黃廣順

(淮南師范學(xué)院 計算機學(xué)院，安徽 淮南 232038)

網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)存儲加密技術(shù)，是保障通信安全與計算機安全的基礎(chǔ).數(shù)據(jù)存儲加密的過程，可以采用各種形式的加密算法和數(shù)學(xué)原理來實現(xiàn)，降低成本，最大化地實現(xiàn)通信安全性[1].通常情況下，數(shù)據(jù)存儲加密是確保信息安全性的最佳方式，為了實現(xiàn)通信信息安全，數(shù)據(jù)存儲加密技術(shù)被提出，且在通信領(lǐng)域上廣泛應(yīng)用.文獻[2]提出基于光纖網(wǎng)絡(luò)通信的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問控制與加密存儲方法，構(gòu)建基于光纖網(wǎng)絡(luò)通信的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型，該模型由感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層構(gòu)成，基于密鑰管理的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問控制策略，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問控制與加密存儲.文獻[3]提出數(shù)據(jù)存儲加密技術(shù)研究，分析總結(jié)了本地存儲、僅授權(quán)第二方使用、授權(quán)第二方存儲及使用和托管于第三方4種常見的存儲加密應(yīng)用場景及對應(yīng)的加密產(chǎn)品，構(gòu)建一套完善的安全存儲解決方案.但是由于上述方法研究時間尚短，加密效果還不完善，導(dǎo)致被竊取的數(shù)據(jù)量越來越多，不適應(yīng)當前的社會環(huán)境，

因此，本文提出基于交互局部性的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)存儲加密方法.由于公開交互式會加大網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的不安全性，本文選擇交互局部性原則，減少被竊取的信息量條數(shù)，進而提高網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)存儲加密效果.在此基礎(chǔ)上，本文將對通信數(shù)據(jù)特征進行提取，找出相似通信數(shù)據(jù)，統(tǒng)一加密；并基于交互局部性創(chuàng)建密碼通信模型，提高數(shù)據(jù)存儲加密的安全性；進而計算相關(guān)加密參數(shù)，提高加密安全等級；最后設(shè)置加密指標，完善整個加密流程.基于以上方法設(shè)計，將會最大程度地減少通信數(shù)據(jù)被竊取的信息量，進而達到數(shù)據(jù)安全性的目標，為網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展創(chuàng)造有利條件.

1 存儲加密方法設(shè)計

1.1 建立網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)特征提取模塊

本文在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)存儲加密方法之初，對數(shù)據(jù)特征進行提取，旨在找出相似的通信數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一加密.在特征提取設(shè)計中，利用LSH相似性搜索方法，作為提取數(shù)據(jù)特征過程中的一個重要步驟，因此，LSH搜索方法的好壞直接影響到特征提取的質(zhì)量.本文根據(jù)數(shù)據(jù)的特征，提取包含權(quán)重的特征向量，利用特征向量的特征項構(gòu)建索引進行LSH相似性搜索，保證數(shù)據(jù)的相似性均能夠找到并利用.本文設(shè)計的特征提取方法包括提取文本數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)，以及3D數(shù)據(jù).其中，以圖像數(shù)據(jù)提取為重中之重，由于圖像特征信息提取可以通過對網(wǎng)絡(luò)通信信息進行分析和識別，以便理解圖像中的基本元素；然后，通過數(shù)據(jù)處理方法，對包含圖像數(shù)據(jù)信息的必要特征進行曝光與量化，從而得到圖像特征向量[4].一般情況下，圖像數(shù)據(jù)是平面像素的集合，像素的數(shù)據(jù)是最基本的圖像數(shù)據(jù)內(nèi)容，但是許多像素數(shù)據(jù)與人類視覺感知并沒有直接關(guān)系，無法適用于LSH搜索其相似性.因此，本文將像素數(shù)據(jù)提取圖像特征與人類視覺感知相關(guān)聯(lián)，提高LSH搜索能力.

首先，在提取圖像中設(shè)置尺度空間極值點，通過對圖像數(shù)據(jù)所在的尺度空間坐標中搜索像素相似點，并通過級聯(lián)濾波以高斯差(DOG)函數(shù)進行像素相似點提取，以找到潛在的相似特征點.這些相似特征點在不同尺度空間的局部最大值與局部最小值的范圍內(nèi)，具有對圖像特征進行微小特征提取的價值.其次，根據(jù)指定相似特征點的方向、局部圖像特征點的梯度方向，為每個有意義的相似特征點分配1個或多個方向，進而對相關(guān)相似特征點進行精準定位，保證各個相似特征點的搜索有效性.最后，創(chuàng)建出1個圖像數(shù)據(jù)相似特征的向量.通過對每個相似特征點周圍的圖像像素進行提取，例如對16個子區(qū)域、8個方向的梯度幅值進行提取，形成覆蓋提取區(qū)域的梯度方向，并根據(jù)相似特征點的梯度方向尺度計算，以確保尺度空間不變.為了保證尺度空間不變性，相似特征點的梯度方向也會保持不變，進而保證相似的圖像數(shù)據(jù)有相似的加密內(nèi)容[5].本文設(shè)計的方法中，每個正常大小的圖像數(shù)據(jù)均可以提取出成百上千個相似特征點，每個特征向量有64個維度.如果圖像數(shù)據(jù)很大，則需要高效的相似特征帶來索引，從而達到特征相似度匹配，有效地完成圖像數(shù)據(jù)特征提取任務(wù).

