基于區(qū)塊鏈的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

范 巍，黃 蕾，趙 晶

(湖北省測(cè)繪成果檔案館，武漢 430000)

0 引言

實(shí)景三維地理信息是描述地物景觀特征的物理參量，可以從時(shí)間、空間等多個(gè)角度反映出地表對(duì)象在區(qū)域性環(huán)境中的表現(xiàn)形式，對(duì)于環(huán)境信息、GIS等應(yīng)用系統(tǒng)而言，該類型數(shù)據(jù)樣本參量能夠表現(xiàn)出地貌、地形、地質(zhì)等地表對(duì)象的真實(shí)存在狀態(tài)[1-2]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，隨著主機(jī)元件檢測(cè)所得實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)總量的增大，公鑰文本、私鑰文本之間的匹配程度會(huì)不斷下降，而這則會(huì)直接導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密的問題。因此，對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加密控制具有重要意義。

目前相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者針對(duì)數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了PSK量子型隨機(jī)加密系統(tǒng)，根據(jù)海森堡不確定性原理，定義多進(jìn)制型的密文信號(hào)傳輸機(jī)制，再借助ADC芯片結(jié)構(gòu)，對(duì)密文信息進(jìn)行采樣處理。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了多中繼物理層網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)，根據(jù)主機(jī)元件內(nèi)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)吞吐率水平，確定碼源參量的實(shí)際取值范圍，再根據(jù)傳播譯碼系數(shù)的實(shí)際計(jì)算結(jié)果，調(diào)節(jié)中繼器設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)加密行為的有效控制。然而上述兩種系統(tǒng)對(duì)于實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的按需處理能力有限，并不能有效解決信息數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤加密問題。

從狹義層面上來看，區(qū)塊鏈?zhǔn)前凑諘r(shí)間順序排列的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確描述出區(qū)塊組織之間的連接與包含關(guān)系，從而在定義唯一密碼文本的同時(shí)，建立完善的信息數(shù)據(jù)編碼機(jī)制[5]。而從廣義層面上來看，區(qū)塊鏈體系的應(yīng)用需要在驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)塊鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)關(guān)系的基礎(chǔ)上，重新安排分布式節(jié)點(diǎn)所處位置，一方面可以利用密碼學(xué)原則約束數(shù)據(jù)樣本的傳輸與訪問行為，另一方面也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自動(dòng)化腳本代碼的完全執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)傳輸格式的重新定義。由于區(qū)塊鏈條之間的連接關(guān)系始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，且每一區(qū)塊主機(jī)都具備獨(dú)立保存信息參量的能力，所以隨著鏈條體系復(fù)雜化程度的不斷增大，服務(wù)器主機(jī)中的數(shù)據(jù)樣本累積量雖然會(huì)不斷增大，但核心處理器元件的運(yùn)行速率卻并不會(huì)明顯下降。相較于其他類型的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠最大化保障信息數(shù)據(jù)參量的傳輸安全性，且終端節(jié)點(diǎn)可以為信息樣本的傳輸提供動(dòng)力支持，因此下級(jí)客戶端對(duì)象很難改寫已被主機(jī)元件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件，這也是區(qū)塊鏈體系安全性等級(jí)相對(duì)較高的主要原因?；诖耍O(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)。

1 數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

為有效實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制，設(shè)計(jì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)硬件執(zhí)行方案，采用主要應(yīng)用模塊(CPU主機(jī)端調(diào)度模塊、地理信息數(shù)據(jù)處理模塊、混合加密模塊)、數(shù)字簽名結(jié)構(gòu)(SHA256模塊、SSL模塊、Kernel簽名機(jī)制)和矢量化計(jì)算單元等多個(gè)主要元件，本章節(jié)將針對(duì)其具體設(shè)計(jì)方案展開研究。

1.1 主要應(yīng)用模塊

1.1.1 CPU主機(jī)端調(diào)度模塊

在實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)中，CPU主機(jī)端調(diào)度模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)樣本查詢、信息上下文機(jī)制定義、明文數(shù)據(jù)加載、加密隊(duì)列設(shè)置等多項(xiàng)指令程序，以CPU運(yùn)行設(shè)備作為核心執(zhí)行元件，可以按照實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的互傳需求，讀取關(guān)鍵文本參量，從而在保證加密碼源完整性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)傳輸速率的有效控制[6]。Open CL查詢?cè)O(shè)備具有較強(qiáng)的信息識(shí)別能力，可以直接讀取區(qū)塊鏈組織中傳輸?shù)膶?shí)景三維地理信息明文數(shù)據(jù)，并可以按照信息參量的實(shí)時(shí)排列形式，定義地理信息傳輸所遵循的上下文機(jī)制。通常情況下，符合上下文機(jī)制的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)由通道組織，由Open CL查詢?cè)O(shè)備傳輸至數(shù)據(jù)樣本加載內(nèi)核中，由于該傳輸過程的實(shí)現(xiàn)需要信息加密隊(duì)列組織的配合，所以當(dāng)內(nèi)核組織中數(shù)據(jù)樣本實(shí)時(shí)累積量達(dá)到一定數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)之后，調(diào)度元件、CPU運(yùn)行設(shè)備與主機(jī)端核心設(shè)備之間才會(huì)建立信息數(shù)據(jù)互傳關(guān)系。CPU主機(jī)端調(diào)度模塊連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CPU主機(jī)端調(diào)度模塊結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)而言，CPU運(yùn)行主機(jī)、內(nèi)核調(diào)度元件的運(yùn)行等級(jí)相同，特別是在處理數(shù)據(jù)參量時(shí)，二者同時(shí)建立與核心設(shè)備的信息互傳關(guān)系，但只有內(nèi)核調(diào)度元件具有輸出信息讀取結(jié)果的能力，所以為避免CPU主機(jī)端調(diào)度模塊中出現(xiàn)信息參量過量累積的情況，Open CL查詢?cè)O(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)提取的明文數(shù)據(jù)樣本總量不宜過大。

1.1.2 地理信息數(shù)據(jù)處理模塊

地理信息數(shù)據(jù)處理模塊是負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)景三維地理信息全景圖進(jìn)行分區(qū)處理的結(jié)構(gòu)元件，可以在最大化保障數(shù)據(jù)樣本統(tǒng)一性的同時(shí)，劃分成多個(gè)不同的小型像素單元，從而節(jié)省主機(jī)元件在加密數(shù)據(jù)樣本時(shí)所需的等待時(shí)長(zhǎng)，使得矢量化計(jì)算單元能夠?qū)π畔⒘抗€文本、私鑰文本進(jìn)行準(zhǔn)確定義[7]。通常情況下，全景圖中待加密的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)參量保持連續(xù)性的分布狀態(tài)，且像素節(jié)點(diǎn)之間完全沒有間隙，對(duì)于矢量化計(jì)算單元而言，如果直接處理這種類型的地理信息數(shù)據(jù)，在加密處理過程中，極易使主機(jī)元件所定義公鑰文本、私鑰文本長(zhǎng)度與真實(shí)值出現(xiàn)偏差，而這將直接導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤加密問題。未經(jīng)處理的實(shí)景三維地理信息全景如圖2所示。

圖2 實(shí)景三維地理信息全景圖

而在地理信息數(shù)據(jù)處理模塊的作用下，全景圖被切割成多個(gè)獨(dú)立的小像素單元，在加密控制系統(tǒng)中，每一個(gè)小像素單元都對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)參量。相較于完整的地理圖像，控制主機(jī)在加密較短信息參量時(shí)，能夠更加精準(zhǔn)地定義公鑰文本與私鑰文本長(zhǎng)度，從而避免信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題的出現(xiàn)[8]。經(jīng)過處理后的實(shí)景三維地理信息圖像如圖3所示。

與CPU主機(jī)端調(diào)度模塊不同，地理信息數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)于實(shí)景三維地理信息的作用表現(xiàn)在圖像完整度方面，因此其對(duì)于待加密信息數(shù)據(jù)參量實(shí)時(shí)傳輸能力的要求相對(duì)較低。

