NIST's laag-kost Bluetooth systeem traceert ziekteverspreiding terwijl privacy beschermt

In inspanningen om de verspreiding van ziekte te beperken terwijl privacy behouden blijft, heeft een interdisciplinair onderzoeksteam bij het National Institute of Standards and Technology (NIST) goedkope apparaten en methoden ontworpen en getest die kunnen detecteren wanneer mensen of dieren in nauw contact met elkaar komen.

De draagbare apparaten combineren commerciële Bluetooth radio hardware met NIST cryptografische functies. Hoewel niet altijd betrouwbaar in het schatten van de afstand tussen dragers, kan het NIST systeem nuttig zijn voor onderzoek naar hoe mensen en dieren door ruimtes bewegen en interacteren. Het systeem kan voordelen bieden boven contact tracing met smartphones, die niet consistent gebruikt worden in bepaalde settings en minder privé kunnen zijn.

Zeventien vrijwilligers in 10 huishoudens namen deel aan de NIST studie van systeemprestaties tijdens normale activiteiten. Apparaten werden gedragen of in het huis geplaatst om data te verzamelen gedurende ten minste één uur per dag. Onderzoekers maatten de sterkte van de radiosignalen ontvangen door de apparaten om de afstand tussen de vrijwilligers te schatten. Ze definieerden een "ontmoeting" als optredend wanneer apparaatdragers binnen twee meter van elkaar kwamen voor ten minste 15 minuten, gebaseerd op de Centers for Disease Control and Prevention definitie van nauw contact. Deelnemers werden ook gevraagd om handmatig te loggen wanneer en hoe lang ze dachten een ontmoeting te hebben gehad.

De resultaten toonden enige correlatie tussen de sterkte van het ontvangen radiosignaal en de afstand tussen dragers, maar schattingen waren onbetrouwbaar door effecten van variabelen zoals de richting waar de gebruiker naar toe keek. Er was ook onzekerheid over hoe trade-offs te verwerken, zoals hoeveel van een fout in afstand acceptabel was of of nauwe ontmoetingen correct gedefinieerd waren in termen van hun mogelijke effect op ziekteoverdracht.

"Ik denk niet dat iemand die trade-off begrijpt — niemand weet hoe optimalisatie te doen om de verspreiding van ziekte te stoppen," zei NIST Fellow Sae Woo Nam. "Echter, dit systeem laat ons beginnen om data te verzamelen over hoe mensen elkaar tegenkomen wat ons kan helpen interventies te creëren om de verspreiding van ziekte te helpen stoppen."

Apparaatprestaties kunnen verbeterd worden door gebruik van meer radiokanalen, betere antennes of het toevoegen van meer sensormethoden zoals ultrasonische ranging. Maar zelfs als het is, kan de NIST methode helpen contacten identificeren met potentieel voor transmissie van een luchtgetragen virus zoals dat wat COVID-19 veroorzaakt.

Het systeem kan helpen bij het ontwerpen van gebouwen voor pandemieweerbaarheid door apparaten te monteren op vaste punten in gebieden met slechte ventilatie zoals liften, zei Nam. Het systeem kan nuttig zijn in settings zoals verpleeghuizen, waar smartphones niet continu gemonitord worden, alsook in het tracken van dieren om hun interacties te begrijpen voor het doel van ziekteverspreiding te beperken.

"Ziekte wist hele kuddes dieren uit, en het bedroeft ons voedselvoorziening," zei Nam. "Dit is iets waar we over moeten nadenken voor voedselzekerheid. We willen dieren ook menselijk behandelen, en dit is een tool om te helpen voorkomen dat dieren ziek worden en te begrijpen hoe ze ziek worden."

Het NIST systeem gebruikt een cryptografische methode, vergelijkbaar met die gebruikt in veilige webtransacties. Het combineert publieke versleutelingssleutels getransmitteerd over de radio om een gedeelde, geheime sleutel uniek voor elke ontmoeting te maken. Wanneer twee apparaten voelen dat ze dichtbij zijn, genereren ze een unieke, versleutelde ontmoetings-ID gebaseerd op een willekeurig getal. Dit voorkomt cyberaanvallen die kunnen voortvloeien uit het uitzenden van apparaat-ID's. De ontmoetings-ID is niet gekoppeld aan de apparaten of de mensen die het dragen, wat privacy behoudt. De geanonimiseerde data over ontmoetingen voorziet informatie over het gebruik van gebouwen (of andere ruimtes) die beslissingen over veilige aantallen bezetters en omgevingscontroles kan informeren.