1.2 基于交互局部性創(chuàng)建密碼通信模型

根據(jù)上文中對圖像數(shù)據(jù)的特征提取，設(shè)計相似通信數(shù)據(jù)統(tǒng)一加密方法.為了更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)加密效果，本文在通信數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)倪^程中，摒棄了傳統(tǒng)加密方法中密鑰通道的高成本、低數(shù)據(jù)傳輸速度的缺點.交互局部性是評價網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)加密效果好壞的標準，利用交互局部性，將密鑰通道設(shè)計成低成本、高傳輸速度的模型，最大化地提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的流通速度[6].本文為了降低數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)某杀荆瑫r保證只有數(shù)據(jù)信息的接收者，才能獲取和識別信息，對信息進行交互局部性加密，使竊取信息者只能獲得加密的傳輸密文，而無法恢復(fù)實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息.具體交互局部性密碼通信模型如圖1所示.

圖1 交互局部性密碼通信模型

如圖1所示，交互局部性密碼通信模型中包括信源、加密器、搭線通道、解密器、接收者以及數(shù)據(jù)竊取者.圖中c表示搭載信道，m表示通信信道，k1、k2表示傳輸通道.基于交互局部性的密碼模型通過信源將通信數(shù)據(jù)發(fā)送到加密器中，在此加密器中，得到相應(yīng)的密文，然后通過密鑰通道將加密后的密文發(fā)送給信息接收者，從而完成數(shù)據(jù)信息存儲加密的任務(wù)[7].本文設(shè)計的加密方法是通過密鑰通道安全傳輸信息的方法，因此，加密是網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)存儲安全的基礎(chǔ).本文利用交互局部性中的加密算法，將需要加密的消息按長度分組，解密密鑰可以很容易地從密鑰的初始狀態(tài)和1個偽隨機函數(shù)計算出來.換句話說，密鑰的創(chuàng)建是由隨機函數(shù)組成的流密碼，最大程度地保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?具體交互局部性加密算法為

(1)

表1 交互局部性密鑰模型的加密等級

如表1所示，加密等級共分為10類，公開參數(shù)cij有10個，按照密鑰源的密文長短，判定加密等級.密文越長，加密等級越高，密文越短，加密等級越低.本文設(shè)計的加密方法可以根據(jù)通信數(shù)據(jù)的重要性，自行判斷加密等級，進一步提高加密效果.

1.3 計算網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)加密參數(shù)

根據(jù)上文中設(shè)計的通信密碼模型，提高了加密效果，本文將進一步計算該模型的加密參數(shù)，使加密效果提高到最佳模式.當一個較為安全的密碼模型，使用不安全的密鑰參數(shù)時，是對此模型加密程度的挑戰(zhàn)[8].因此，本文將根據(jù)從密鑰導(dǎo)出的合成參數(shù)向模型發(fā)送參數(shù)，模型中收到合成參數(shù)后，根據(jù)自己的密鑰算法，計算出1個高安全性的參數(shù).本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)加密方法中，大部分工作都是基于交互局部性進行分析.本文設(shè)計的加密參數(shù)，采用浮動長度的方式存儲，根據(jù)每個節(jié)點對應(yīng)的加密參數(shù)的長度來劃分存儲空間.此方法占用的存儲空間對于初始化密碼模型是最優(yōu)解，但是如果模型中需要增加新節(jié)點或者刪除原有節(jié)點，節(jié)點的加密參數(shù)長度可能會發(fā)生改變，加密參數(shù)長度越短，加密效果越是浪費存儲空間；加密參數(shù)長度越長，對存儲空間的影響越大.因此，本文利用存儲空間大小改變加密參數(shù).加密參數(shù)以固定長度的方式存儲，本文將這些公共參數(shù)分配給每個節(jié)點，并劃分等長的存儲空間.在存儲空間的管理上提供了一定的簡化.由于每個節(jié)點的加密參數(shù)長度不同，每個節(jié)點可以根據(jù)自己擁有的加密參數(shù)的最大長度來劃分存儲空間[9].這保證了各個節(jié)點會有足夠的加密參數(shù)進行存儲.當加密參數(shù)的長度變長時，每個節(jié)點使用的最長加密參數(shù)的長度，不會超過初始化時分配的存儲空間，因此對整體的加密效果影響不大.如果最長加密參數(shù)的長度超過初始化時分配的存儲量，則重新分配每個節(jié)點所需的加密參數(shù)的存儲長度.整個加密過程與密碼模型的加密參數(shù)存儲量有關(guān)，因此加密參數(shù)的設(shè)計可以在不降低通信效率的情況下，減少加密參數(shù)的存儲量，此時加密參數(shù)的計算公式為