1.1.3 混合加密模塊

混合加密模塊是實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)的核心應(yīng)用部件，可以同時(shí)錄入與加密原則相關(guān)的明文與密文參量，并借助內(nèi)核元件，對(duì)信息數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行混合處理。由于系統(tǒng)控制主機(jī)對(duì)于明文參量、密文參量的識(shí)別能力不同，因此完成編碼的加密結(jié)果并不保持混合輸出狀態(tài)。AES-CTR加密芯片只具有模糊識(shí)別能力，所以在提取實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的過程中，混合了明文參量和密文參量，但加密控制主機(jī)對(duì)于信息數(shù)據(jù)的編碼遵循準(zhǔn)確性原則，因此AES-CTR加密芯片提取到的數(shù)據(jù)樣本并不能被系統(tǒng)主機(jī)直接利用[9]。數(shù)據(jù)樣本混合單元的設(shè)置是為了在混合明文、密文參量的同時(shí)，建立兩個(gè)完全獨(dú)立的信道組織，從而使得碼源輸出結(jié)果能夠保持非相關(guān)狀態(tài)，以供系統(tǒng)主機(jī)對(duì)待加密實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)參量進(jìn)行自主選擇?；旌霞用苣K的設(shè)計(jì)原理如圖4所示。

圖4 混合加密模塊設(shè)計(jì)原理

在混合加密模塊中，F(xiàn)PGA單元由AES-ECB、AES-CBC、DES、RSA四類應(yīng)用設(shè)備組成，其中前兩類設(shè)備負(fù)責(zé)識(shí)別明文參量，后兩類設(shè)備負(fù)責(zé)識(shí)別密文參量[10]。此外，混合加密模塊作為數(shù)字簽名結(jié)構(gòu)的上級(jí)負(fù)載元件，能夠?qū)?shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密結(jié)果直接反饋回系統(tǒng)控制主機(jī)，并以此達(dá)到對(duì)區(qū)塊鏈碼源信息進(jìn)行矢量化計(jì)算的目的，從而在根本上解決信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密的問題。

1.2 數(shù)字簽名結(jié)構(gòu)

數(shù)字簽名結(jié)構(gòu)由SHA256模塊、SSL模塊、Kernel簽名機(jī)制三部分共同組成。

1.2.1 SHA256模塊

SHA256模塊負(fù)責(zé)定義與實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)相關(guān)的共享對(duì)象，可以在CPU主機(jī)端調(diào)度模塊、混合加密模塊保持完全開放狀態(tài)的情況下，直接調(diào)取經(jīng)過處理后的實(shí)景三維地理圖像小像素參量[11]。在加密控制系統(tǒng)中，數(shù)字簽名需要得到主機(jī)元件的直接認(rèn)證，所以SHA256模塊在提取小像素參量時(shí)，還應(yīng)按照一致性原則，對(duì)所涉及明文信息與密文信息進(jìn)行整合處理。

1.2.2 SSL模塊

SSL模塊可以基于摘要文件，對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，在加密信息參量的過程中，SHA256模塊與SHA256模塊保持穩(wěn)定連接關(guān)系，所以SSL模塊所選擇摘要定義標(biāo)準(zhǔn)，將直接影響與系統(tǒng)主機(jī)匹配的數(shù)字簽名表達(dá)形式[12]。相較于SHA256模塊，SSL模塊在完善加密體系時(shí)，更注重保障數(shù)字簽名結(jié)果的完整性，如果混合加密模塊輸出結(jié)果只包含一類碼源參量，或明文、密文參量間差異性不明顯，那么SSL模塊則不能對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。

1.2.3 Kernel簽名機(jī)制

Kernel簽名機(jī)制可以用來描述數(shù)字簽名文件的完整性。由于系統(tǒng)控制主機(jī)對(duì)于實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的加密處理完全參考數(shù)字簽名文件，所以在定義Kernel簽名機(jī)制時(shí)，還要參考SHA256模塊與SSL模塊之間的實(shí)時(shí)連接關(guān)系。此外，系統(tǒng)數(shù)字簽名結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還要求明文參量、密文參量在區(qū)塊鏈體系中應(yīng)同時(shí)保持穩(wěn)定且自由地傳輸狀態(tài)。

