謝躍偉

(中國(guó)航發(fā) 四川燃?xì)鉁u輪研究院，成都 610500)

0 引言

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是指不需借助基礎(chǔ)布線就可以建立通信設(shè)備互聯(lián)關(guān)系的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，由于網(wǎng)絡(luò)體系的復(fù)雜程度較低，所以通信數(shù)據(jù)的傳輸具有較強(qiáng)自由性。明文、密文是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中兩種最基本的數(shù)據(jù)樣本，二者響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間的相對(duì)時(shí)延量決定了網(wǎng)絡(luò)體系對(duì)于通信數(shù)據(jù)的安全加密能力。因此，對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要意義。

文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)的基于MATLAB與OptiSystem的光混沌保密通信系統(tǒng)具有兩個(gè)時(shí)延反饋閉環(huán)，可以根據(jù)通信數(shù)據(jù)的混沌波形，確定輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的差異性，再聯(lián)合二進(jìn)制序列條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)加密模板的精準(zhǔn)定義。文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)的多中繼物理層網(wǎng)絡(luò)編碼加密系統(tǒng)，根據(jù)通信數(shù)據(jù)的單位吞吐率，確定信息樣本的傳輸方案，由于LDPC碼、中繼映射碼取值不可能相同，所以該系統(tǒng)對(duì)于不同通信數(shù)據(jù)的加密標(biāo)準(zhǔn)也有所不同。然而上述兩類(lèi)系統(tǒng)對(duì)于明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間相對(duì)時(shí)延量指標(biāo)的控制能力有限，不符合安全加密無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

Modbus是一種串行式的通信連接協(xié)議，存在于以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、串口組織等多個(gè)版本的網(wǎng)絡(luò)體系之中，與其他類(lèi)型的通信協(xié)議相比，該協(xié)議的主要內(nèi)容都是在物理層網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的[3]。由于互聯(lián)網(wǎng)組織對(duì)于通信數(shù)據(jù)傳輸行為并不設(shè)置明確要求，所以應(yīng)用Modbus協(xié)議后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)更易于部署與維護(hù)，對(duì)宿主供應(yīng)主機(jī)而言，本地?cái)?shù)據(jù)字節(jié)的修改也不受到特殊限制條件的影響。TCP是基于字節(jié)流所設(shè)置的傳輸層通信協(xié)議，接受IETF主機(jī)的直接定義。該類(lèi)型協(xié)議文本的應(yīng)用，要求通信網(wǎng)絡(luò)主機(jī)必須同時(shí)關(guān)聯(lián)下級(jí)通信設(shè)備，一方面控制數(shù)據(jù)文本使其能在既定時(shí)間內(nèi)傳輸至目標(biāo)通信位置，另一方面也可以保障網(wǎng)絡(luò)信道的傳輸寬度與廣度，使得數(shù)據(jù)信息的傳輸速率水平得到大幅提升[4]。若通信網(wǎng)絡(luò)布局環(huán)境較為復(fù)雜，則可以建立Modbus與TCP共同配合的協(xié)議作用機(jī)制。為此，本文設(shè)計(jì)了基于Modbus/TCP的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)。

1 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)的硬件由PowerPC嵌入式架構(gòu)、微處理器子模塊、復(fù)位通信控制電路、宿主機(jī)與客戶機(jī)模式、數(shù)據(jù)交換區(qū)域五部分共同組成，本章節(jié)將針對(duì)相關(guān)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法展開(kāi)深入研究。

1.1 PowerPC嵌入式架構(gòu)

在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)中，PowerPC嵌入式架構(gòu)同時(shí)負(fù)載宿主機(jī)與客戶機(jī)的接入請(qǐng)求，既可以接收復(fù)位通信控制電路輸出的電量信號(hào)，也能夠干預(yù)數(shù)據(jù)交換區(qū)組織對(duì)信息樣本的存儲(chǔ)能力，因此完善架構(gòu)體系連接模型，是保障無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信數(shù)據(jù)進(jìn)行安全性加密的必要環(huán)節(jié)[5]。為適應(yīng)嵌入式連接需求，Power單元、PC單元必須接受無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的統(tǒng)一調(diào)度，特殊情況下，前者可自動(dòng)暫停串口功能模塊與通信功能模塊的運(yùn)行，將PCI功能模塊獨(dú)立出來(lái)，使其在處理通信數(shù)據(jù)時(shí)能夠準(zhǔn)確分析Linux內(nèi)核中信息樣本的實(shí)時(shí)寄存量，從而正確干預(yù)QEMU虛擬機(jī)中的數(shù)據(jù)加密編碼行為。PC單元內(nèi)負(fù)載了SRAM、PCI Slot、Device、Net Card四類(lèi)應(yīng)用模塊，且它們之間保持?jǐn)?shù)據(jù)互通關(guān)系，過(guò)渡單元向外輸出通信數(shù)據(jù)時(shí)，未被完全利用的信息樣本可暫時(shí)寄存于該單元組織之中，且數(shù)據(jù)樣本存儲(chǔ)量會(huì)隨著應(yīng)用模塊的運(yùn)行而不斷減少[6]。PowerPC嵌入式架構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 PowerPC嵌入式架構(gòu)模型

過(guò)渡單元具有雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，但為保證無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中信息樣本的單向傳輸特性，要求已被分配于Power單元與PC單元中的數(shù)據(jù)參量不得進(jìn)行二次傳輸。

1.2 微處理器子模塊

微處理器子模塊對(duì)安全加密指令控制行為的實(shí)現(xiàn)需要PWM處理器、SHAMD設(shè)備、CAN設(shè)備、UART設(shè)備的共同配合。整個(gè)子模塊單元包括EEPROM、SSI、QEI等多條數(shù)據(jù)通路。其中，EEPROM通路將CRC通信數(shù)據(jù)導(dǎo)流入MODULE1存儲(chǔ)設(shè)備中，CRC通信數(shù)據(jù)的傳輸功耗水平較低，對(duì)于微處理器子模塊而言，該類(lèi)型數(shù)據(jù)樣本的存儲(chǔ)量越大，就表示子模塊體系的運(yùn)行穩(wěn)定性越強(qiáng)。SSI通路將AES通信數(shù)據(jù)導(dǎo)流入MODULE2存儲(chǔ)設(shè)備中，AES通信數(shù)據(jù)的初始輸出位置為L(zhǎng)inux內(nèi)核、目標(biāo)傳輸位置為SRAM應(yīng)用模塊，整個(gè)傳輸過(guò)程中SSI通路僅對(duì)信息參量進(jìn)行整合處理，不干擾這些數(shù)據(jù)的實(shí)際傳輸行為[7-8]。QEI通路將GPIO通信數(shù)據(jù)導(dǎo)流入MODULE3存儲(chǔ)設(shè)備中，GPIO通信數(shù)據(jù)的傳輸速率較快，因此QEI通路必須具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)承載能力。微處理器子模塊的功能性布局形式如圖2所示。

圖2 微處理器子模塊的功能性框圖

SHAMD設(shè)備、CAN設(shè)備、UART設(shè)備分別對(duì)應(yīng)通信數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)通路與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，在微處理器子模塊中，接受PWM處理器的統(tǒng)一調(diào)控，但為保證通信數(shù)據(jù)安全加密指令的順利執(zhí)行，在編碼數(shù)據(jù)的過(guò)程中，信息參量的傳輸方向始終保持一致。

1.3 復(fù)位通信控制電路

復(fù)位通信控制電路將+VCC端電極與GND端電極連接在一起，可以借助L、R、C等多類(lèi)型電子元件，對(duì)負(fù)載電流、負(fù)載電壓進(jìn)行分配處理，在滿足頻分處理器(Q)對(duì)于電量信號(hào)的消耗需求的同時(shí)，確保Reset變壓設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)跳頻通信的情況，從而使得數(shù)據(jù)樣本在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中能夠保持穩(wěn)定且快速的傳輸狀態(tài)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 復(fù)位通信控制電路結(jié)構(gòu)圖

