摘 要：物聯(lián)網(wǎng)涉及大量的設(shè)備和傳感器，數(shù)據(jù)在傳輸過程中易受大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新頻率影響，增加了網(wǎng)絡(luò)受攻擊的可能性。因此，需要設(shè)計(jì)一種全新的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(diǎn)對物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選取混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸組件，設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全算法，從而實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(yīng)用價(jià)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(xiàn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；混沌關(guān)聯(lián)；大數(shù)據(jù)；多通道；跨層安全傳輸；數(shù)據(jù)報(bào)文

中圖分類號：TP309.7 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)備和物體，使它們能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信和交互的技術(shù)，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。物聯(lián)網(wǎng)主要包括三層體系結(jié)構(gòu)，第一層屬于感知層，其主要通過多樣化終端設(shè)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(shí)現(xiàn)全面感知；第二層屬于網(wǎng)絡(luò)層，其主要將感知層獲取的數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層；第三層屬于應(yīng)用層[5]，其主要根據(jù)客戶對傳輸服務(wù)的請求提供相關(guān)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(diǎn)[6]，且其容量需求呈斷崖式增長，可擴(kuò)展性較強(qiáng)。不僅如此，物聯(lián)網(wǎng)可以通過海量節(jié)點(diǎn)完成無線分布式通信要求，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)。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(shè)計(jì)一種有效的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法。

相關(guān)研究人員針對物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)設(shè)計(jì)了2種常規(guī)的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(jìn)行安全驗(yàn)證，實(shí)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(shù)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(dòng)態(tài)更新頻率影響，導(dǎo)致傳輸受攻擊次數(shù)較多。

因此，文中設(shè)計(jì)了一種全新的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)的分析，選取跨層安全傳輸組件。

1 設(shè)計(jì)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(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)分析方法

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

擊[9]。因此，需要對物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并計(jì)算攻擊者與被攻擊者的能耗關(guān)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(shí)間相關(guān)性溯源，可以生成一個(gè)隨機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)流攻擊。此時(shí)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(guān)性，接收上游節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)目鐚有畔ⅲ藭r(shí)可以將傳輸編碼進(jìn)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(jī)編碼理論，可以對不同的源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立處理，并使用高斯消除法

解碼。

攻擊者在攻擊過程中會(huì)不斷獲取源節(jié)點(diǎn)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(diǎn)密鑰，可以生成隱私保護(hù)機(jī)制，進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析與監(jiān)聽，此時(shí)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性發(fā)送抵制攻擊者的信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)包編碼匹配。針對一個(gè)跨層安全傳輸節(jié)點(diǎn)，在部署前需要預(yù)先加載，抽取對應(yīng)的公鑰，形成公鑰密鑰環(huán)，從而完成消息轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)的密鑰概率Pv如式（2）所示：

（2）

式中：kp代表隨機(jī)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(guān)聯(lián)原則進(jìn)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(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)分析結(jié)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(dāng)不同的節(jié)點(diǎn)獲取攻擊明文后，可以隨即驗(yàn)證數(shù)據(jù)包類型，調(diào)整密鑰分配的獨(dú)立關(guān)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(bào)文、密鑰等對傳輸安全性進(jìn)行分析，從而提出合理的安全傳輸方案。因此，文中首先設(shè)計(jì)了安全傳輸組件的數(shù)據(jù)報(bào)文。數(shù)據(jù)報(bào)文可以將數(shù)據(jù)看成一個(gè)整體，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送處理。文中設(shè)計(jì)的安全傳輸組件的數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)文數(shù)據(jù)長度；消息類型指數(shù)據(jù)傳輸加密標(biāo)識；密鑰標(biāo)識指從傳輸中心獲取的密鑰；接收端信息用來標(biāo)記接收的跨層數(shù)據(jù)；序列號用來標(biāo)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(jìn)行API數(shù)據(jù)封裝，此時(shí)該接口滿足數(shù)據(jù)通信關(guān)系，通過生成一個(gè)整體的關(guān)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(cuò)誤發(fā)生率，提高網(wǎng)絡(luò)的抗攻擊能力。

1.3 設(shè)計(jì)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(guān)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(jìn)一步設(shè)計(jì)了跨層安全算法。物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)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(jìn)行混沌關(guān)聯(lián)分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的異?，F(xiàn)象，從而提高數(shù)據(jù)的安全性。因此，文中的設(shè)計(jì)方法將數(shù)據(jù)分析結(jié)果帶入其中，并根據(jù)各層的數(shù)據(jù)接收關(guān)系進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)解碼處理，優(yōu)化了目前的節(jié)點(diǎn)傳輸安全協(xié)議，此時(shí)可以計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換概率Q，如式（4）所示：

（4）

式中：Wi+1代表來自接收節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)狀態(tài)權(quán)重；pc代表節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)隙。已知某個(gè)節(jié)點(diǎn)開始進(jìn)行傳輸，其存在一定的傳輸風(fēng)險(xiǎn)，因此可以計(jì)算其傳輸攻擊概率QR，如式（5）所示：

（5）

式中：τ代表節(jié)點(diǎn)在某個(gè)時(shí)隙的傳輸概率。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的攻擊傳輸概率及時(shí)隙關(guān)系，可以選擇傳輸窗口數(shù)量進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，此時(shí)可以得到有效的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(shè)計(jì)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(diǎn)的條件概率，根據(jù)單點(diǎn)路由協(xié)議關(guān)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(shí)驗(yàn)與分析

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺，將其與文獻(xiàn)[7]、文獻(xiàn)[8]兩種物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法對比，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸實(shí)驗(yàn)要求，選取Windows XP作為實(shí)驗(yàn)平臺，設(shè)置了服務(wù)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(shí)驗(yàn)組件如圖2所示。

在實(shí)驗(yàn)開始前，需要預(yù)先處理數(shù)據(jù)表，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)客戶端。若服務(wù)器端出現(xiàn)異常，需要重復(fù)建立連接請求，截取實(shí)驗(yàn)明文，通過WinDump工具處理，針對現(xiàn)存的實(shí)驗(yàn)協(xié)議進(jìn)行分析。待實(shí)驗(yàn)組件全部連接后，即可接通Sniffer Pro進(jìn)行安全傳輸實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)概況及準(zhǔn)備，可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1所列。

由表1可知，本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法在不同傳輸時(shí)長下的受攻擊次數(shù)較少；文獻(xiàn)[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(xiàn)[8]中考慮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法在不同傳輸時(shí)長下的受攻擊次數(shù)較多。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，文中設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(jié) 語

在信息化技術(shù)發(fā)展時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮著巨大的作用，與此同時(shí)，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(fù)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(shè)計(jì)了一種全新的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)多通道跨層安全傳輸方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)混沌關(guān)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(shè)計(jì)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(xiàn)。

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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?yàn)橹悄軘?shù)據(jù)處理。