用戶數據、每單位價格成本更合理、同時具備更高安全性能的需要。

個人醫療器材隱含被入侵或攻擊的危險

在可預見的未來,許多國家/地區的民眾仍需繼續遵守室內空間保持社交距離的強制規定。如學校、工廠和醫院,都必須設法減少室內聚集人數,以維持安全社交距離。因此,醫療衛生體系必須優先考慮一些能在醫院外進行監測和診斷的技術,從而患者不必親自到醫院進行觀察。

穿戴式的健康追蹤裝置,為人們提供了一種新的生活方式,使其能夠保持更健康的生活習慣,并增強對抗疾病的能力?,F在,大多數的人已經熟悉穿戴式的健康追蹤裝置,如用戶心率監測等。華邦預測,未來醫療人員使用可穿戴式裝置治療各種疾病的比例將快速增加。而在后疫情時代,專業型穿戴式醫療設備以及消費型穿戴式醫療裝置都很有可能成為市場的新寵兒。

但是,穿戴式醫療技術的使用者數量大幅成長,卻也帶來了相關的安全性隱患:

  • 專業型醫療設備在部分使用案例下具有極高的安全特性要求——攸關使用者性命。因此,這些裝置必須能抵擋分布式阻斷服務攻擊等惡意襲擊,以免裝置作業中斷或癱瘓。
  • 穿戴式裝置會記錄用戶的私人數據,且大多通過無線連網(如藍牙低功耗無線電)傳送至智能手機等主機裝置。重要的是,使用者必須能夠信任自己的裝置只會將數據提供給獲授權方,例如使用者的醫生等。

使用連網穿戴式裝置確實存在風險,美國食品藥物管理局(FDA)等官方機構曾發出系列警告,要求裝置用戶和制造商留意已知的風險,比如會影響藍牙低功耗無線電芯片組的SweynTooth系列網絡安全漏洞。今年3月,FDA就在有關SweynTooth的公告中表示,“在特定狀況下已能公開獲得利用這些漏洞的軟件”。醫療器材在傳輸數據或程序代碼時,所面臨的威脅最為嚴重:例如,在穿戴式心率監測裝置通過藍牙低功耗聯機將心率測量記錄上傳至用戶的智能型手機時;或是從云端通過無線網絡將更新的固件傳送至穿戴式裝置的時候。

針對簡易型的穿戴式產品,安全措施的構建大多局限于微控制器或系統芯片(SoC),這類裝置上會有一個內建于芯片的小型閃存區域,用于存儲安全程序代碼。但對更精密的裝置而言,由于程序代碼容量過大,超出嵌入式MCU的內存容量,因此需要使用外接式閃存來儲存程序代碼。

但這類外接式內存若缺乏加密引擎和信任根等安全功能,則會成為安全漏洞。假若外接內存有風險,不論主機MCU或SoC的安全性再高,整個裝置和其中的數據都將受到安全威脅。華邦的TrustME?系列中的最新安全內存產品W77Q,能保護裝置免受遠程軟件攻擊,確保連網醫療器材獲得安全可靠的端對端安全性。

TrustMEW77Q主要通過以下功能,解決潛在安全問題:

  • 安全程序代碼更新,包括通過更新授權單位與W77Q之間的端對端加密通道執行無線更新,甚至在主機MCU或SoC遭到入侵的情況下也能進行;
  • 安全開機與信任根
  • 在Flash裝置和主機之間傳輸已驗證且加密的數據
  • 開機與應用程序之程序代碼的芯片內執行 (XiP,Execute-in-Place)
  • 系統復原能力,開啟主要安全功能如保護、偵測及復原。

如何優化成本儲存大量個人資料

使用穿戴式裝置和家用患者監測設備,能緩解醫療機構的壓力,并協助診療室和醫院維持安全的社交距離。然而,這些個人設備會產生大量的個人資料數據。市面上已有內建多重傳感器的監測設備,這些裝置可同時追蹤各種生命體征,比如心率、心率變異度、血氧濃度和溫度等??纱┐魇窖b置由于無法持續連網,其系統架構必須能將用戶數據儲存于本機,因此需要高容量的非揮發性內存。此外,患者的診斷和治療需要用這些數據進行判斷,因此數據完整性也是關鍵任務要求之一。

傳統用于非揮發性、零錯誤數據儲存裝置的內存類型為NOR Flash,在512Mbit以下的低容量應用中,NOR Flash是極具成本效益的選擇。但當所需的數據容量達到512Mbit以上時,NAND Flash的制程更具優勢。在華邦的醫療設備市場展望中,用于儲存用戶數據的NOR Flash需要有高可靠度、高速的替代選擇。為此,華邦開發了全新技術,提高其SLC NAND Flash產品的讀寫效能。

例如,W25N QspiNAND系列提供512Mbit、1Gbit、2Gbit和4Gbit的容量選擇,并與傳統SPI NOR Flash共享相同接口,因而能簡單快速地置換現有設計中的產品,而且512Mbit容量的每位單位成本更低,使用的電路板空間也更少。W25N裝置亦具備快速的編程/抹除效能,而且可靠穩定:產品包含10萬次以上的編程/抹除周期,以及超過10年的資料保存期。芯片內建錯誤修正碼(ECC)引擎,可確保儲存空間內的數據不會發生位錯誤。

此外,華邦還提供更高效能的遷移路徑,適用于整合大量傳感器并以高取樣速度運作的醫療器材:高效能的QspiNAND Flash和OctalNAND Flash產品提供與SLC NAND Flash質量相同的高標可靠度,而且數據帶寬還更高。

新一代的個人醫療器材

新冠疫情的影響還在持續中,但可以明確的是,醫療產業勢必將使用更多的個人和穿戴式技術設備。其中,數據是這些新興個人醫療器材的關鍵,并且對安全和儲存系統的設計也有很大的影響。穿戴式醫療技術市場日新月異,華邦的安全NOR Flash產品以及高可靠度、高容量的QspiNAND Flash在開發上搶得先機,OEM可以信賴華邦,持續選用其推出的全新產品類型和技術,滿足市場對安全、低成本程序代碼與數據儲存的最新需求。

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