Design and Implementation of Telemedicine Client-Server Model using Encryption and Decryption Algorithm in Single Core and Multicore Architecture on LINUX Platform

Telemedicine Client-Server Model

Project Report , 2011 , 81 Pages

Computer Science - Applied

Multimedia applications have an increasing importance in many areas. There is a growing need to store and transmit high quality video for applications where common coding schemes do not yield enough quality. An example of this is Telemedicine system is best example of Applied Medical Informatics. Several physiologic data, Digital images and video can be transmitted more rapidly and easily than conventional images and videos. In telemedicine expert physicians in tertiary care centres can view a digital image, videos and advice local physicians on the best plan of care without having to move the patient many miles away.
Telemedicine will be implemented using the TCP client-server model. The clientserver model was originally developed to allow more users to share access to database applications. The data must be secure, when the data is transmitted from server to client, security must ensure that data will not be damaged by attackers and protects against danger, loss, and criminals. Even if someone tries to hack the data content of file should not be revealed to the attacker. So it is necessary to encrypt the data before transmitting the file
using encryption methods. The encryption method used in server and client model is XOR or AES (advanced encryption standard) or Rijndael algorithm which is used to encrypt and decrypt the x-ray images of patients, drug prescriptions.
The Rijndael algorithm allows encrypt video at high quality while achieving great encryption. This property makes the Rijndael algorithm a good option for building a video encryption able to obtain better performance than other more general purpose algorithms such as XOR or AES algorithm. One of the main problems when working with the video sequence is the huge datasets that have to be dealt with. Therefore, memory accesses slowdown the encryption execution. Performance is one of the main concerns of modern systems; therefore
Profiling and tracing tools is used to determine which parts of a program to optimize for speed or memory usage. A general rule of thumb is that 90% of a program's time is spent in just 10% of the code. Profiling enables you to determine which 10% of the code. The
parallelization of code using multithreading concept is required to reduce execution time on the processer and speed up the application. The method of measuring performance is to arrive at the speed of execution, later, measure the execution on a single core and multi-core processor.

Inhaltsverzeichnis

• Abstract
• Table of Contents
• List of Figures
• List of Tables
• Acronyms
• Nomenclature
• CHAPTER 1
  • 1. Introduction:
  • 1.1 Applications and techniques which uses embedded security:
  • 1.2 Criteria considered choosing embedded security:
  • 1.3 Criteria considered choosing embedded security:
  • 1.4 Challenges faced in Embedded Security Design:
  • 1.5 Solution to Challenges raced in Embedded Security Design:
• CHAPTER 2
  • 2. Introduction:
  • 2.1 Functional Requirements and task identification:
  • 2.2 Flow graph for Telemedicine Client-Server System:
  • 2.3 Flow Chart for Telemedicine Client-Server System:
  • 2.4 Algorithm to Telemedicine Client-Server System:
  • 2.5 Implementation TCP socket between client and server:
  • 2.5.1 Implementation at server Side:
  • 2.5.2 Implementation ofClient
  • 2.6 Implementation UDP socket between client and server:
  • 2.6.1 Implementation at server side:
  • 2.6.2 Implementation at Client Side:
  • 2.7 Authentication:
  • 2.7.1 Algorithm at Server Side:
  • 2.7.2 Algorithm at Client Side:
  • 2.8 Discussion:
• CHAPTER 3
  • 3. Introduction:
  • 3.1 AES algorithm
  • 3.2 AES encryption and decryption:
  • 3.2.1 Implementation of AES algorithm at server Side in C is Show
  • 3.2.2 Implementation of AES algorithm at client side in C is show
  • 3.2.3 Algorithmofcipher(), InvCipher(), KeyExpansionandXOR:
  • 3.2.4 Algorithmparameters, Symbols, andFunctions:
  • 3.3 MormanceEvaluation of Telemedicinesystem:
  • 3.3.1 puformanceEvaIuation
  • 3.3.2 Mormance Evaluation of UDP:
  • 3.4 Test Cases for TCP & UDP:
  • 3.4.1 Test Cases for Server (Tcp/tJdp):
  • 3.42 for 1 Udp):
  • 35 Results:
  • 3.5.1 TCP Output:
  • 3.5.2 UDP Output:
  • 3.6 Discussion:
• CHAPTER 4
  • 4 Introduction:
  • 4.1 Pmfiling andtracingTools:
  • 4.2 Pmfiling the performance of TP server and Client program of telemedicine system using
  • 4.3 Analyzing and identifying the where parallelism is required Ising the profile data
  • 4.4 Designing the identified section of cule for parallelization using multithreading concepts:
• CHAPTER 5
  • 5. I Pthread:
  • 5.2 Compiling and the code using Pthread library the Intel duel core system
  • 5.3 Pmfiling the performance of nodified 'ICP server alKl Client program of telemedicine system Ising pthread
  • 5.4 OpenMP
  • 5.5 Compiling and the code using Pthread library the Intel duel core system
  • 5.6 profiling the performance of modified TCP server and client program of telenedicine system [Bing Open MP library
  • 5.7 Execution 'limeand
  • 5.7.1 Comparing the performance of TCP client-server program of telemedicirw system using Rijndael algorithm for video file in single core, dual core using Pthread and dual core using OpenMP:
  • 5.8 Comparing the performance of TP client-server program of telemedicine system using Rijndael algorithm for Video file in Single core, dual core using Pthread and dual core using
• CHAPI*ER 6
  • 6.1 Comments on I_æarning
  • 6.2 Summary,'C01Elusion
• REFERENCES

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung eines Telemedizin-Client-Server-Modells, das auf der Linux-Plattform implementiert ist und Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsalgorithmen verwendet. Das Hauptziel ist es, eine sichere und effiziente Datenübertragung zwischen Client und Server zu ermöglichen, um medizinische Daten wie Röntgenbilder, Medikamentenverschreibungen und Videostreams zu übertragen. Die Arbeit untersucht die Verwendung von TCP- und UDP-Protokollen für die Verbindungsaufbau sowie die Anwendung von AES- und Rijndael-Algorithmen zur Datenverschlüsselung. Darüber hinaus werden verschiedene Techniken zur Optimierung der Leistung des Systems, einschließlich Multithreading und OpenMP, untersucht.

• Sichere Datenübertragung in Telemedizin-Systemen
• Anwendung von Verschlüsselungsalgorithmen (AES, Rijndael)
• Optimierung der Systemleistung durch Multithreading und OpenMP
• Vergleich der Leistung von TCP und UDP
• Inklusion von Sicherheitsaspekten in eingebetteten Systemen

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 1 bietet eine Einführung in die Bedeutung von Sicherheit in eingebetteten Systemen und beleuchtet verschiedene Anwendungen und Techniken, die eingebettete Sicherheit erfordern. Es werden Kriterien für die Auswahl von Sicherheitsmechanismen sowie Herausforderungen und Lösungsansätze für die Entwicklung sicherer eingebetteter Netzwerke diskutiert.

Kapitel 2 befasst sich mit der Implementierung des Telemedizin-Client-Server-Modells unter Verwendung von TCP- und UDP-Protokollen. Es werden die Anforderungen des Systems, der Ablaufplan und der Algorithmus für die Kommunikation zwischen Client und Server beschrieben. Die Implementierung von TCP- und UDP-Sockets wird detailliert erläutert, einschließlich der Schritte für die Verbindungsaufbau, Authentifizierung und Datenübertragung.

Kapitel 3 konzentriert sich auf die Anwendung von AES-Verschlüsselungsalgorithmen zur Sicherung der Datenübertragung im Telemedizin-System. Es wird eine detaillierte Beschreibung des AES-Algorithmus, seiner Implementierung in C-Code und der Performance-Bewertung des Systems unter Verwendung von TCP und UDP gegeben. Die Ergebnisse der Tests und die Diskussion der Leistungsunterschiede zwischen TCP und UDP werden ebenfalls präsentiert.

Kapitel 4 behandelt die Optimierung der Leistung des Telemedizin-Systems durch die Verwendung von Profiling- und Tracing-Tools. Es wird erläutert, wie Profiling-Tools wie gprof verwendet werden können, um Performance-Engpässe zu identifizieren und Bereiche im Code zu finden, die für die Parallelimtion geeignet sind. Die Implementierung von Multithreading-Konzepten zur Parallelimtion des Codes wird detailliert beschrieben.

Kapitel 5 vertieft die Diskussion über die Parallelimtion des Codes unter Verwendung von Pthread- und OpenMP-Bibliotheken. Es werden die Schritte zum Kompilieren und Ausführen des Codes mit Pthread und OpenMP sowie die Performance-Bewertung der parallelimten Programme erläutert. Ein Vergleich der Leistung von Pthread und OpenMP in Bezug auf Ausführungsgeschwindigkeit, Implementierungsaufwand und Wartbarkeit wird durchgeführt.

Kapitel 6 bietet eine Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse und Ergebnisse der Arbeit. Es werden die Lernziele und die erzielten Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen Telemedizin, Client-Server-Modell, Verschlüsselung, Entschlüsselung, AES-Algorithmus, Rijndael-Algorithmus, TCP, UDP, Multithreading, OpenMP, eingebettete Sicherheit, Linux-Plattform, Performance-Optimierung, medizinische Daten, Datenübertragung, Sicherheit in eingebetteten Systemen.

• College: Coventry University (M.S. Ramaiah School of Advanced Studies)
• Course: M. Sc. [Engg] in Real Time Embedded Systems
• Author: Manjunath Basavaiah (Author)
• Publication Year: 2011
• Pages: 81
• Catalog Number: V188096
• ISBN (eBook): 9783656117834
• ISBN (Book): 9783656130949
• Language: English
• Tags: design, implementation, telemedicine, client-server, model, encryption, decryption, algorithm, single, core, multicore, architecture, linux, platform