劉琴　孫琦龍

關鍵詞：C/S架構；雙重加密；信息采集；系統(tǒng)設計；加密可逆

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

目前，在高速發(fā)展的信息化時代，信息安全[1]逐漸成為人們日常重點關注的問題，其對后續(xù)的信息行業(yè)建設、技術創(chuàng)新等均存在直接影響。傳統(tǒng)的可逆信息傳輸或加密處理系統(tǒng)多為單向執(zhí)行系統(tǒng)，雖然在設計的過程會調整為雙重加密形式，能夠在初始的標準內實現(xiàn)預期的可逆信息采集目標，但是經(jīng)常受到外部因素及環(huán)境的影響，導致采集環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，使最終獲取的采集結果不可靠。文獻[2]和文獻[3]提出傳統(tǒng)云平臺雙重加密可逆信息采集系統(tǒng)和傳統(tǒng)三維全景雙重加密可逆信息采集系統(tǒng)，這類系統(tǒng)在使用過程中的要求較多，信息處理效率不高，不易控制?；诖耍疚奶岢鲆环N基于C/S架構的雙重加密可逆信息采集系統(tǒng)。

C/S架構是一種定向的客戶機和服務器結構，通常設定為軟件系統(tǒng)體系結構，在實際使用過程中會形成較強的硬件優(yōu)勢[4]；將其應用在可逆信息采集系統(tǒng)中，能夠提高可逆信息存儲的穩(wěn)定性與安全性。在復雜的網(wǎng)絡信息處理環(huán)境下，設定C/S架構，可以擴大定向采集范圍，打破傳統(tǒng)采集模式的束縛，逐步形成更為可控的采集結構。采用雙重加密形式能夠從整體上提升可逆信息的采集效率，為后續(xù)相關技術的發(fā)展和行業(yè)創(chuàng)新奠定基礎[5]。

2 雙重加密可逆信息C/S架構采集系統(tǒng)硬件設計（Hardware design of dual encryption reversibleinformation C/S architecture acquisitionsystem）

2.1 信息采集STM32F103VET6主控制器設計

在硬件結構的搭接與調整過程中，進行信息采集主控制器STM32F103VET6的設計和關聯(lián)[6]。首先，在單向的硬件體系中安裝一個定向、多覆蓋的感應裝置，控制區(qū)域不固定，可以隨時更改[7]。然后，采用Wi-Fi技術將硬件程序和TLink物聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)進行連接，為硬件的設計營造穩(wěn)定的環(huán)境[8]。為增加系統(tǒng)在實際應用中的可靠性與穩(wěn)定性，需要在感應設備中加入STM32F103VET6微控制器，將其設定為核心控制結構。

同時，在控制硬件的電路中接入LoRa定向通信模塊[9]。這里需要注意STM32F103VET6微控制器的應用必須形成一個穩(wěn)定的控制電路，但初始設定的硬件電路并不具備這一條件和限制形式，所以在硬件控制結構中增設一個定向控制電路，并與SX1278芯片形成關聯(lián)，采用TLink云服務器與芯片、主控制器構建多元的采集結構，增設異步信息收發(fā)器，與PC機進行串口處理，具體的硬件結構如圖1所示。

根據(jù)圖1，完成對信息采集主控制器STM32F103VET6控制結構的搭接形式與關聯(lián)應用結構的設計。隨后，在主控制器中設定一個定向的內置智能化控制環(huán)節(jié)，利用TCP/IP端口進行數(shù)據(jù)信息的定向采集，同時與PC機進行串口通信，逐步強化信息采集STM32F103VET6主控制器的設計與應用分析。

2.2 Wi-Fi加密芯片配置

Wi-Fi芯片是一種定向的信息加密控制處理裝置，可提高系統(tǒng)的運行質量和效率。設定控制單元以A R MCortex-M3作為內核，利用STM32F103監(jiān)督裝置對系統(tǒng)的具體情況進行調整。此時，需要根據(jù)系統(tǒng)運行及加密的狀態(tài)，測算出控制器的工作頻率，如公式（1）所示：

公式（1）中：G表示控制器工作頻率，χ表示逆向單元偏差，α表示內部存儲常數(shù)值，β表示微控制區(qū)域，R表示驅動單元，i表示控制次數(shù)，b表示控制總次數(shù)。首先根據(jù)公式（1）完成對測試控制器工作頻率的測算，然后根據(jù)實際的測定需求及標準，調整硬件控制器的工作效率，營造更為穩(wěn)定的控制環(huán)境，同時形成多結構的控制階段。此時，將Wi-Fi加密芯片與微控制裝置進行搭接關聯(lián)，選擇靜態(tài)隨機存取存儲器對日常采集到的信息進行存儲。在日常工作中，為了提升工作效率及質量，增設多方向的訪問裝置，通過多級的AHB總線構架相互連接，此時根據(jù)Wi-Fi芯片的運行狀態(tài)，設定Wi-Fi芯片信息采集裝置的指標參數(shù)（表1），完成對Wi-Fi加密芯片信息采集裝置的指標參數(shù)的設定。