1.3 矢量化計(jì)算單元

實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)的執(zhí)行目標(biāo)就是將一個(gè)明文項(xiàng)參量加載到一個(gè)密文項(xiàng)參量上，再將整個(gè)數(shù)據(jù)包單元輸入?yún)^(qū)塊鏈體系，從而控制系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)加密指令的執(zhí)行速率。然而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的加密行為并不會(huì)一直按照控制主機(jī)的預(yù)設(shè)情況進(jìn)行，所以公鑰文本、私鑰文本極易出現(xiàn)不匹配關(guān)系，這就表示單純加密并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)參量的有效控制，還需在執(zhí)行核心指令之前，按照既定原則對(duì)所涉及數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行優(yōu)先化處理，也就是滿足區(qū)塊鏈運(yùn)行需求的矢量化計(jì)算[13]。整個(gè)處理流程完全在矢量化計(jì)算單元中進(jìn)行，前置對(duì)象ST計(jì)算單元與矢量化記憶文件之間的數(shù)據(jù)樣本傳輸行為具有雙向性特征，這就保證了系統(tǒng)主機(jī)在執(zhí)行加密處理的過程中，明文參量、密文參量始終保持同頻傳輸狀態(tài)。后置對(duì)象LD計(jì)算單元由8個(gè)SIMD設(shè)備和8個(gè)Unit設(shè)備共同組成，前者接收待加密的矢量化記憶文件，后者則可以對(duì)完成處理的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行直接存儲(chǔ)。矢量化計(jì)算單元結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖5 矢量化計(jì)算單元結(jié)構(gòu)模型

為避免實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)在加密過程中出現(xiàn)混亂傳輸狀態(tài)，ST計(jì)算單元、LD計(jì)算單元之間信息參量的傳輸不滿足雙向性特征，由于后者配置獨(dú)立的數(shù)據(jù)樣本存儲(chǔ)單位，所以其對(duì)于碼源信息的存儲(chǔ)能力比前者更強(qiáng)[14]。

2 實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的加密處理

在各級(jí)硬件結(jié)構(gòu)的支持下，為完成對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還需按照區(qū)塊鏈編碼原則，求解數(shù)據(jù)多項(xiàng)式計(jì)算結(jié)果，從而在滿足Curl加密節(jié)點(diǎn)部署需求的同時(shí)，確定隱藏加密向量的實(shí)際取值范圍。

2.1 區(qū)塊鏈編碼原則

2.1.1 區(qū)塊角色組成

對(duì)于實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)而言，其區(qū)塊鏈編碼原則的實(shí)現(xiàn)需要移動(dòng)終端用戶、邊緣服務(wù)器、身份管理中心三類角色對(duì)象的共同配合。

1)移動(dòng)終端用戶：

為實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息數(shù)據(jù)加密行為的準(zhǔn)確控制，區(qū)塊鏈體系的移動(dòng)終端用戶需要在OBT單元的配合下，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)景三維信息的定義，且在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)模型中，已被定義的信息參量必須借助通道組織，才能由終端節(jié)點(diǎn)傳輸至其他服務(wù)器元件中[15]。但由于數(shù)據(jù)樣本加密模板的定義必須滿足一致性原則，所以移動(dòng)終端用戶在提取信息參量時(shí)，整個(gè)區(qū)塊鏈體系必須保持完全連通狀態(tài)。

2)邊緣服務(wù)器：

邊緣服務(wù)器可以將實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)由區(qū)塊鏈主機(jī)下沉至身份管理中心，由于移動(dòng)終端用戶負(fù)責(zé)調(diào)度所有密碼文本，所以在服務(wù)器處于持續(xù)連接狀態(tài)的情況下，系統(tǒng)控制主機(jī)每提取到一個(gè)數(shù)據(jù)參量，邊緣服務(wù)器機(jī)構(gòu)中都會(huì)生成一套全新的加密模板，而這些密碼模板在得到身份管理中心的識(shí)別與認(rèn)證之前，都直接存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫單元中。