(2)

由于本文設(shè)計的加密算法中，存儲量是以比特為單位進行的，因此可以簡單地計算加密參數(shù)，參數(shù)越大，數(shù)據(jù)存儲空間越大，加密效果更佳.

1.4 設(shè)置通信數(shù)據(jù)存儲加密指標

由于用戶在使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時，總是期望盡可能低地延遲，本文基于以上加密參數(shù)，設(shè)置低延遲加密指標.一般情況下，數(shù)據(jù)延遲包括用戶和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)延遲、服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)的延遲，以及服務(wù)器處理數(shù)據(jù)的延遲[10].此外，數(shù)據(jù)延遲還包括加密器加密時間的延遲、加密器處理數(shù)據(jù)的延遲.因此，本文將設(shè)置1個低延遲的數(shù)據(jù)存儲加密指標，以保證加密效果.由于網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)存儲數(shù)量龐大，且用戶量多，經(jīng)過頻繁的交互，每次交互都會導(dǎo)致大量的加密器處理與傳輸密文，進而出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信擁塞，從而導(dǎo)致嚴重的通信延遲.本文將設(shè)計加密指標，如表2所示.

表2 加密指標

如表2所示，本文設(shè)計的指標最初目的是成功隱藏與傳輸數(shù)據(jù)有關(guān)的信息，由于加密指標是安全應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)與處理信息安全的核心設(shè)計，本文將加密指標分為DES、3DES、RC4、AES、IDEA等5項指標，其中RC4指標可以隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，為網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的存儲提供強有力的安全保障.

2 仿真試驗

本文在Namecode云平臺下，對不同的加密數(shù)據(jù)進行交互式運算，加密數(shù)據(jù)包括文本、音頻、圖像等多種形式.以圖像形式為例，驗證本文設(shè)計的加密方法、加密處理時間是否具有實用性.

2.1 試驗過程

根據(jù)式(1)，對本文設(shè)計的加密方法加密處理時間進行計算，結(jié)果如表3所示.

表3 本文設(shè)計的加密方法加密時間與運行時間參數(shù)

如表3所示，本文設(shè)計的加密方法在圖像數(shù)據(jù)量不同時，所需加密時間也不同，相應(yīng)運行時間也不同.圖像數(shù)據(jù)量與加密時間、運行時間均成正比，隨著圖像數(shù)據(jù)量的增加，加密時間與運行時間均會增加.

2.2 試驗結(jié)果

將傳統(tǒng)加密方法防竊取圖像信息，與本文設(shè)計的加密方法防竊取圖像信息效果作對比，結(jié)果如表4所示.

表4 2種加密方法加密效果

由表4可知：在圖像信息數(shù)據(jù)相同的條件下，傳統(tǒng)方法防竊取圖像信息量隨著圖像信息量的增加，防竊取效果逐漸變差，圖像為1 000張時會被偷取102張，而在圖像為8 000張時被偷取圖像信息達到948張，防竊取效果差，加密方法不佳；本文設(shè)計的加密方法，圖像為1 000張時被竊取數(shù)量僅為2張，并且本文設(shè)計的加密方法可以隨著圖像的增加，加密效果也會逐漸增強，在圖像為6 000～8 000張時，被竊取圖像信息穩(wěn)定為0.本文方法極大地滿足了數(shù)據(jù)存儲的意義，提高了網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的加密效果，符合本文研究目的.

3 結(jié)語

本文設(shè)計了基于交互局部性的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)存儲加密方法，為用戶的通信安全與隱私問題提供了保護作用.本文在設(shè)計新的加密方法時，首先提取通信數(shù)據(jù)特征；其次，基于交互局部性創(chuàng)建密碼通信模型；再次，計算此模型的加密參數(shù)；最后，設(shè)置數(shù)據(jù)存儲加密指標.基于以上設(shè)計，對本文設(shè)計的加密方法進行仿真試驗，得出新方法的加密效果更佳的結(jié)論，可為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ).