摘要：在無線通信網(wǎng)絡(luò)中，由于信號干擾、傳輸距離等因素存在，在大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，大量的數(shù)據(jù)分組會(huì)因延遲而難以按時(shí)抵達(dá)接收端，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)同步。因此，文章提出云計(jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸方法。該方法采用RSA公鑰加密算法加密無線通信大數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)基于修改頻率的輪詢策略，實(shí)時(shí)同步加密數(shù)據(jù)并在云計(jì)算環(huán)境下基于內(nèi)部使用模式，實(shí)現(xiàn)無線通信大數(shù)據(jù)的安全同步傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在保障云計(jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)機(jī)密性的同時(shí)，顯著提升了數(shù)據(jù)的同步性與傳輸性能。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算環(huán)境；無線通信；大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸；同步傳輸

中圖分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著信息化高速發(fā)展，無線通信技術(shù)以其獨(dú)特的靈活性和便捷性，在眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步，無線通信數(shù)據(jù)量激增。無線通信大數(shù)據(jù)的同步傳輸成為連接數(shù)據(jù)產(chǎn)生端與數(shù)據(jù)處理端的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析、決策支持及資源優(yōu)化配置具有重要意義。近年來，數(shù)據(jù)同步傳輸成為我國研究領(lǐng)域的重要課題，靖永志等^［1］設(shè)計(jì)了基于部分能量耦合線圈的數(shù)據(jù)同步傳輸方法，實(shí)現(xiàn)無線能量和信號的同步傳輸，但該方法在傳輸過程中存在較大的傳輸時(shí)延，無法滿足要求較高的工程需求。靖永志等^［2］設(shè)計(jì)了基于積分解調(diào)的數(shù)據(jù)同步傳輸方法，實(shí)現(xiàn)無線能量和信號的同步傳輸，但該方法積分解調(diào)需特定硬件，增加成本，難以大規(guī)模應(yīng)用。魏業(yè)鳴等^［3］設(shè)計(jì)了基于Local SGD的數(shù)據(jù)同步通信策略，可以顯著提升數(shù)據(jù)傳輸精確度，但Local SGD的本地多輪迭代特性導(dǎo)致異構(gòu)集群節(jié)點(diǎn)間的計(jì)算時(shí)間差距增大，從而帶來較大的同步時(shí)延。針對上述問題，本文提出云計(jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸方法，以期為無線通信大數(shù)據(jù)的高效、安全同步傳輸提供理論和技術(shù)支持。

1 云計(jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸

1.1 無線通信大數(shù)據(jù)加密

在云計(jì)算環(huán)境下，為了保障無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)臋C(jī)密性，本文采用RSA公鑰加密算法，對無線通信大數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理^［4］。RSA加密算法基于大整數(shù)分解的數(shù)學(xué)難題，通過生成一對公鑰和私鑰，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密和解密。在無線通信過程中，發(fā)送方利用接收方的公鑰對大數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的保密性。該算法的非對稱特性有效防止了未授權(quán)訪問，即使加密數(shù)據(jù)被截獲，攻擊者也無法輕易解密，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。首先，隨機(jī)選擇2個(gè)足夠大的質(zhì)數(shù)a和b，選擇1024位或更大的質(zhì)數(shù)計(jì)算模數(shù)m：

m=a×b（1）

其次，為了選擇合適的加密指數(shù)z，須計(jì)算歐拉函數(shù)f（m）：

f（m）=（a-1）×（b-1）（2）

一般而言，RAS算法的加密指數(shù)z是一個(gè)小于f（m）且和f（m）互質(zhì)的整數(shù)，所以根據(jù)式（2）即可確定RAS算法的最佳加密指數(shù)z。此時(shí)，根據(jù)上述公式所求模數(shù)和加密指數(shù)，可以得到RAS算法的加密公鑰（z，m），實(shí)現(xiàn)無線通信大數(shù)據(jù)的加密處理^［5］。由于RSA加密的原始數(shù)據(jù)長度受限，須對大數(shù)據(jù)進(jìn)行分割和填充處理，采用PKCS#1標(biāo)準(zhǔn)填充方案，將數(shù)據(jù)分割成不超過密鑰長度減11字節(jié)的數(shù)據(jù)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)塊n的加密過程可表示為：

X=n^zmodm（3）

式中，X是加密后的無線通信大數(shù)據(jù)密文；n是待加密的無線通信大數(shù)據(jù)明文數(shù)據(jù)塊。至此完成基于RSA公鑰加密算法的無線通信大數(shù)據(jù)加密，以此應(yīng)對數(shù)據(jù)同步傳輸過程中面對的安全威脅，實(shí)現(xiàn)對無線通信大數(shù)據(jù)的安全傳輸。

