物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)涉及大量的設備和傳感器，數(shù)據(jù)在傳輸過程中易受大數(shù)據(jù)動態(tài)更新頻率影響，增加了網(wǎng)絡受攻擊的可能性。因此，需要設計一種全新的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法。根據(jù)密鑰分發(fā)節(jié)點對物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)進行分析，選取混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸組件，設計了物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全算法，從而實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸。實驗結果表明，設計的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法的傳輸效果較好，傳輸受攻擊的次數(shù)較少，具有較好的可靠性和較廣泛的應用價值，可以為提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸綜合性能做出一定的貢獻。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；混沌關聯(lián)；大數(shù)據(jù)；多通道；跨層安全傳輸；數(shù)據(jù)報文

中圖分類號：TP309.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）06-00-03

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)[1]是一種用于連接各種物理設備和物體，使它們能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進行通信和交互的技術，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領域得到了廣泛的應用[2-3]。物聯(lián)網(wǎng)主要包括三層體系結構，第一層屬于感知層，其主要通過多樣化終端設備采集外界信息，獲取各類數(shù)據(jù)[4]，通過多種通信方法實現(xiàn)全面感知；第二層屬于網(wǎng)絡層，其主要將感知層獲取的數(shù)據(jù)傳輸至應用層；第三層屬于應用層[5]，其主要根據(jù)客戶對傳輸服務的請求提供相關傳輸路徑，保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)存在一定差距，物聯(lián)網(wǎng)包含了海量的數(shù)據(jù)與節(jié)點[6]，且其容量需求呈斷崖式增長，可擴展性較強。不僅如此，物聯(lián)網(wǎng)可以通過海量節(jié)點完成無線分布式通信要求，為用戶提供相應服務。受物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部高等級攻擊影響，其安全傳輸?shù)碾y度較高，因此，需要設計一種有效的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法。

相關研究人員針對物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸特點設計了2種常規(guī)的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法。第一種是基于加密算法的大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法[7]，其主要根據(jù)數(shù)據(jù)加解密密鑰流程進行安全驗證，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸；第二種是考慮物聯(lián)網(wǎng)技術的大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法[8]，其生成了加解密模塊，可完成數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸。但上述兩種大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法主要使用EMS（Energy Management Systems， EMS）能量管理中心獲取數(shù)據(jù)傳輸交互參數(shù)，易受大數(shù)據(jù)動態(tài)更新頻率影響，導致傳輸受攻擊次數(shù)較多。

因此，文中設計了一種全新的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法。通過對物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)的分析，選取跨層安全傳輸組件。

1 設計物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)安全傳輸方法

1.1 物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)分析方法

物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)在跨層傳輸過程中存在多個傳輸節(jié)點，這些節(jié)點可能受隨機部署關系影響，遭受攻擊者攻

擊[9]。因此，需要對物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)進行分析，并計算攻擊者與被攻擊者的能耗關系，提高數(shù)據(jù)多通道跨層傳輸?shù)陌踩?。為避免攻擊者通過時間相關性溯源，可以生成一個隨機虛擬信息，為跨層數(shù)據(jù)賦予相似代號，提高數(shù)據(jù)跨層傳播的混淆性[10]，使其難以進行數(shù)據(jù)流攻擊。此時將原始數(shù)據(jù)用特定的編號表示，調(diào)整攻擊內(nèi)容相關性，接收上游節(jié)點傳輸?shù)目鐚有畔ⅲ藭r可以將傳輸編碼進行線性組合，形成跨層傳播數(shù)據(jù)線性集合Pi，如下所示：

（1）

式中：pi1， pi2， ...， pin代表全局編碼向量。根據(jù)隨機編碼理論，可以對不同的源節(jié)點進行獨立處理，并使用高斯消除法

解碼。

攻擊者在攻擊過程中會不斷獲取源節(jié)點位置，注入攻擊指令，降低數(shù)據(jù)跨層傳輸性能。為了俘獲攻擊節(jié)點密鑰，可以生成隱私保護機制，進行數(shù)據(jù)流分析與監(jiān)聽，此時根據(jù)節(jié)點的相關性發(fā)送抵制攻擊者的信號，進行數(shù)據(jù)包編碼匹配。針對一個跨層安全傳輸節(jié)點，在部署前需要預先加載，抽取對應的公鑰，形成公鑰密鑰環(huán)，從而完成消息轉發(fā)，此時的密鑰概率Pv如式（2）所示：

（2）

式中：kp代表隨機抽取的公鑰；Kv代表接收到附有攻擊指令的數(shù)據(jù)包。在大數(shù)據(jù)多通道跨層傳輸過程中，其密鑰序號不發(fā)生改變，因此，可以利用混沌關聯(lián)原則進行數(shù)據(jù)包回溯，避免攻擊指令對密鑰序號造成影響。獲取物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)分析結果pe如式（3）所示：

（3）

式中：DK代表對稱信息數(shù)據(jù)包；ke代表輕量級逐跳加密系數(shù)；KE代表輕量級逐跳解密系數(shù)。當不同的節(jié)點獲取攻擊明文后，可以隨即驗證數(shù)據(jù)包類型，調(diào)整密鑰分配的獨立關系。

1.2 選取跨層安全傳輸組件

安全傳輸組件主要通過數(shù)據(jù)報文、密鑰等對傳輸安全性進行分析，從而提出合理的安全傳輸方案。因此，文中首先設計了安全傳輸組件的數(shù)據(jù)報文。數(shù)據(jù)報文可以將數(shù)據(jù)看成一個整體，進行數(shù)據(jù)發(fā)送處理。文中設計的安全傳輸組件的數(shù)據(jù)報文格式如圖1所示。

由圖1可知，消息長度指需要發(fā)送的報文數(shù)據(jù)長度；消息類型指數(shù)據(jù)傳輸加密標識；密鑰標識指從傳輸中心獲取的密鑰；接收端信息用來標記接收的跨層數(shù)據(jù)；序列號用來標記數(shù)據(jù)包，避免出現(xiàn)多重攻擊。安全傳輸組件的發(fā)送端可以為上層傳輸通道提供接口，進行API數(shù)據(jù)封裝，此時該接口滿足數(shù)據(jù)通信關系，通過生成一個整體的關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸流程，降低傳輸?shù)腻e誤發(fā)生率，提高網(wǎng)絡的抗攻擊能力。

1.3 設計物聯(lián)網(wǎng)多通道跨層安全算法

為解決物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)在多通道跨層安全傳輸過程中存在的傳輸參數(shù)問題，基于選取的跨層安全傳輸組件，進一步設計了跨層安全算法。物聯(lián)網(wǎng)中的設備和傳感器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)包含豐富的信息，通過對大數(shù)據(jù)進行混沌關聯(lián)分析，可以及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡的異常現(xiàn)象，從而提高數(shù)據(jù)的安全性。因此，文中的設計方法將數(shù)據(jù)分析結果帶入其中，并根據(jù)各層的數(shù)據(jù)接收關系進行了節(jié)點解碼處理，優(yōu)化了目前的節(jié)點傳輸安全協(xié)議，此時可以計算數(shù)據(jù)傳輸轉換概率Q，如式（4）所示：

（4）

式中：Wi+1代表來自接收節(jié)點的響應狀態(tài)權重；pc代表節(jié)點傳輸時隙。已知某個節(jié)點開始進行傳輸，其存在一定的傳輸風險，因此可以計算其傳輸攻擊概率QR，如式（5）所示：

（5）

式中：τ代表節(jié)點在某個時隙的傳輸概率。根據(jù)節(jié)點的攻擊傳輸概率及時隙關系，可以選擇傳輸窗口數(shù)量進行狀態(tài)轉換，此時可以得到有效的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全算法rp，如式（6）所示：

（6）

根據(jù)上述設計的大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸算法，可以調(diào)整節(jié)點的條件概率，根據(jù)單點路由協(xié)議關系選擇傳輸窗口，降低數(shù)據(jù)的傳輸碰撞概率，提高數(shù)據(jù)的傳輸安全性。

2 實驗與分析

為驗證設計的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法的傳輸效果，文中配置了基礎實驗平臺，將其與文獻[7]、文獻[8]兩種物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法對比，進行了實驗。

2.1 實驗準備

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸實驗要求，選取Windows XP作為實驗平臺，設置了服務器、密鑰管理中心，使其符合大數(shù)據(jù)多通道跨層傳輸要求，部署的實驗組件如圖2所示。

在實驗開始前，需要預先處理數(shù)據(jù)表，啟動實驗客戶端。若服務器端出現(xiàn)異常，需要重復建立連接請求，截取實驗明文，通過WinDump工具處理，針對現(xiàn)存的實驗協(xié)議進行分析。待實驗組件全部連接后，即可接通Sniffer Pro進行安全傳輸實驗。

2.2 實驗結果與討論

結合上述實驗概況及準備，可以進行大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸實驗，記錄3種方法在不同傳輸環(huán)境下的傳輸受攻擊次數(shù)，實驗結果見表1所列。

由表1可知，本文設計的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法在不同傳輸時長下的受攻擊次數(shù)較少；文獻[7]中基于加密算法的大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法以及文獻[8]中考慮物聯(lián)網(wǎng)技術的大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法在不同傳輸時長下的受攻擊次數(shù)較多。上述實驗結果證明，文中設計的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法的傳輸效果較好。

3 結 語

在信息化技術發(fā)展時代，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮著巨大的作用，與此同時，其內(nèi)部信息交換規(guī)模逐漸增大，涉及的傳輸數(shù)據(jù)越來越多，數(shù)據(jù)來源復雜，極易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸安全事故，造成用戶隱私泄露，不利于物聯(lián)網(wǎng)后續(xù)的發(fā)展。為解決上述問題，文中設計了一種全新的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法。實驗結果表明，設計的物聯(lián)網(wǎng)混沌關聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法的傳輸受攻擊次數(shù)較少，證明設計的跨層安全傳輸方法的傳輸效果較好，為提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸安全性作出了一定貢獻。

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作者簡介：李亞紅（1979—），女，陜西渭南人，碩士研究生，副教授，研究方向為智能數(shù)據(jù)處理。