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Resumen del experimento
El protocolo propuesto de migración segura de datos en la nube habilitado por inteligencia artificial explicable (XAI) fue evaluado utilizando un conjunto de datos sintéticos de atención médica que comprende aproximadamente 20 millones de registros electrónicos de salud (EHR) distribuidos en 28 tablas de bases de datos relacionales, con un total de 10 GB. Los experimentos se realizaron en un entorno en la nube de Amazon Web Services (AWS) utilizando Amazon RDS PostgreSQL 16, redes privadas virtuales (VPC) privadas, comunicación cifrada con TLS 1.3 y servicios de monitoreo centralizados. Se realizaron diez experimentos independientes de migración en condiciones idénticas de hardware, software, red y carga de trabajo para garantizar la reproducibilidad y minimizar el sesgo experimental. Todos los valores de rendimiento informados representaron la media de las diez ejecuciones experimentales. La significancia estadística se evaluó mediante pruebas t de Student para muestras apareadas tras verificar la normalidad usando la prueba de Shapiro-Wilk (p < 0.05).
Resultados de la preparación y validación del conjunto de datos
El conjunto de datos sanitarios sintético se generó con éxito según las especificaciones del protocolo. La validación de los datos confirmó la creación exitosa de aproximadamente 20.000.000 de registros relacionados con pacientes distribuidos en 28 tablas relacionales, incluyendo datos demográficos de pacientes, encuentros clínicos, diagnósticos, informes de laboratorio, medicamentos, metadatos de imágenes, información de facturación y registros médicos. Se verificaron con éxito la unicidad de las claves primarias, las relaciones de claves externas y las restricciones de integridad referencial antes de la migración. Aproximadamente el 5 % de los valores de los datos se dejaron intencionadamente faltantes para simular bases de datos realistas de historiales clínicos electrónicos, y posteriormente se procesaron durante la limpieza de datos. La evaluación de la calidad del conjunto de datos demostró una validación exitosa del esquema, rangos de valores aceptables y una integridad referencial completa. El error acumulado en la validación del conjunto de datos permaneció por debajo del 0,1 %, lo que indica que el conjunto de datos generado fue adecuado para experimentos de migración segura, como se muestra en Tabla 1.
Resultados de la implementación de la arquitectura del sistema
La arquitectura de migración segura se implementó y validó con éxito antes de la ejecución del flujo de trabajo de migración. Todos los recursos en la nube operan dentro de una nube privada virtual (VPC) de AWS aislada, utilizando subredes privadas, grupos de seguridad y políticas de acceso basadas en identidad. Las comunicaciones de la base de datos se protegieron mediante cifrado TLS 1.3, y las credenciales de migración se generaron dinámicamente según la política temporal de privilegio mínimo. Los registros de autenticación, registros de migración, eventos de base de datos, eventos de red y registros de auditoría de seguridad se recopilaron continuamente mediante Amazon CloudWatch. Durante todas las ejecuciones experimentales, las comunicaciones ocurrieron exclusivamente a través de puntos de conexión de red privados, y no se detectaron servicios de base de datos accesibles públicamente. La supervisión continua mostró una comunicación estable entre todos los componentes de migración sin interrupciones de servicio inesperadas ni fallos de autenticación, como se muestra en Figura 2.
Resultados del flujo de trabajo de migración segura
Modelado de amenazas
El modelo de amenazas predefinido identificó con éxito el robo de credenciales, ataques internos, ataques de repetición, ataques de intermediario, alteración de esquemas y escenarios de escalada de privilegios. Los controles de seguridad implementados mitigaron eficazmente todas las amenazas identificadas antes de la ejecución de la migración, como se resume en Tabla 2.
Transferencia del esquema de la base de datos
La migración del esquema de la base de datos se completó con éxito en todos los ensayos experimentales. Todas las tablas relacionales, índices, procedimientos almacenados, restricciones, metadatos, claves primarias y claves externas se transfirieron sin inconsistencias estructurales ni desviaciones del esquema.
Migración segura de datos
El proceso de migración se completó con éxito en los diez ensayos experimentales sin interrupciones del flujo de trabajo ni fallos en las transacciones. Se mantuvo una transferencia segura de datos durante todo el proceso de migración mediante canales de comunicación cifrados a través de puntos de conexión de red privados.
