Föreställ dig att du har diagnostiserats som covid-19-positiv. Hälsomyndigheter börjar spåra kontakt för att innehålla infektioner, ber dig att identifiera personer som du har varit i nära kontakt med. De uppenbara människorna kommer att tänka på – din familj, dina medarbetare. Men hur är det med kvinnan före dig i kö förra veckan på apoteket? eller mannen som packar dina matvaror? Eller någon av de andra främlingar som du kan ha varit nära under de senaste 14 dagarna?

Ett team som leds av MIT-forskare och inkluderar experter från många institutioner håller på att utveckla ett system som utökar "manuell" kontaktspårning av folkhälsotjänstemän, samtidigt som alla individers integritet bevaras. Systemet förlitar sig på Bluetooth-signaler med kort räckvidd som sänds ut från människors smartphones. Dessa signaler representerar slumpmässiga talsträngar, liknas vid "kvitter" som andra närliggande smartphones kan komma ihåg att de hörde.

Om en person testar positivt, de kan ladda upp listan över pip som deras telefon har gett ut under de senaste 14 dagarna till en databas. Andra personer kan sedan skanna databasen för att se om någon av dessa kvittrar matchar de som plockas upp av deras telefoner. Om det finns en match, ett meddelande kommer att informera den personen om att de kan ha exponerats för viruset, och kommer att inkludera information från folkhälsomyndigheterna om nästa steg att ta. Vitalt, Hela denna process görs samtidigt som integriteten bibehålls för de som är covid-19-positiva och de som vill kontrollera om de har varit i kontakt med en smittad person.

"Jag har koll på vad jag har sänt, och du håller reda på vad du har hört, och detta gör att vi kan se om någon var i närheten av en smittad person, " säger Ron Rivest, MIT Institute Professor och huvudutredare av projektet. "Men för dessa sändningar, vi använder kryptografiska tekniker för att generera slumpmässiga, roterande nummer som inte bara är anonyma, men pseudonym, ständigt byter sitt ID, ' och det kan inte spåras tillbaka till en individ."

Detta förhållningssätt till privat, automatisk kontaktspårning kommer att vara tillgänglig på ett antal sätt, inklusive genom den integritetsförsta insats som lanserades vid MIT som svar på covid-19, kallad SafePaths. Denna breda uppsättning mobilappar är under utveckling av ett team som leds av Ramesh Raskar från Media Lab. Utformningen av det nya Bluetooth-baserade systemet har gynnats av SafePaths tidiga arbete på detta område.

Bluetooth-växlar

Smartphones har redan möjlighet att annonsera sin närvaro till andra enheter via Bluetooth. Apples "Hitta min"-funktion, till exempel, använder pip från en förlorad iPhone eller MacBook för att fånga uppmärksamheten från andra Apple-enheter, hjälpa ägaren till den förlorade enheten att så småningom hitta den.

"Hitta mitt inspirerade det här systemet. Om min telefon försvinner, den kan börja sända en Bluetooth-signal som bara är ett slumpmässigt nummer; det är som att vara mitt i havet och vifta med ett ljus. Om någon går förbi med Bluetooth aktiverat, deras telefon vet ingenting om mig; det kommer bara att berätta för Apple, 'Hallå, Jag såg detta ljus, " säger Marc Zissman, biträdande chef för MIT Lincoln Laboratorys avdelning för cybersäkerhet och informationsvetenskap och medansvarig utredare för projektet.

Med deras system, teamet ber i huvudsak en telefon att skicka ut den här typen av slumpmässiga signaler hela tiden och att hålla en logg över dessa signaler. På samma gång, telefonen upptäcker pip som den har fått från andra telefoner, och loggar bara kvitter som skulle vara medicinskt betydelsefulla för kontaktspårning – de som sänds ut inom en radie på ungefär 6 fot och plockas upp under en viss tidsperiod, säg 10 minuter.

Telefonägare skulle engagera sig genom att ladda ner en app som möjliggör detta system. Efter en positiv diagnos, en person skulle få en QR-kod från en hälsotjänsteman. Genom att skanna koden genom den appen, den personen kan ladda upp sin logg till molnet. Alla med appen kunde sedan börja sina telefoner att skanna dessa loggar. Ett meddelande, om det finns en match, kunde berätta för en användare hur länge de var nära en smittad person och det ungefärliga avståndet.