3)身份管理中心：

身份管理中心是一個(gè)完全可靠的加密處理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)管理邊緣服務(wù)器輸出的源碼模板。在區(qū)塊鏈體系中，如果有新的邊緣節(jié)點(diǎn)加入服務(wù)器，那么控制主機(jī)所遵循的編碼原則極易出現(xiàn)混亂，而在身份管理中心的作用下，密碼文本可以長(zhǎng)期存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機(jī)中，因此當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入服務(wù)器組織時(shí)，數(shù)據(jù)庫主機(jī)會(huì)自動(dòng)向外推送源碼模板，當(dāng)前情況下，加密控制系統(tǒng)的運(yùn)行速率雖然會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降，但實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)與碼源參量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系卻并不會(huì)發(fā)生改變[16]。

2.1.2 公鑰密碼體制

公鑰密碼體制是具有高度對(duì)稱特征的數(shù)據(jù)加密模板。受到區(qū)塊鏈體系編碼角色組成形式的影響，加密碼源、解密碼源并不會(huì)出現(xiàn)在同一套密碼文本中，但由于控制系統(tǒng)的運(yùn)行必須得到唯一的加密結(jié)果，所以公鑰密碼體制在規(guī)范加密碼源、解密碼源時(shí)，必須對(duì)實(shí)景信息數(shù)據(jù)加密行為與解密行為進(jìn)行分別處理。

區(qū)塊鏈組織規(guī)定：加密碼源作用下，實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)會(huì)在矢量化計(jì)算單元中轉(zhuǎn)化為密文狀態(tài)，且這種編碼行為具有不可逆性；解密碼源作用下，處于密文狀態(tài)的信息參量會(huì)在地理信息數(shù)據(jù)處理模塊中再次轉(zhuǎn)化為實(shí)景三維信息[17]。而所謂公鑰密碼體制就是完全包含加密與解密行為的區(qū)塊鏈加密執(zhí)行周期，出于精確性考慮，只有在加密碼源、解密碼源同時(shí)保持完整狀態(tài)的情況下，區(qū)塊鏈組織才具有執(zhí)行加密指令的能力[18]。

對(duì)于區(qū)塊鏈公鑰密碼體制的定義滿足如下表達(dá)式：

(1)

2.2 數(shù)據(jù)多項(xiàng)式計(jì)算

(2)

聯(lián)立公式(1)、公式(2)，可將數(shù)據(jù)多項(xiàng)式計(jì)算表達(dá)式定義為：

(3)

式中，γ表示實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的公鑰密碼參量，ΔT表示區(qū)塊鏈體系中的數(shù)據(jù)樣本加密周期，u表示區(qū)塊角色轉(zhuǎn)換系數(shù)[20]。區(qū)塊鏈體系的存在是為了配合實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)的運(yùn)行，而數(shù)據(jù)多項(xiàng)式則是區(qū)塊鏈體系定義數(shù)據(jù)樣本參量所遵循的必要條件，因此在定義過程中，控制主機(jī)要求公鑰密碼體制必須與區(qū)塊角色保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.3 Curl加密節(jié)點(diǎn)部署

Curl節(jié)點(diǎn)是負(fù)責(zé)加密處理實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的區(qū)塊鏈端點(diǎn)對(duì)象，對(duì)于信息參量具有較強(qiáng)的承載能力，可以在保障數(shù)據(jù)多項(xiàng)式計(jì)算特征的同時(shí)，提取區(qū)塊鏈體系中的待編碼對(duì)象，從而使得矢量化計(jì)算單元能夠直接提取系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機(jī)中的信息實(shí)景三維信息參量[21]。區(qū)塊鏈體系編碼數(shù)據(jù)多項(xiàng)式對(duì)象時(shí)，要求加密碼源、解密碼源必須保持高度同源性的傳輸特征，且為使區(qū)塊鏈體系的完整性得到保證，Curl節(jié)點(diǎn)在單位加密周期內(nèi)，只能提取同一類型的數(shù)據(jù)樣本參量。設(shè)u1、u2、…、un表示區(qū)塊鏈體系中n個(gè)隨機(jī)選取的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)樣本，且u1>0、u2>0、…、un>0的不等式取值條件同時(shí)成立，φ1、φ2、…、φn分別表示與不同數(shù)據(jù)樣本參量對(duì)應(yīng)的加密指標(biāo)，聯(lián)立上述物理量，可將Curl節(jié)點(diǎn)p1、p2、…、pn的定義結(jié)果表示為：