左側(cè)電量回路包括3個(gè)阻值不完全相同的感應(yīng)電阻元件，通常情況下，連接于主線單元的R1電阻的阻值水平較高，數(shù)值上基本等于R2、R3電阻的阻值之和[9]。L是對(duì)通信數(shù)據(jù)極為敏感的電量感應(yīng)裝置，可以根據(jù)R電阻兩端負(fù)載電壓的數(shù)值情況，調(diào)節(jié)頻分處理器中通信數(shù)據(jù)樣本的額定存儲(chǔ)數(shù)量，一方面可以維持整個(gè)電量回路中傳輸電流的數(shù)值穩(wěn)定性，另一方面也可以避免通信數(shù)據(jù)在MPU-6050設(shè)備中大量累計(jì)。

Motor集合器可對(duì)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行聚合處理，并能夠在Modbus/TCP可信協(xié)議的作用下，將這些數(shù)據(jù)參量再次分配給下級(jí)應(yīng)用設(shè)備[10]。

1.4 宿主機(jī)與客戶機(jī)

宿主機(jī)與客戶機(jī)模式是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，由宿主機(jī)設(shè)備、客戶機(jī)設(shè)備兩部分組成。

1.4.1 宿主機(jī)

宿主機(jī)是Linux內(nèi)核的外接設(shè)備，在Modbus/TCP可信協(xié)議作用下，可以保持較長(zhǎng)時(shí)間的自主運(yùn)行狀態(tài)，為適應(yīng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于數(shù)據(jù)信息樣本的安全性加密處理需求，該結(jié)構(gòu)運(yùn)行所需電量信號(hào)全部來(lái)自復(fù)位通信控制電路。核心單元中，Network宿主設(shè)備、Moudle宿主設(shè)備保持交叉連接關(guān)系，前者負(fù)責(zé)對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像加密處理，后者則負(fù)責(zé)清空通信磁盤(pán)中暫存的數(shù)據(jù)信息參量[11]。整個(gè)單元模塊同時(shí)關(guān)聯(lián)通信網(wǎng)關(guān)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)IP地址，可以在Windows通信主機(jī)的作用下，設(shè)置全新的碼源模板，當(dāng)DNS密碼符合碼源模板定義標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，宿主機(jī)設(shè)備會(huì)自發(fā)建立與下級(jí)客戶機(jī)設(shè)備的通信連接關(guān)系。宿主機(jī)連接模板如圖4所示。

圖4 宿主機(jī)連接模板

1.4.2 客戶機(jī)

客戶機(jī)設(shè)備的運(yùn)行模式必須與宿主機(jī)設(shè)備完全匹配，由于Modbus/TCP可信協(xié)議要求通信數(shù)據(jù)的傳輸方向必須符合一致性原則，所以實(shí)施機(jī)密處理的過(guò)程中，信息樣本的傳輸方向只能由宿主機(jī)端指向客戶機(jī)端[12]。

1.5 數(shù)據(jù)交換區(qū)

數(shù)據(jù)交換區(qū)是以宿主機(jī)與客戶機(jī)模式為基礎(chǔ)設(shè)置的獨(dú)立信息處理區(qū)域，接收復(fù)位通信控制電路輸出的電量信號(hào)，在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，與微處理器子模塊保持同等級(jí)連接關(guān)系，隨著待加密數(shù)據(jù)樣本總量的增大，該區(qū)域已接入部分面積會(huì)不斷增大，但由于整個(gè)區(qū)域的可用面積有限，故而當(dāng)交換區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)樣本的實(shí)際存儲(chǔ)量達(dá)到極值條件時(shí)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)信息樣本的加密處理速率也會(huì)開(kāi)始不斷下降[13-14]。數(shù)據(jù)交換區(qū)的連接原理如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)交換區(qū)連接原理

實(shí)施通信數(shù)據(jù)加密處理時(shí)，交換區(qū)組織的外向擴(kuò)張行為遵循雙向性規(guī)則，即已接入部分在橫、縱兩個(gè)方向上同時(shí)向著外部交換區(qū)組織進(jìn)行擴(kuò)展，整個(gè)處理過(guò)程中，已接入部分所存儲(chǔ)通信數(shù)據(jù)總量不斷增大，但無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)于這些信息參量的加密編碼原則完全遵循Modbus/TCP可信協(xié)議。

2 Modbus/TCP可信協(xié)議

加密控制系統(tǒng)的運(yùn)行必須遵循Modbus/TCP可信協(xié)議，而對(duì)于協(xié)議內(nèi)容的定義，則要在要素條件的基礎(chǔ)上，對(duì)通信數(shù)據(jù)的加密身份進(jìn)行認(rèn)證處理。

2.1 基本協(xié)議要素

基本協(xié)議要素決定了Modbus/TCP可信協(xié)議對(duì)于通信數(shù)據(jù)加密模板樣本的容納能力，設(shè)置數(shù)據(jù)交換區(qū)域體系時(shí)，只有保證基本協(xié)議要素的完整性，才能激發(fā)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)于通信數(shù)據(jù)樣本的安全性加密處理能力[15]。對(duì)于基本協(xié)議要素的求解，涉及對(duì)基礎(chǔ)構(gòu)建參量的計(jì)算，具體定義如下：

(1)

式中，χ表示Modbus/TCP可信協(xié)議的完整性設(shè)置參數(shù)。

在公式(1)的基礎(chǔ)上，設(shè)q1、q2、…、qn表示n個(gè)不為零的通信數(shù)據(jù)編碼系數(shù)，且q1≠q2≠…≠qn的不等式條件恒成立，qmax表示全部通信數(shù)據(jù)編碼系數(shù)的最大取值結(jié)果，δ表示基于Modbus/TCP可信協(xié)議的通信數(shù)據(jù)篩選參量，α1、α2、…、αn分別表示與n個(gè)通信數(shù)據(jù)編碼系數(shù)匹配的協(xié)議文件編碼特征值，聯(lián)立上述物理量，推導(dǎo)Modbus/TCP可信協(xié)議的基本協(xié)議要素表達(dá)式見(jiàn)公式(2)。

(2)

無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主機(jī)在加密處理數(shù)據(jù)信息參量時(shí)，要求相關(guān)數(shù)據(jù)樣本的選取必須滿足同向性原則，對(duì)于Modbus/TCP可信協(xié)議文件而言，數(shù)據(jù)樣本同向性避免了差異化信息取值結(jié)果的出現(xiàn)，可以在保持密鑰模板編碼穩(wěn)定性的同時(shí)，對(duì)待處理信息參量進(jìn)行按需定義，從而最大化縮短明文加密、密文響應(yīng)的表現(xiàn)時(shí)長(zhǎng)[16]。

2.2 加密身份認(rèn)證

加密身份認(rèn)證就是按照基本協(xié)議要素條件，求解網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)于通信數(shù)據(jù)的安全性加密處理原則，設(shè)計(jì)加密控制系統(tǒng)時(shí)，如果通信數(shù)據(jù)的身份信息不符合認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，不但會(huì)導(dǎo)致交換區(qū)組織失去對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行妥善處理的能力，還有可能造成宿主機(jī)、客戶機(jī)模式出現(xiàn)混亂運(yùn)行的情況[17-18]。假設(shè)e表示可信度參數(shù)，則關(guān)于參數(shù)e的可信作用條件為W(e)，若以Modbus/TCP協(xié)議作為加密編碼標(biāo)準(zhǔn)，則有：

(3)

