Hibrid yöntemler kullanılarak tıbbi DICOM verilerinin güvenliğinin sağlanması
Using hybrid methods to ensure the security of medical DICOM data
Yazar: DUYGU BALCI
Danışman: PROF. DR. İNAN GÜLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgi Güvenliği Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Tıpta Dijital Görüntüleme ve İletişim olarak geçen (DICOM) görüntüler, medikal verilerin görüntülenmesi, depolanması ve analiz edilmesi noktasında kullanılan bir dosya standardıdır. DICOM verilerde bulunan dosya başlığı, hastaya ait demografik bilgileri ve görüntü özelliklerini içermektedir. Bu çalışmada, hastalara ait demografik bilgiler ve doktorun tanı raporu, siber saldırılara karşı tıbbi bir steganografi tekniği kullanılarak Manyetik Rezonans (MR) görüntülerine gizlenmiştir. Önerilen hibrit algoritmada, steganografi, Hash ve Gelişmiş Şifreleme Standardı (AES) şifreleme algoritmaları bir arada kullanılmıştır.  Şifrelenecek olan veri üç farklı bileşenden oluşmaktadır. Bunlar, hastaya ait demografik bilgiler, doktor tanısı ve medikal verinin güvenilirliğini sağlayan görüntünün bir hash'i dir. Hibrit algoritmada gizli mesaj, medikal veride bulunan ve teşhisi minimum seviyede etkileyecek kemik noktalarının belirlenmesi sağlanmış ve o noktalara gömülmüştür. Gömme yöntemi olarak LSB (En Düşük Anlamlı Bit) yöntemi kullanılmıştır. Önerilen yöntem, medikal verilerde gömme işleminde sırasıyla piksel değerleri ortalama değer altında, ortalama değer üstünde ve maksimum değerlerinde veri gömen üç farklı algoritma ile karşılaştırılmıştır. Veri gizleme işlemlerinden sonra, hasta verilerinin güvenliği için, DICOM veri içerisinde bulunan hastaya ait demografik bilgiler silinmektedir. Farklı büyüklükte MR görüntülerinde, kullanılan diğer algoritmalar ile önerilen yöntemi karşılaştırmak için PSNR, MSE ve SSIM değerleri ölçüt olarak kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, önerilen algoritma, hastalığın tanı ve tedavisine zarar vermeden genel LSB steganografi yöntemini geliştirmektedir. Ayrıca, AES şifreleme algoritması gizli mesajı siber saldırılara karşı korur ve hash şifreleme, paylaşılan tıbbi görüntünün değiştirilmeyeceğini veya zarar görmeyeceğini garanti eder.

Abstract:
Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) is a file standard for medical images in radiology, which has a file header and pixels of an image. The file header of DICOM includes the patient's demographic information and image properties. In this study, the patient's demographic information and the doctor's diagnosis report are hidden into Magnetic Resonance (MR) images by using a medical steganography technique, against cyber-attacks. The proposed hybrid algorithm combines steganography, hash, and Advanced Encryption Standard (AES) encryption algorithms. The secret message includes three components. These are patient data and the doctor's diagnosis report which are encrypted by AES, and a hash of the image that ensures the reliability of the data. In the hybrid algorithm, the secret message is embedded into the edges of the image which are between average and maximum gray level values of pixels in the image to increase the efficiency of the standard Least Significant Bit (LSB) embedding method. The proposed method is compared with four different algorithms which use the only below average, above average, maximum and hybrid gray level values of images, respectively. After embedding the message, the patient's demographic information in the file header of the DICOM image is deleted to ensure the security of patient data.  MR images with different sizes are used to evaluate the proposed system by using the comparison metrics such as mean square error (MSE), peak signal-to-noise ratio (PSNR), and structural similarity index (SSIM). According to the obtained results, the proposed algorithm improves the general LSB steganography method without damaging the diagnosis and treatment. Furthermore, AES encryption protects the secret message against cyber-attacks and hash encryption guarantees that the shared medical image will not be altered or damaged.