(4)

(5)

部署Curl加密節(jié)點(diǎn)時(shí)，區(qū)塊鏈體系與系統(tǒng)控制主機(jī)對(duì)于實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的處理能力相同，且由于數(shù)據(jù)庫機(jī)制始終對(duì)待加密信息保持連續(xù)錄入狀態(tài)[22]，所以實(shí)景三維數(shù)據(jù)在相鄰Curl節(jié)點(diǎn)之間的傳輸速率較快，加密碼源、解密碼源也必須在區(qū)塊鏈邊緣服務(wù)器中進(jìn)行頻繁轉(zhuǎn)換。

2.4 隱藏加密向量

隱藏加密向量決定了加密控制系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的承載能力，在Curl加密節(jié)點(diǎn)部署形式保持不變的情況下，該項(xiàng)物理量的取值越大，就表示系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的承載能力越強(qiáng)[23]。所謂隱藏加密就是指針對(duì)非直接傳輸數(shù)據(jù)所定義的加密原則，對(duì)于區(qū)塊鏈體系而言，由于移動(dòng)終端用戶、邊緣服務(wù)器之間的直接連接關(guān)系會(huì)使很多信道組織處于空閑狀態(tài)，所以系統(tǒng)主機(jī)在加密實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)密碼參量的完全查詢，而在隱藏加密行為的作用下，系統(tǒng)主機(jī)可以根據(jù)密碼參量之間的數(shù)值差，來判斷未查詢信息數(shù)據(jù)所處位置，從而最大化保障主機(jī)元件對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密行為的控制能力[24]。設(shè)d表示針對(duì)移動(dòng)終端用戶的信息樣本隱藏編碼參數(shù)，g表示針對(duì)邊緣服務(wù)器的信息樣本隱藏編碼參數(shù)，關(guān)于二者取值，公式(6)所示的不等式條件恒成立。

d≠g

(6)

規(guī)定h1、h2表示兩個(gè)不相等的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密指標(biāo)，其取值滿足公式(7)所示表達(dá)式。

h1，h2∈[1，+∞)

(7)

聯(lián)立公式(5)、公式(6)、公式(7)，可將隱藏加密向量計(jì)算結(jié)果表示為：

(8)

3 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)的有效性，實(shí)驗(yàn)根據(jù)公鑰文本、私鑰文本之間的匹配關(guān)系，分析信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題出現(xiàn)的概率，選擇設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)、文獻(xiàn)[3]PSK量子型隨機(jī)加密系統(tǒng)和文獻(xiàn)[4]多中繼物理層網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)作為三組不同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

3.1 原理描述

對(duì)于實(shí)景三維地理圖像而言，主機(jī)元件在對(duì)其中所包含信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理時(shí)，所定義公鑰文本與私鑰文本之間的匹配關(guān)系，可以用來描述信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題的出現(xiàn)概率。在不考慮其他干擾條件的情況下，公鑰文本定義長(zhǎng)度、私鑰文本定義長(zhǎng)度之間的物理差值越小，就表示兩類文本的匹配性越強(qiáng)，信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題的出現(xiàn)概率相對(duì)較小，主機(jī)元件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的按需加密處理。