完成硬件結構的總體設計與調整之后，在小型的控制位置增設4個端口，設定網(wǎng)關的監(jiān)督節(jié)點，強化實際控制效果，完成硬件結構的最終設計。

3 雙重加密可逆信息C/S架構采集系統(tǒng)軟件設計（Software design of dual encryption reversibleinformation C/S architecture acquisition system）

3.1 雙重加密及采集指令集群設計

對于信息采集過程中的安全問題，一般采用加密或雙重加密的方式予以解決。在信息數(shù)據(jù)傳輸或者接收的過程中，首先進行核查與定向檢定，以此確保后續(xù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集的必要性和穩(wěn)定性，然后進行雙重加密及采集指令集群的設計與搭接關聯(lián)，進而提升系統(tǒng)的運行效率。依據(jù)實際的信息采集需求及范圍，設定一個穩(wěn)定的控制環(huán)境，同時針對下發(fā)的初始指令進行定向指標的設置（表2），完成對初始指令集群定向指標參數(shù)的設置。

綜合日常的信息采集需求及標準，融合C/S架構，設計一個智能化的多目標指令結構。將加密和采集指令進行劃分，形成可控的多向控制結構，同時在內控程序中設定Web自動采集環(huán)節(jié)，與整體的信息采集搭建正向關聯(lián)，并形成動態(tài)化的采集體系完成對雙重加密及采集指令集群結構的設計與分析，如圖2所示。將所設定指令依據(jù)應用的種類和定向的控制方向，形成雙重的可逆信息加密處理，為后續(xù)相關加密工作的執(zhí)行奠定更為堅實的基礎環(huán)境。

3.2 C/S架構多階可逆信息采集功能模塊設計

完成上述雙重加密及采集指令集群的設計之后，將設計系統(tǒng)中Web應用軟件綜合C/S架構，利用Maven項目管理工具軟件構建Web應用項目，設計多階可逆信息采集功能模塊。利用Web應用軟件的信息采集流程如下。

步驟1：完成雙重加密及采集指令集群設計后，將系統(tǒng)采集結果發(fā)送至Web服務器。

步驟2：接收采集結果，并交由控制器。

步驟3：由控制器進行預處理后，將處理結果發(fā)至Web服務器。

步驟4：建立信息采集模塊采集多階可逆信息，提高信息采集功能模塊的采集效率。

通常在進行可逆信息采集之前，均需要通過采集指令對采集目標和任務進行確認，以此確保最終的采集方向和標準的穩(wěn)定性?？梢韵纫罁?jù)可逆信息的采集任務設定相對應的采集目標，形成多階段的動態(tài)化采集結構，利用C/S架構的采集定位，在內控程序中設定可調整的采集節(jié)點，每一個采集節(jié)點在實際過程中需形成特定的關聯(lián)條件，同時與初始的采集模塊形成搭接，以設定的采集目標作為引導，形成循環(huán)性的可逆信息采集流程。以上述流程為基礎，將采集模塊劃分為4個部分，如圖3所示。

綜合C/S架構，分析并驗證實際的可逆信息采集情況，測定計算出功能模塊的信息采集轉換比，如公式（2）所示：

公式（2）中：U表示信息采集轉換比，δ表示多階采集偏差，m表示預設采集范圍，n表示重復采集范圍， 表示傳輸距離。根據(jù)上述測定，完成對信息采集轉換比的測定計算。隨后，采用獲取的轉換比對功能模塊采集的數(shù)據(jù)和信息進行多方向處理，與設定的采集節(jié)點進行關聯(lián)搭接，在初始的范圍之內，最大限度地擴大實際的可逆信息采集范圍，再加上Web應用軟件與C/S架構的輔助，能夠進一步提升采集效率，使獲取的轉換比具有更好的應用價值。

3.3 C/S架構傳輸數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫的構建與搭接應用對于信息采集系統(tǒng)的設計至關重要，一般而言，數(shù)據(jù)庫的主要作用是存儲數(shù)據(jù)，并通過特定的端口進行數(shù)據(jù)包的傳輸與接收。在C/S架構的輔助下，本文所構建的數(shù)據(jù)庫功能主要以數(shù)據(jù)傳輸和自動化定位采集為主，首先可以通過C/S架構建立一個多階、多目標的動態(tài)化執(zhí)行結構，然后在每一個層級設定相應的執(zhí)行目標，在此基礎上設置傳輸框架與執(zhí)行體系，同時將上述設定的加密指令集群和多階可逆信息采集功能模塊進行搭接，進一步強化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能。