Teknik för att bevara integritet

Vissa länder som är mest framgångsrika när det gäller att begränsa spridningen av covid-19 har använt smartphonebaserade metoder för att utföra kontaktspårning, men forskarna noterar att dessa metoder inte alltid har skyddat individens integritet. Sydkorea, till exempel, har implementerat appar som meddelar tjänstemän om en diagnostiserad person har lämnat sitt hem, och kan utnyttja människors GPS-data för att lokalisera exakt var de har varit.

"Vi spårar inte plats, använder inte GPS, inte bifogar ditt personliga ID eller telefonnummer till något av dessa slumpmässiga nummer som din telefon avger, säger Daniel Weitzner, en huvudsaklig forskare vid MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) och medföreståndare för detta arbete. "Vad vi vill är att göra det möjligt för alla att delta i en gemensam process för att se om du kan ha varit i kontakt, utan att avslöja, eller tvinga någon att avslöja, något."

Valet är nyckeln. Weitzner ser systemet som en virtuell knackning på dörren som bevarar människors rätt att inte svara på det. Hoppet, fastän, är att alla som kan välja att delta skulle göra det för att hjälpa till att begränsa spridningen av covid-19. "Vi behöver en stor andel av befolkningen för att det här systemet verkligen ska fungera. Vi bryr oss om varje enskild Bluetooth-enhet där ute; det är verkligen viktigt att göra detta till ett helt ekosystem, " han säger.

Folkhälsoeffekter

Under hela utvecklingsprocessen, forskarna har arbetat nära ett medicinskt rådgivande team för att säkerställa att detta system effektivt skulle bidra till kontaktspårningsinsatser. Detta team leds av Louise Ivers, som är expert på infektionssjukdomar, docent vid Harvard Medical School, och verkställande direktör för Massachusetts General Hospital Center for Global Health.

"För att USA verkligen ska kunna begränsa denna epidemi, vi måste ha ett mycket mer proaktivt tillvägagångssätt som gör att vi kan spåra fler kontakter för bekräftade fall. Detta automatiserade och integritetsskyddande tillvägagångssätt kan verkligen förändra vår förmåga att få epidemin under kontroll här och skulle kunna anpassas för att användas i andra globala miljöer, ", säger Ivers. "Det som också är bra är att tekniken kan vara flexibel för hur folkhälsotjänstemän vill hantera kontakter med utsatta fall i deras specifika region, som kan förändras över tiden."

Till exempel, systemet kunde meddela någon att de borde isolera sig, eller det kan begära att de checkar in via appen för att få kontakt med specialister angående dagliga symtom och välbefinnande. Under andra omständigheter, Folkhälsotjänstemän kan begära att denna person testas om de upptäcker ett kluster av fall.

Förmågan att utföra kontaktspårning snabbt och i stor skala kan vara effektiv inte bara för att platta ut utbrottskurvan, men också för att göra det möjligt för människor att säkert komma in i det offentliga livet när ett samhälle väl är på den nedåtgående sidan av kurvan. "Vi vill kunna låta människor försiktigt komma tillbaka till det normala livet samtidigt som vi har denna förmåga att noggrant karantänsätta och identifiera vissa vektorer för ett utbrott, " säger Rivest.

Mot implementering

Lincoln Laboratorys ingenjörer har lett prototypframställningen av systemet. En av de svåraste tekniska utmaningarna har varit att uppnå interoperabilitet, det är, gör det möjligt för ett pip från en iPhone att plockas upp av en Android-enhet och vice versa. Ett test på laboratoriet i slutet av förra veckan visade att de uppnådde denna förmåga, och att kvitter kunde fångas upp av andra telefoner av olika märken och modeller.

Ett viktigt nästa steg mot implementering är att samarbeta med smartphonetillverkarna och mjukvaruutvecklarna – Apple, Google, och Microsoft. "De har en avgörande roll här. Syftet med prototypen är att bevisa för dessa utvecklare att detta är möjligt för dem att implementera, " säger Rivest. När dessa samarbeten bildas, teamet visar också sitt prototypsystem för statliga och federala myndigheter.

Rivest framhåller att samarbetet har möjliggjort detta projekt. Dessa samarbetspartners inkluderar Massachusetts General Hospital Center for Global Health, CSAIL, MIT Lincoln Laboratory, Boston University, Brown University, MIT Media Lab, Weizmann Institute of Science, och SRI International.

Laget siktar också på att spela en central, samordnande roll med andra insatser runt om i landet och i Europa för att utveckla liknande, integritetsbevarande kontaktspårningssystem.

"Detta projekt görs i sann akademisk stil. Det är inte en tävling, det är en kollektiv ansträngning från mångas sida, många människor för att få ett system att fungera, " säger Rivest.