選擇實(shí)景三維地理圖像作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，如圖6所示。

圖6 實(shí)景三維地理圖像

其中，X軸對(duì)應(yīng)水平方向、Y軸對(duì)應(yīng)豎直方向，Z軸對(duì)應(yīng)三維空間方向。

本次實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施流程如下：

1)調(diào)節(jié)圖6所示實(shí)景三維地理圖像的亮度水平，并利用Windows主機(jī)提取其中的信息數(shù)據(jù)對(duì)象。

2)應(yīng)用設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)對(duì)所得信息數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，并在處理過程中，記錄公鑰文本、私鑰文本的定義長(zhǎng)度，所得數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)組變量。

3)應(yīng)用文獻(xiàn)[3]PSK量子型隨機(jī)加密系統(tǒng)對(duì)所得信息數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，并在處理過程中，記錄公鑰文本、私鑰文本的定義長(zhǎng)度，所得數(shù)據(jù)為對(duì)照(1)組變量。

4)應(yīng)用文獻(xiàn)[4]多中繼物理層網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)對(duì)所得信息數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，并重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，所得數(shù)據(jù)為對(duì)照(2)組變量。

5)分別統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照(1)組、對(duì)照(2)組公鑰文本與私鑰文本之間的定義長(zhǎng)度差值，并以此為基礎(chǔ)，研究主機(jī)元件對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的按需加密處理能力。

3.2 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組公鑰文本與私鑰文本定義長(zhǎng)度的具體實(shí)驗(yàn)數(shù)值如圖7和圖8所示。

圖7 公鑰文本定義長(zhǎng)度

圖8 私鑰文本定義長(zhǎng)度

根據(jù)圖7、圖8中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組公鑰文本與私鑰文本之間的定義長(zhǎng)度差，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 公鑰文本、私鑰文本的定義長(zhǎng)度差

分析表1可知，第2實(shí)驗(yàn)組別處，實(shí)驗(yàn)組公鑰文本、私鑰文本的定義長(zhǎng)度差取得最大值為0.25 kB，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)度差均值為0.13 kB。第6實(shí)驗(yàn)組別處，對(duì)照(1)組公鑰文本、私鑰文本的定義長(zhǎng)度差取得最大值為0.75 kB，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，增大了0.50 kB，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)照(1)組長(zhǎng)度差均值為0.58 kB，與實(shí)驗(yàn)組均值相比，增大了0.45 kB。第1實(shí)驗(yàn)組別處，對(duì)照(2)組公鑰文本、私鑰文本的定義長(zhǎng)度差取得最大值為0.69 kB，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，增大了0.44 kB，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)照(2)組長(zhǎng)度差均值為0.57 kB，與實(shí)驗(yàn)組均值相比，增大了0.44 kB。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

綜上可知本次實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：

1)文獻(xiàn)[3]PSK量子型隨機(jī)加密系統(tǒng)在控制公鑰文本、私鑰文本定義長(zhǎng)度差方面的應(yīng)用能力相對(duì)有限，因此該系統(tǒng)的應(yīng)用，不足以解決由公鑰文本、私鑰文本不匹配造成的信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題。

2)文獻(xiàn)[4]多中繼物理層網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)對(duì)于公鑰文本、私鑰文本定義長(zhǎng)度差值的控制能力也無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求，因此該方法的應(yīng)用，也不足以解決由公鑰文本、私鑰文本不匹配造成的信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題。

3)設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效控制公鑰文本、私鑰文本之間的定義長(zhǎng)度差值，從而解決由公鑰文本、私鑰文本不匹配造成的信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題，符合按需加密處理實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)的實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)加密控制系統(tǒng)，以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)，聯(lián)合CPU主機(jī)端調(diào)度模塊、數(shù)字簽名結(jié)構(gòu)等多個(gè)硬件應(yīng)用結(jié)構(gòu)，在計(jì)算數(shù)據(jù)多項(xiàng)式表達(dá)條件的同時(shí)，對(duì)Curl加密節(jié)點(diǎn)進(jìn)行按需部署。隨著這種新型控制系統(tǒng)的應(yīng)用，由公鑰文本、私鑰文本不匹配造成的信息數(shù)據(jù)錯(cuò)誤加密問題得到了較好解決，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)景三維地理信息數(shù)據(jù)的按需加密處理。