此外，可以在C/S架構和執(zhí)行程序中添加一個穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫雙重加密密鑰，分為公鑰和私鑰[10]，公鑰主要是對開放性數(shù)據(jù)信息的管控與安全維護，而私鑰則是針對加密性文件的一種密鑰設定，實際上相當于一個數(shù)據(jù)庫的雙重鑰匙，具有更強的加密效果。需要注意的是，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在傳輸?shù)倪^程中會受到外部環(huán)境等因素的影響，最終導致數(shù)據(jù)庫的安全系數(shù)降低，而將C/S架構與初始的數(shù)據(jù)庫結構融合，能夠進一步增強實際的數(shù)據(jù)庫存儲能力，將內部的信息更穩(wěn)定地歸類，形成更可控的數(shù)據(jù)采集存儲程序，完成系統(tǒng)軟件的搭接和應用。

4 系統(tǒng)測試（System test）

此次研究主要對基于C/S架構的雙重加密可逆信息采集系統(tǒng)進行設計與驗證分析，為確保最終系統(tǒng)測試結果的真實性與可靠性，采用對比的方式展開分析，選定Q系統(tǒng)作為測定的主要目標對象，設置系統(tǒng)的執(zhí)行模式為開放性信息采集形式，同時將LoRa無線通信技術與C/S架構同時設定在系統(tǒng)的控制程序之中，確保其可應用之后，進行基礎測試環(huán)境的搭建。

4.1 測試準備

綜合C/S架構及相關技術，對雙重加密可逆信息采集系統(tǒng)實際測定環(huán)境進行分析和研究。對Q系統(tǒng)的基礎執(zhí)行環(huán)境進行設定，將初始的系統(tǒng)模式依據(jù)實際需求和標準進行調整，設定為開放性模式，將C/S架構融合在Q系統(tǒng)之中，利用上述設定節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集測定，若無問題，進行下一階段的系統(tǒng)測試環(huán)境搭建。

準備6個數(shù)據(jù)包，并部署與數(shù)據(jù)庫保持一致的控制程序，系統(tǒng)由接收數(shù)據(jù)模式切換到發(fā)送數(shù)據(jù)模式，將采集數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式轉換成信號。在此基礎上，需要進行信號強度的設定，保持在52—68 dBm，系統(tǒng)的擴頻因子為SF8。在初始測定系統(tǒng)中增加一個自動采集的程序，分為三個階段設置可逆信息采集標準（表3），完成對階段可逆信息采集標準的設定。在此基礎之上，調整可控程序，形成穩(wěn)定的測試環(huán)境，并在內置程序中增加抗干擾裝置，完成基礎測定環(huán)境的構建。

4.2 測試過程及結果分析

根據(jù)上述搭建的測試環(huán)境，綜合實際的測試需求及標準，對Q系統(tǒng)進行具體的測定分析。首先，將準備的6個數(shù)據(jù)包解析設定在系統(tǒng)的存儲庫中，依據(jù)測定設置4個單獨指令，利用程序下達到對應的位置上，這部分需要注意指令的執(zhí)行狀態(tài)必須與系統(tǒng)內置的程序控制標注保持一致，便于營造穩(wěn)定的信息采集狀態(tài)。設定數(shù)據(jù)采集的速率為113.25 kbps，采集時間設定為3.5 s，平均傳輸速率為65.37 kbps。設置公鑰+私鑰的密鑰形式構建雙重加密的環(huán)境。其次，下達第二波指令，并設立單向采集執(zhí)行目標，經(jīng)過分析，最終測算出可逆信息的采集丟包率，如公式（3）所示：

公式（3）中：H表示可逆信息采集丟包率，θ表示采集范圍，Q表示單向采集數(shù)據(jù)量，e表示采集次數(shù)，y表示采集總次數(shù)，γ表示傳輸頻率。根據(jù)上述測定，完成對測試結果的分析與研究。采用相同的方式在不同數(shù)據(jù)量的背景下，重復測定5次，依據(jù)Q系統(tǒng)的真實測試情況進行對比分析，結果如表4所示。

經(jīng)過5次測試，最終Q系統(tǒng)對雙重加密可逆信息的采集丟包率被較好地控制在2%以下，說明在實際應用過程中，系統(tǒng)對信息的采集和維護效率較高，誤差可控，具有較高的應用價值。

5 結論（Conclusion）

對比傳統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)，本文提出的基于C/S架構的雙重加密可逆信息采集系統(tǒng)整體結構更為靈活、多變且對傳統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)的一系列問題和限制的針對性較強，包括采集效率低、采集范圍狹窄、防干擾能力差等。同時，針對實際的信息采集需求，提供更靈活、多變、針對性強的信息采集方案，以及在復雜的背景環(huán)境下營造更穩(wěn)定、安全的信息采集環(huán)境；并且，采用多階的方式替代單向的采集結構，強化了整體信息采集體系，在一定程度上能夠提升系統(tǒng)的防干擾能力，功耗也更低，能更好地滿足實際的信息采集需求，可為后續(xù)相關任務的執(zhí)行提供參考依據(jù)。

作者簡介：

劉琴（1976-），女，本科，副教授.研究領域：軟件工程.

孫琦龍（1971-），男，碩士，教授.研究領域：人工智能.