基于光通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)分析

毛榮杰，夫魯合·努爾買買提，羅慧陽(yáng)，郭佳菊，巴乃依·波拉提別克

（國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司 阿勒泰供電公司，新疆 阿勒泰 836500）

0 引 言

隨著數(shù)據(jù)與信息總量大幅度增加，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)信息、數(shù)據(jù)傳輸及安全性提出了全新需求。為此，本次研究設(shè)計(jì)出基于光通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)，有效對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，避免物聯(lián)網(wǎng)在日常工作中出現(xiàn)問題。

1 光通信技術(shù)概述

光通信技術(shù)主要利用光波作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，完成信息和數(shù)據(jù)的通信功能，達(dá)到與無線信息通信技術(shù)相同的處理效果。從本質(zhì)上來看，光通信技術(shù)屬于電磁波通信技術(shù)中的核心，但是相對(duì)于傳統(tǒng)光波形式的傳播來說，該技術(shù)在操作模式上超過了無線電波常規(guī)使用標(biāo)準(zhǔn)，加上光通信技術(shù)所產(chǎn)生的波長(zhǎng)距離較短，因此實(shí)際進(jìn)行信息傳輸時(shí)，技術(shù)內(nèi)所承載的信息容量更大。

光通信技術(shù)在實(shí)施過程中主要分為兩種類型，即光纖傳輸模式以及無線傳輸模式。以上兩種技術(shù)操作模式在應(yīng)用時(shí)具有高滲透性以及靈活性等優(yōu)勢(shì)，因此將其使用在信號(hào)覆蓋區(qū)域或者物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸區(qū)域可以展現(xiàn)出其自身應(yīng)有的價(jià)值[1]。我國(guó)現(xiàn)代化信息通信以及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)水平不斷提升，光通信技術(shù)則向更完善且全面的方向發(fā)展[2]。

目前，我國(guó)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)光通信技術(shù)主要包含4G技術(shù)、5G技術(shù)以及全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）移動(dòng)化信息通信技術(shù)等。隨著物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，企業(yè)及管理部門始終將把光通信技術(shù)引進(jìn)至物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)作為核心發(fā)展目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的數(shù)據(jù)檢測(cè)與合理監(jiān)控。

2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)主要利用信息數(shù)據(jù)射頻識(shí)別、紅外線感應(yīng)設(shè)備、GPS以及激光外部掃描等信息數(shù)據(jù)接收與傳感設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)文件協(xié)議，將任何物品信息與互聯(lián)網(wǎng)相互連接，完成數(shù)據(jù)之間的流通和交換。從本質(zhì)上來看，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)是一種集合智能化信息識(shí)別、系統(tǒng)定位、數(shù)據(jù)跟蹤、安全監(jiān)控以及日常管理等功能的全新網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)模式[3]。

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上要建立一個(gè)集合信息傳感網(wǎng)絡(luò)、信息通信網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)的龐大結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，并且通過互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)傳輸過程中不受時(shí)間、地點(diǎn)以及人物的約束，就能夠完成信息數(shù)據(jù)交換和加密等建設(shè)目標(biāo)[4]。

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上主要利用密碼操作技術(shù)針對(duì)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化交換，實(shí)現(xiàn)信息的隱蔽技術(shù)處理，以此確保數(shù)據(jù)與信息的安全系數(shù)。技術(shù)人員應(yīng)充分考慮用戶使用情況選擇適合的數(shù)據(jù)加密模式，如果物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的用戶通過不良技術(shù)手段在數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得信息和數(shù)據(jù)，或者用戶的信息收集行為已經(jīng)構(gòu)成線路竊聽，那么則需要利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上所產(chǎn)生的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行合理化處理[5]。

3 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)

3.1 信息傳輸協(xié)議

信息傳輸協(xié)議是光通信技術(shù)的核心設(shè)計(jì)模式，傳輸時(shí)所產(chǎn)生的光波能源屬于電磁波傳輸模式，其傳輸頻率相比傳統(tǒng)無線電波來說，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率更高、所產(chǎn)生波長(zhǎng)更短。

由于光波傳輸模式具有傳輸頻率帶寬、信息通信快、傳輸容量大以及抗電磁干擾能力強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)[6],該技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密以及傳輸結(jié)構(gòu)上的信息傳輸協(xié)議主要包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)組件：系統(tǒng)控制硬件設(shè)備以及系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。本次技術(shù)研究主要針對(duì)設(shè)備的傳輸協(xié)議開展一系列方案設(shè)計(jì)，并且在原始協(xié)議的基礎(chǔ)條件上進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)改進(jìn)，添加全新協(xié)議字段匹配區(qū)域，如以太網(wǎng)絡(luò)、傳輸控制協(xié)議/用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（Transmission Control Protocol/User Data Protocol，TCP/UDP）等，有效將信息匹配區(qū)域中強(qiáng)制協(xié)議模式轉(zhuǎn)化為可選擇模式，有效提高信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活程度。

物聯(lián)網(wǎng)的流表設(shè)定是一種全新的表達(dá)技術(shù)方式。流表作為信息傳輸協(xié)議的主要構(gòu)成環(huán)節(jié)，能夠?qū)鹘y(tǒng)技術(shù)中可能產(chǎn)生的問題開展全面探索，對(duì)流表中的優(yōu)先級(jí)別問題進(jìn)行一系列方案設(shè)計(jì)[7]。由于流表選項(xiàng)中包含多個(gè)操作指令，其中單個(gè)指令具有一個(gè)或者多個(gè)動(dòng)作，如某一流表選項(xiàng)被選定之，則需要執(zhí)行其操作指令，并且將流表選項(xiàng)內(nèi)的內(nèi)容與計(jì)數(shù)設(shè)備相互對(duì)應(yīng)，如果流表選項(xiàng)更新成功后，則需要隨之更新相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備，以此不斷增加傳輸協(xié)議文件的多樣化，保證數(shù)據(jù)和信息傳輸合理性。

3.2 數(shù)據(jù)加密設(shè)置

根據(jù)以上數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)于信息的相關(guān)要求，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)開展相關(guān)的加密處理，因此在此環(huán)節(jié)使用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Encryption Standard，AES）完成整個(gè)加密流程。技術(shù)人員要通過矩形二維數(shù)據(jù)小組充分展現(xiàn)信息傳輸工程中的數(shù)據(jù)狀態(tài)，以此作為基礎(chǔ)條件，將數(shù)據(jù)設(shè)定為4行、Na列矩陣。矩陣中Na表示數(shù)據(jù)與信息的小組劃分范圍，根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)際分組情況進(jìn)一步表示為：加密執(zhí)行結(jié)束之后，需要將相應(yīng)加密文件全面輸出，并且根據(jù)加密文件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將密文反應(yīng)狀態(tài)表示為[8]

vi=simodx4，i/4，0≤i＜4N（1）通過以上數(shù)據(jù)加密設(shè)定，應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)信息傳輸網(wǎng)中的數(shù)據(jù)和信息加密流程開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并且利用優(yōu)化完成的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密的最終目的。為此，在方案設(shè)計(jì)過程中，如果使用AES密鑰，其字符長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)定為128 bits、192 bits等，保證對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的各種模式能夠進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)加密。除此之外，通過對(duì)密鑰的更換完成數(shù)據(jù)與信息分組，通過系統(tǒng)組合的方式對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的復(fù)雜信息技術(shù)加密[9]。

為了有效解決物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上代碼之間串聯(lián)和干擾等問題，需要使用多延時(shí)的數(shù)據(jù)與信息計(jì)算方式，隨機(jī)選擇物聯(lián)網(wǎng)信息聯(lián)通通道，結(jié)合優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，針對(duì)原始物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)所產(chǎn)生的問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將系統(tǒng)研究中的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行有效結(jié)合。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的操作流程如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的操作流程

4 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)定

為了進(jìn)一步驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)中物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的可行性和有效性，本次研究中需要搭建物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[10]。

由于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由 Mininet模擬系統(tǒng)以及交換設(shè)備共同構(gòu)成，而其頂端交換設(shè)備在方案設(shè)定上應(yīng)為實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備提供系統(tǒng)支持，通過以上結(jié)構(gòu)能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸開展信息模擬。為此應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用Mininet軟件模擬出至少6個(gè)交換設(shè)備以及5臺(tái)平臺(tái)端口，在Mininet軟件啟動(dòng)之后，還應(yīng)全面接受網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的操作指令，設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以此保證試驗(yàn)環(huán)節(jié)的可行性。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)

使用表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)，有效構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件，而在此次研究和實(shí)驗(yàn)過程中，需要對(duì)比傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和技術(shù)特點(diǎn)以及所提出的丟包率、時(shí)間延長(zhǎng)方式、數(shù)據(jù)加密效果、技術(shù)差距等，將試驗(yàn)次數(shù)設(shè)定為5次，以此不斷提升試驗(yàn)結(jié)果的合理性與有效性。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)來說，丟包率是加密效果以及使用性能的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，其中不同實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)所得到的丟包率如表2所示[11]。

表2 數(shù)據(jù)丟包率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，光通信技術(shù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)丟包率是3種加密技術(shù)中最低的，是網(wǎng)絡(luò)傳輸中物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)最為有效的處理技術(shù)之一。

通過一系列試驗(yàn)操作所得到結(jié)果可知，光通信技術(shù)展現(xiàn)的數(shù)據(jù)加密性能較高，能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)使用過程中所產(chǎn)生的丟包率過高問題進(jìn)行合理彌補(bǔ)。根據(jù)表2數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)詳細(xì)分析，光通信技術(shù)在實(shí)施過程中普遍具有延時(shí)性較小并且數(shù)據(jù)波動(dòng)小等特點(diǎn)，其技術(shù)操作十分穩(wěn)定。將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及傳輸網(wǎng)絡(luò)延時(shí)結(jié)構(gòu)相結(jié)合進(jìn)行詳細(xì)分析，確保光通信技術(shù)的數(shù)據(jù)加密在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)使用過程中可以展現(xiàn)出較高的技術(shù)價(jià)值[12]。

5 結(jié) 論

我國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及數(shù)據(jù)核算能力的全面突破為數(shù)據(jù)加密與信息流通的穩(wěn)定發(fā)展提供了一系列平臺(tái)和環(huán)境，在此次研究過程中設(shè)計(jì)出全新物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)，增加物聯(lián)網(wǎng)信息和數(shù)據(jù)安全系數(shù)，為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)提供了更多的優(yōu)化可能性。