大數(shù)據(jù)下智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)設計

鹿艷晶

摘要： 智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)在應用過程中存在加密傳輸效率低的問題，為此，提出大數(shù)據(jù)下智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)設計。硬件部分，設計計算機，擁有數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)融合兩個選項;設計計算機電子干擾器，依據(jù)電子對抗原理利用干擾器阻斷攜帶機密信息的輻射電磁;設計加密IC卡，采用3DES加密標準;設計顯示器，傳輸智能通信信息隊列數(shù)據(jù)。軟件部分，計算加密傳輸入口參數(shù)，標識出不同IP接口信號，結(jié)合數(shù)據(jù)與密鑰，提高傳輸安全性;利用大數(shù)據(jù)下的智能通信信息隊列加密傳輸算法，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)下的智能通信信息隊列加密傳輸。根據(jù)實驗得出結(jié)論：該系統(tǒng)加密傳輸吞吐率均在3 kbit/s以上，加密傳輸性能較好。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);智能通信;信息隊列;加密傳輸

中圖分類號： TP343.7? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0045-02

智能通信信息隊列指的是在通信過程中用于保存信息的集合，能夠在傳遞信息的同時，保留信息。在智能通信信息隊列傳輸過程中，需要利用加密技術(shù)保證通信信息傳輸安全[1]。在大數(shù)據(jù)下，智能通信信息隊列中的數(shù)據(jù)量越來越大，因此必然會出現(xiàn)加密傳輸效率低的問題。由于傳統(tǒng)智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)中的加密算法與傳輸算法分離，無法實現(xiàn)統(tǒng)一加密傳輸信息隊列中的數(shù)據(jù)[2]?？梢钥闯鲈谖覈槍χ悄芡ㄐ判畔㈥犃屑用軅鬏斚到y(tǒng)的研究普遍停留在理論層面。針對智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向，提出大數(shù)據(jù)下智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)設計。

1 大數(shù)據(jù)下智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)硬件設計

本文針對系統(tǒng)的硬件部分主要分為4部分，分別為：計算機、計算機干擾器、遠程電源終端以及顯示器。系統(tǒng)其余硬件均為基礎(chǔ)硬件，無須重點設計，在本文中不做多余贅述。

1.1 計算機設計

選用Satellite LS10型號計算機，并配置雙核CPU及多個可擴展處理器，內(nèi)存為6GB大小[3]。服務器的硬件環(huán)境配置，如表1所示。

根據(jù)表1所示，Satellite LS10型號計算機擁有數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)融合兩種功能，可以同時進行智能通信信息隊列加密與傳輸。所設計的雙核多拓展處理器可以平衡通信信息隊列，從而提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

1.2 計算機干擾器

干擾器的作用在于阻斷信息隊列在加密傳輸過程中的電磁輻射，因為電磁輻射中可能會攜帶部分機密信息。在傳輸信息時需要打開干擾器，利用其發(fā)出的信號對抗電磁輻射信號，以此覆蓋機密信息[4]。計算機干擾器中電源的主要功能是為了給干擾器電源終端及其他外部控制部件提供電力，干擾器電源終端的工作狀態(tài)為弱電狀態(tài)，在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的電壓較低，而系統(tǒng)中的其他外部控制部件為強電工作狀態(tài)，因此產(chǎn)生的電壓差會影響系統(tǒng)的運行效果[5]。為解決這一問題，在布設電源時應將外部其他控制部件的電源與干擾器電源終端的供電電源隔離，進而實現(xiàn)干擾器電源終端支持突發(fā)傳輸方式的同步操作以及自動配置。

1.3 加密IC卡設計

采用非接觸式設計加密IC卡，以加密IC卡為系統(tǒng)的核心硬件，內(nèi)置核心控制板。加密IC卡的主要組成包括：核心控制板、128位AES安全機制、EAL4+傳感器、網(wǎng)線以及顯卡等。在對加密IC卡的型號進行選擇時，應根據(jù)核心控制板的功能需要、接口處資源、輸入網(wǎng)口和輸出網(wǎng)口尺寸大小以及功率消耗等相關(guān)因素選擇。針對上述要求，本文選擇將型號為Y-IC-Ca2342100Q的核心控制板引入到加密IC卡設計當中。核心控制板可以使加密IC卡的各項性能達到最佳，并且在一定程度上節(jié)省系統(tǒng)匯總硬件的運行時間，提高系統(tǒng)硬件運行效率。加密IC卡主要用于為智能通信信息隊列加密提供驅(qū)動，可封裝各種協(xié)議的IC芯片。

1.4 顯示器設計

設計顯示器作為系統(tǒng)運行結(jié)果的展示界面，將加密后的智能通信信息隊列在顯示器上顯示?；诖髷?shù)據(jù)下，智能通信信息隊列數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多的特點[5]，本文設計的顯示器型號為CFR2548，尺寸為32寸，共有24路，通過串口通訊能夠直接傳輸智能通信信息隊列數(shù)據(jù)。通過Sucount K網(wǎng)絡與下層控制主機相聯(lián)。利用顯示器中的雙核多路，提高傳輸速率。以此，完成智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)硬件部分設計。

2 大數(shù)據(jù)下智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)軟件設計

2.1 智能通信信息隊列加密傳輸入口參數(shù)計算

智能通信信息隊列加密傳輸入口參數(shù)有key、data 及mode。key是指加密與解密時所使用的密匙;data是指加、解密時生成的數(shù)據(jù)選擇;mode是指一般工況下信息隊列傳輸?shù)墓ぷ髂Ｊ?。按?4位分組法進行信息隊列分組，每組劃分為4×4的16字節(jié)，迭代次數(shù)為10次。加密過程從初始狀態(tài)開始，歷經(jīng)字節(jié)替換、行移位、列混淆、輪密鑰變換等過程，進行10輪加密操作，前9輪執(zhí)行4步，最后1輪少執(zhí)行一次列混淆操作。設這些運算為[k+1]函數(shù)，則可通過公式得出[k+1]函數(shù)，如（1）所示：

公式（1）中，[x]表示存儲加密密鑰;[y]表示待加密明文;[h]表示IP核工作的運行速率;[i]表示IP接口信號數(shù)量。通過公式（1）識別不同的IP接口信號后，結(jié)合密鑰以及數(shù)據(jù)相互。智能通信信息隊列加密傳輸?shù)?0次迭代具體內(nèi)容是：輸入明文;根據(jù) IP接口信號加密密匙;字節(jié)復用替換。然后，迭代生成行位移，根據(jù)列的混亂程度依次生成第二輪的加密密鑰。重復上述操作，直到10次迭代完全結(jié)束，通過迭代運算得到密文長度為64位。

2.2 基于IP核設計智能通信信息隊列加密傳輸接口信號

將上文得到的加密IP核裝載到系統(tǒng)中，使用64位寬度的Wishbone總線，為Wishbone設計了IP接口信號，修改內(nèi)容包括I/O、位寬以及指令。智能通信信息隊列加密傳輸IP接口信號具體信息，如表2所示。

結(jié)合表2信息，將智能通信信息隊列加密傳輸接口內(nèi)支持的 TCP 與 UDP 協(xié)議進行加密，便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密傳輸效果。

2.3 大數(shù)據(jù)下的智能通信信息隊列加密傳輸算法

在本文設計系統(tǒng)中嵌入大數(shù)據(jù)下的資源調(diào)度算法，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的調(diào)度功能將靜態(tài)加密數(shù)據(jù)調(diào)度到動態(tài)傳輸層;再將動態(tài)傳輸層的數(shù)據(jù)調(diào)度到靜態(tài)加密層中[6]。設大數(shù)據(jù)下智能通信信息隊列的調(diào)度循環(huán)量為[n]，則大數(shù)據(jù)交互調(diào)度系統(tǒng)靜態(tài)加密層與動態(tài)傳輸層的計算表達式為[T]，可得：

在公式（2）中，[η]指的是該智能通信信息隊列調(diào)度循環(huán)量下的調(diào)度資源峰值;[q]指的是通信信息隊列加密傳輸數(shù)據(jù)申請系數(shù)。通過公式（2），可得出大數(shù)據(jù)下交互調(diào)度系統(tǒng)靜態(tài)加密層與動態(tài)傳輸層的方程式。為進一步提高加密傳輸?shù)男?，在應用Hadoop時要保證每個數(shù)據(jù)的最大長度能夠通過二進制字符串進行編制，根據(jù)編制后的切分數(shù)據(jù)調(diào)整加密傳輸?shù)乃俾?。設大數(shù)據(jù)下的智能通信信息隊列加密傳輸算法為[ζ]，則有公式（3）。

在公式（3）中，[r]指的是該智能通信信息隊列調(diào)度循環(huán)量下的隨機糾錯權(quán)重滿載時偏差值。通過公式（3），即可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)下的智能通信信息隊列加密傳輸。

3 仿真實驗分析

3.1 實驗前期準備

構(gòu)建實例分析，實驗對象為RabbitMQ智能通信信息隊列，實驗過程中相關(guān)準備及設備參數(shù)。實驗網(wǎng)絡覆蓋面積為2.4*103×2.4*103/m2，信號傳遞耗能為15/kJ，緩沖區(qū)域覆蓋面積為2.4*103[×]2.4*103/m2，CPU配置為2.7～2.9/GHz，緩沖池節(jié)點為100/個，計算頁面大小為1.024*104/bit。

為確保實驗的真實有效性，選擇相同的測試指標，測試本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)之間的加密傳輸吞吐率。加密傳輸吞吐率越高證明該系統(tǒng)對于智能通信信息隊列的加密傳輸效率越高。在此次的實驗中，首先使用本文系統(tǒng)加密傳輸智能通信信息隊列，利用Heapchyer軟件記錄測得的加密傳輸吞吐率，使其為實驗組;再使用傳統(tǒng)系統(tǒng)加密傳輸智能通信信息隊列，同樣利用Heapchyer軟件記錄測得的加密傳輸吞吐率，設其為對照組，設置10次實驗。利用Heapchyer軟件記錄兩種方法的加密傳輸吞吐率實驗結(jié)果。

3.2 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

采集10組實驗數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果如下圖1所示。

由圖1可知，在10次實驗過程中，本文系統(tǒng)加密傳輸吞吐率始終在3 kbit/s以上，而對照組的加密傳輸吞吐率最高為2.3 kbit/s，智能通信信息隊列加密傳輸效率更高，可以應用于大數(shù)據(jù)下的智能通信信息隊列加密傳輸方面。

4 結(jié)束語

通過大數(shù)據(jù)下智能通信信息隊列加密傳輸系統(tǒng)的設計，希望能夠在確保智能通信信息隊列加密傳輸安全的同時，提高智能通信信息隊列加密傳輸?shù)男?。在后期的發(fā)展中，應加大本文設計系統(tǒng)在智能通信信息隊列加密傳輸中的應用。實驗結(jié)果表明，本文設計系統(tǒng)在保證智能通信信息隊列加密傳輸效率方面中的具體優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)出來，可以在現(xiàn)實中廣泛投入使用。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：張薇】