Validación de la migración
La validación posterior a la migración confirmó una consistencia completa entre las bases de datos de origen y destino. La verificación mediante suma de comprobación SHA-256 produjo una coincidencia del 100 % en todas las tablas migradas, lo que demuestra que no ocurrió ninguna corrupción de datos durante la transmisión. La validación del número de registros confirmó la migración exitosa de los 20 millones de registros sin pérdida, duplicación ni truncamiento. La validación de claves primarias, claves externas, índices, definiciones de esquema y restricciones de la base de datos confirmó la preservación completa de la integridad de la base de datos. No se observaron desviaciones del esquema, eventos de reversión, fallos en transacciones ni inconsistencias en la migración durante todo el período de evaluación. La cuantificación de los resultados de integridad se muestra en Tabla 9.
| Métrica de validación | Resultado observado | Criterio de aceptación | Estado |
| Total de historias clínicas migradas | 20.000.000 | 20.000.000 | Aprobado |
| Tablas de base de datos relacionales migradas | 28 | 28 | Aprobado |
| Tamaño del conjunto de datos migrado | 10 GB | 10 GB | Aprobado |
| Verificación del checksum SHA-256 | Coincidencia del 100 % | Coincidencia del 100 % | Aprobado |
| Consistencia en el conteo de registros | 100 % | 100 % | Aprobado |
| Validación del esquema | Todas las tablas validadas | Sin errores de esquema | Aprobado |
| Integridad de clave primaria | Verificada | Sin violaciones | Aprobado |
| Integridad de clave externa | Verificada | Sin violaciones | Aprobado |
| Tasa de corrupción de datos | 0 % | 0 % | Aprobado |
| Desviación del esquema | No observada | Ninguna | Aprobado |
| Eventos de reversión | 0 | 0 | Aprobado |
| Tasa de finalización de la migración | 100 % | 100 % | Aprobado |
Tabla 9: Resultados de la validación de integridad de datos tras la migración segura de la base de datos. Presenta las principales métricas de verificación de integridad desde el punto de vista cuantitativo. Estas incluyen la comprobación de que las sumas hash SHA-256 coincidieron, la consistencia en el número de registros, la validación del esquema, la preservación de las restricciones de clave, la finalización de la migración, los eventos de reversión y el éxito general de diez experimentos de migración independientes.
Tabla 9 resume los resultados de la validación de la integridad de los datos cuantitativos obtenidos tras la migración segura de datos a la nube. Los resultados demostraron que todos los criterios de aceptación de la migración se cumplieron en las diez ejecuciones experimentales independientes.
Endurecimiento tras la migración
La gestión temporal de credenciales con privilegio mínimo mejoró sustancialmente la seguridad de las credenciales en comparación con el marco convencional de migración. La vida media de las credenciales disminuyó de 24,7 ± 1,3 h en el entorno de referencia a 0,42 ± 0,18 h en el marco propuesto, lo que representa una reducción del 98,3 % en la duración de exposición de las credenciales. Las credenciales temporales se revocaron inmediatamente después de completar la migración, y no se detectaron intentos de autenticación no autorizados mediante credenciales caducadas durante ninguna ejecución experimental. La eliminación de credenciales de larga duración redujo la superficie de ataque potencial manteniendo un rendimiento de migración ininterrumpido, como se muestra en la Figura 3.
Resultados del monitoreo mediante IA explicable
Extracción de características de seguridad
La telemetría de seguridad se recopiló con éxito a partir de servidores de bases de datos, servicios de autenticación, servidores de aplicaciones y sistemas de monitoreo de red. La extracción de características generó mediciones normalizadas de la frecuencia de acceso, la cantidad de intentos de inicio de sesión fallidos, los cambios de dirección IP, la duración de la sesión y el volumen de transferencia de datos para la detección de anomalías, como se describe en Tabla 3.
Rendimiento del modelo de detección de anomalías
El modelo de bosque de aislamiento demostró un rendimiento robusto en la detección de anomalías en 10 experimentos independientes. La precisión, exactitud, recuperación, puntuación F1 y área bajo la curva característica de operación del receptor (AUC) promedio fueron 94,6 ± 1,3 %, 92,7 ± 1,5 %, 93,1 ± 1,6 %, 92,9 ± 1,4 % y 0,97 ± 0,01, respectivamente. La configuración del modelo siguió los parámetros resumidos en Tabla 4.
Detección de anomalías de seguridad
El marco de monitoreo propuesto redujo el tiempo promedio de detección de incidentes de más de 24 h en el entorno de referencia a aproximadamente 15 min. Las detecciones de falsos positivos se mantuvieron por debajo del 3 %, y no hubo fallas críticas de migración sin detectar durante todo el período de evaluación. En la Figura 4 se presentan salidas representativas de la detección de anomalías.
Análisis de explicabilidad
El TreeExplainer de SHAP generó resultados interpretables de atribución de características para todas las anomalías detectadas. Se utilizó un conjunto de datos de referencia que contenía 1 000 muestras representativas de entrenamiento para calcular los valores de SHAP. El análisis de explicación global identificó consistentemente el número de intentos fallidos de inicio de sesión, el volumen de transferencia de datos, los cambios de dirección IP, la duración de la sesión y la frecuencia de acceso como las características más influyentes en las predicciones de anomalías. Un análisis repetido de explicabilidad en diez ejecuciones experimentales produjo clasificaciones de características casi idénticas, lo que demuestra una interpretación estable del modelo. Las explicaciones locales de SHAP identificaron además los factores principales que contribuyen a predicciones individuales de anomalías, mejorando así la transparencia del proceso de monitoreo de seguridad. Las salidas representativas del análisis de explicabilidad se muestran en la Figura 5, mientras que las clasificaciones correspondientes de importancia de características se resumen en la Tabla 5.
Resultados de la evaluación del rendimiento
La comparación con el marco de migración de referencia demostró mejoras sustanciales en múltiples métricas de seguridad. La duración de la exposición de credenciales disminuyó en un 98,3 %, la precisión en la detección de anomalías mejoró del 72,4 ± 2,1 % al 94,6 ± 1,3 %, y los puntos finales de migración accesibles públicamente pasaron de seis a cero. El tiempo promedio de detección de incidentes se redujo notablemente, mientras que se mantuvo intacta la integridad completa de la migración durante toda la evaluación. Aunque los controles de seguridad adicionales incrementaron la latencia de migración en un 11,2 ± 2,9 %, el aumento observado permaneció por debajo del umbral de aceptación predefinido del 15 %, lo que indica que las mejoras en seguridad se lograron con un impacto mínimo en la eficiencia de la migración. Los resultados representativos de la evaluación del rendimiento se presentan en la Figura 6, y la comparación cuantitativa entre los marcos de referencia y el propuesto se resume en la Tabla 7.
Validación estadística y reproducibilidad
El análisis estadístico demostró mejoras significativas en la duración de la exposición de credenciales, la precisión en la detección de anomalías, el tiempo de detección de incidentes y la latencia de migración entre los marcos de trabajo de referencia y el propuesto (prueba t de Student pareada, p < 0.05). Los intervalos de confianza del 95 % calculados mostraron una baja variabilidad a lo largo de las 10 ejecuciones experimentales independientes, confirmando la reproducibilidad y estabilidad del protocolo propuesto. Los resultados detallados de cada experimento se presentan en Tabla 10.
| Corrida experimental | Duración de exposición de credenciales (h) | Precisión en detección de anomalías (%) | Latencia de migración (min) | Validación SHA-256 | Estado de migración |
| Corrida 1 | 0.45 | 94.3 | 96.8 | Superada | Exitosa |
| Corrida 2 | 0.41 | 95 | 98.2 | Superada | Exitosa |
| Corrida 3 | 0.39 | 94.7 | 95.9 | Superada | Exitosa |
| Corrida 4 | 0.44 | 94.5 | 97.6 | Superada | Exitosa |
| Corrida 5 | 0.43 | 94.8 | 96.9 | Superada | Exitosa |
| Corrida 6 | 0.4 | 94.2 | 98.5 | Superada | Exitosa |
| Corrida 7 | 0.42 | 95.1 | 97.2 | Superada | Exitosa |
| Corrida 8 | 0.38 | 94.6 | 96.7 | Superada | Exitosa |
| Corrida 9 | 0.43 | 94.9 | 97.8 | Superada | Exitosa |
| Corrida 10 | 0.41 | 94.5 | 97 | Superada | Exitosa |
| Media ± DE | 0.42 ± 0.02 | 94.66 ± 0.29 | 97.26 ± 0.80 | 100 % superada | 10/10 exitosas |
Tabla 10: Reproducibilidad experimental en diez ejecuciones independientes de migración. La tabla presenta un resumen del intervalo de tiempo durante el cual se expuso una credencial, la precisión en la detección de anomalías, el retraso de una migración, el estado de la validación SHA-256 y el éxito de la migración en cada ejecución experimental, demostrando así la estabilidad y reproducibilidad del marco propuesto para la migración segura a la nube bajo las mismas condiciones experimentales.
La tabla 10 presenta los resultados detallados de las diez ejecuciones experimentales independientes, lo que demuestra la consistencia, estabilidad y reproducibilidad del protocolo propuesto de migración segura a la nube bajo condiciones experimentales idénticas.
La evaluación experimental demostró que la integración de la seguridad de confianza cero, el control de acceso temporal con privilegio mínimo, la monitorización continua de anomalías y la explicabilidad basada en SHAP mejoró la seguridad de la migración, manteniendo al mismo tiempo la integridad completa de la base de datos y un rendimiento de migración aceptable. Dado que los experimentos se realizaron utilizando un conjunto de datos sintéticos de atención médica dentro de un entorno de nube controlado, estos resultados deben interpretarse dentro de la configuración experimental evaluada. Será necesario realizar una validación adicional utilizando infraestructuras operativas de atención médica, conjuntos de datos clínicos reales y entornos de nube multi-institucionales antes de generalizar el protocolo para su implementación rutinaria en sistemas de atención médica en producción.