式中，W(e)∈(-1，0)表示利用Modbus/TCP協(xié)議加密通信數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)交換區(qū)運(yùn)動(dòng)方向與加密主機(jī)認(rèn)證的正方向相反；W(e)∈(0，1]表示利用Modbus/TCP協(xié)議加密通信數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)交換區(qū)運(yùn)動(dòng)方向與加密主機(jī)認(rèn)證的正方向相同。設(shè)γ表示Modbus/TCP協(xié)議中數(shù)據(jù)信息樣本編碼參數(shù)，φmax表示加密碼源占比系數(shù)的最大取值，φmin表示加密碼源占比系數(shù)的最小取值。在上述物理量的支持下，聯(lián)立公式(2)、公式(3)，可將基于Modbus/TCP可信協(xié)議的通信數(shù)據(jù)加密身份認(rèn)證表達(dá)式定義為：

(4)

由于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在單位時(shí)間內(nèi)所能容納的數(shù)據(jù)樣本總量有限，所以安全性加密控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還要求認(rèn)證表達(dá)式的計(jì)算取值應(yīng)屬于(1，+∞)的數(shù)值區(qū)間。

3 安全加密接口設(shè)計(jì)

安全加密接口按照Modbus/TCP可信協(xié)議，對(duì)通信數(shù)據(jù)參量進(jìn)行深度編碼處理，具體接口設(shè)計(jì)流程如下。

3.1 密鑰模板

密鑰模板是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)樣本時(shí)所遵循的加密原則，對(duì)于系統(tǒng)接口組織而言，模板體系的開(kāi)放程度固定，隨著通信數(shù)據(jù)樣本的不斷累積，碼源節(jié)點(diǎn)所處位置不會(huì)發(fā)生變化，系統(tǒng)在對(duì)其進(jìn)行編碼處理時(shí)，不需額外消耗時(shí)間完成對(duì)密鑰指令的定義，故而明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)都能得到較好控制，二者之間的相對(duì)時(shí)延量也就不會(huì)超過(guò)預(yù)期長(zhǎng)度數(shù)值[19-20]。模板體系的定義要求所選取的源向量必須處于同一數(shù)據(jù)交換區(qū)組織內(nèi)，但又不能完全相等。如s、a是既定數(shù)據(jù)交換區(qū)內(nèi)兩個(gè)不相等也不等于零的源向量，關(guān)于源向量的密鑰參數(shù)分別為ds、da，φ表示明文樣本、密文樣本之間的相互轉(zhuǎn)碼系數(shù)，聯(lián)立公式(4)，推導(dǎo)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)的密鑰模板表達(dá)式為：

(5)

其中：f表示密鑰模板對(duì)于通信數(shù)據(jù)的編碼權(quán)限，ε表示數(shù)據(jù)文本編碼參量的初始取值。對(duì)于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)而言，只有保證密鑰模板的完整性，主機(jī)元件才能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)樣本的準(zhǔn)確編碼。

3.2 通信文本移植

(6)

為保證系統(tǒng)主機(jī)對(duì)于通信數(shù)據(jù)樣本的處理能力，文本移植表達(dá)式的定義還需參考密鑰模板的實(shí)際求解結(jié)果。

3.3 數(shù)據(jù)擴(kuò)容

(7)

(8)

如果數(shù)據(jù)擴(kuò)容條件達(dá)不到控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在加密數(shù)據(jù)樣本時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)非安全性處理的情況。

4 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于Modbus/TCP的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)的有效性，本次實(shí)驗(yàn)判斷無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)于通信數(shù)據(jù)的安全性加密能力，在不考慮其他干擾條件的情況下，加密能力的考量可以參考明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間的相對(duì)時(shí)延量，具體實(shí)施環(huán)節(jié)選擇所設(shè)計(jì)系統(tǒng)、文獻(xiàn)[1]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[2]系統(tǒng)3種方法。

4.1 網(wǎng)絡(luò)布局

以Windows主機(jī)作為核心數(shù)據(jù)處理器，將無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)布局作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)布局形式如圖6所示。

圖6 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)布局形式

借助USB3.0轉(zhuǎn)4*USB3.0HUB轉(zhuǎn)換器完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的分流處理，再以此為基礎(chǔ)，將ZXMP S385通信設(shè)備、TFN GM6通信設(shè)備連接起來(lái)，從而為通信數(shù)據(jù)提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的傳輸空間。將WA5320型無(wú)線路由設(shè)備與Capture2S型通信穩(wěn)定器串聯(lián)起來(lái)，利用Windows主機(jī)搭載的控制系統(tǒng)對(duì)已輸出的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，并記錄明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的具體數(shù)值結(jié)果。

完成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境布局后，首先利用實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)(所設(shè)計(jì)系統(tǒng))對(duì)Windows主機(jī)輸出的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，所得加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)作為實(shí)驗(yàn)組變量；然后利用對(duì)照組(a)系統(tǒng)(文獻(xiàn)[1]系統(tǒng))對(duì)Windows主機(jī)輸出的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，所得加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)作為對(duì)照組(a)的實(shí)驗(yàn)變量；其次利用對(duì)照組(b)系統(tǒng)(文獻(xiàn)[2]系統(tǒng))再次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，所得時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)作為對(duì)照組(b)的實(shí)驗(yàn)變量；分析所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間的相對(duì)時(shí)延量可以反映出無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信數(shù)據(jù)的安全性加密能力，在圖6所示無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，相對(duì)時(shí)延量的計(jì)算數(shù)值越小，就表示無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信數(shù)據(jù)的安全性加密能力越強(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組明文加密時(shí)長(zhǎng)與密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的具體實(shí)驗(yàn)數(shù)值分別如圖7和圖8所示。

圖7 明文加密時(shí)長(zhǎng)

圖8 密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)

對(duì)照?qǐng)D7、圖8對(duì)明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間的相對(duì)時(shí)延量進(jìn)行計(jì)算，具體數(shù)值如表1所示。

根據(jù)表1可知，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間的相對(duì)時(shí)延量始終保持為0.1 ms；對(duì)照組(a)相對(duì)時(shí)延量的最大取值為0.4 ms、最小取值為0.1 ms，平均相對(duì)時(shí)延量為0.2 ms，高于實(shí)驗(yàn)組數(shù)值；對(duì)照組(b)相對(duì)時(shí)延量的最大取值為0.4 ms、最小取值為0.1 ms，平均相對(duì)時(shí)延量為0.2 ms，也高于實(shí)驗(yàn)組數(shù)值。

表1 明文加密時(shí)長(zhǎng)與密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的相對(duì)時(shí)延量

綜合上述分析可知，文獻(xiàn)[1]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[2]系統(tǒng)對(duì)于明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間相對(duì)時(shí)延量的控制能力有限，因此這兩類(lèi)系統(tǒng)在安全加密通信數(shù)據(jù)方面的應(yīng)用能力也就不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求；而所設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以有效控制明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間的相對(duì)時(shí)延量，對(duì)于安全加密通信數(shù)據(jù)可以起到一定的促進(jìn)性影響作用，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信數(shù)據(jù)的安全性加密。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全加密控制系統(tǒng)在Modbus/TCP可信協(xié)議的基礎(chǔ)上，針對(duì)控制明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間相對(duì)時(shí)延量過(guò)大的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，聯(lián)合PowerPC嵌入式架構(gòu)、微處理器子模塊、復(fù)位通信控制電路等多個(gè)硬件結(jié)構(gòu)，定義完整的密鑰模板，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信文本的移植與擴(kuò)容處理。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有宿主機(jī)與客戶機(jī)連接模式，能夠在加密通信數(shù)據(jù)的同時(shí)，對(duì)其身份信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)性認(rèn)證，有效控制明文加密時(shí)長(zhǎng)、密文響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)之間的相對(duì)時(shí)延量，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信數(shù)據(jù)的安全性加密。