1.2 加密數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步

在云計(jì)算環(huán)境下，無線通信加密數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步，不僅關(guān)系到數(shù)據(jù)的一致性，而且影響了用戶體驗(yàn)，因此，完成無線通信大數(shù)據(jù)加密處理后，要進(jìn)行加密數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)同步方法往往依賴于定時(shí)輪詢或事件觸發(fā)機(jī)制，在面對大規(guī)模數(shù)據(jù)集或頻繁數(shù)據(jù)變動(dòng)時(shí)，可能面臨同步延遲、資源消耗過大等問題。為解決這些問題，本文提出了一種基于數(shù)據(jù)修改頻率的自適應(yīng)輪詢策略^［6］，旨在根據(jù)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化特性智能調(diào)整同步頻率，從而在保障數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的同時(shí)，有效減少不必要的同步開銷。首先，加載無線通信加密數(shù)據(jù)集X，數(shù)據(jù)集X由n個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，即X=｛x₁，x₂，…，x_n｝。定時(shí)檢查無線通信加密數(shù)據(jù)集X中每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的修改狀態(tài)，假設(shè)每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)x_i都有一個(gè)最后修改時(shí)間戳T_i。定義修改頻率P為在單位時(shí)間Δt內(nèi)數(shù)據(jù)項(xiàng)被修改的次數(shù)，具體公式為：

P=（∑ⁿ_i=1δ（T₁-T_i≤Δt）/n）（4）

式中，δ表示狄拉克δ函數(shù)，當(dāng)條件成立時(shí)為1，否則為0；T₁表示當(dāng)前時(shí)間。此公式用于評估整個(gè)數(shù)據(jù)集的平均修改活躍度。與此同時(shí)，須要計(jì)算出輪詢時(shí)間間隔T₀：

T₀=（η/P+k）（5）

式中，η表示常數(shù)因子，用于根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)整基準(zhǔn)輪詢間隔；k表示極小正數(shù)，防止分母為0導(dǎo)致的計(jì)算錯(cuò)誤。此公式通過非線性變換，實(shí)現(xiàn)了對修改頻率的敏感響應(yīng)，確保同步效率與資源利用率的平衡。基于式（4）監(jiān)測到的修改頻率P，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整式（5）所求輪詢間隔T₀。具體而言：當(dāng)P較高時(shí)，縮短T₀以加快同步頻率；反之，則延長T₀以減少資源占用^［7-8］。無線通信大數(shù)據(jù)加密傳輸時(shí)，根據(jù)上次請求與當(dāng)前時(shí)間確定下次輪詢間隔。輪詢間隔T₀到達(dá)時(shí)，更新數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行加密處理并生成相應(yīng)的密文，對密文進(jìn)行無線通信傳輸。設(shè)計(jì)基于修改頻率的輪詢策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整輪詢周期，實(shí)現(xiàn)高效同步，確保數(shù)據(jù)一致。

1.3 同步數(shù)據(jù)安全傳輸

無線通信大數(shù)據(jù)的加密與同步完成后，可在云計(jì)算環(huán)境下進(jìn)行安全傳輸?？紤]加密數(shù)據(jù)同步傳輸需求與資源優(yōu)化，本文選擇內(nèi)部使用模式，進(jìn)行同步數(shù)據(jù)的安全傳輸。該模式分為云用戶發(fā)送加密消息和云成員接收解密消息2個(gè)階段。云用戶先使用RSA算法加密數(shù)據(jù)并上傳至云計(jì)算環(huán)境，采用簽名算法生成無線通信大數(shù)據(jù)密文信息X的簽名，公式如下：

Q=Sign（S，X）（6）

式中，Q表示無線通信大數(shù)據(jù)密文信息X的簽名；Sign表示簽名函數(shù)；S表示云用戶的私鑰。然后，云用戶將無線通信大數(shù)據(jù)的密文X、簽名Q和私鑰S一起封裝成傳輸包B：

B=Enc（X，S‖Q）（7）

將式（7）所示傳輸包B發(fā)送至云計(jì)算環(huán)境中，以待云用戶的使用。在云用戶接收解密消息階段，云計(jì)算環(huán)境中的云用戶擁有解密密鑰Y（根據(jù)RSA算法生成），可以對云計(jì)算環(huán)境中云用戶上傳的無線通信大數(shù)據(jù)封裝包B進(jìn)行下載與解密處理。云用戶首先下載無線通信大數(shù)據(jù)封裝包B，使用簽名驗(yàn)證算法驗(yàn)證封裝包的完整性，具體表達(dá)式如式（8）所示。

Verify（G，B，Q）=true/1（8）

式中，Verify表示簽名驗(yàn)證函數(shù)；G表示公鑰，用于驗(yàn)證簽名。如果驗(yàn)證結(jié)果為真，則接收消息X；否則，丟棄消息。根據(jù)式（8）完成簽名驗(yàn)證后，云用戶須要使用解密密鑰Y對密文X進(jìn)行解密處理，從而獲取無線通信大數(shù)據(jù)明文，具體表達(dá)式如式（9）所示。

N=Decrypt（Y，X）（9）

式中，N表示無線通信大數(shù)據(jù)明文。綜上所述，本文在云計(jì)算環(huán)境下，結(jié)合RSA公鑰加密算法、基于修改頻率的輪詢策略以及內(nèi)部使用模式，實(shí)現(xiàn)了無線通信大數(shù)據(jù)安全同步傳輸，能夠在確保傳輸數(shù)據(jù)安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效同步和資源的優(yōu)化利用。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

為驗(yàn)證該方法的有效性和優(yōu)越性，本文搭建了云計(jì)算無線通信平臺，展開仿真實(shí)驗(yàn)分析并與基于有序哈希鏈的無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸方法（對照組一）和基于最大似然估計(jì)的無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸方法（對照組二）進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)平臺的軟硬件參數(shù)配置如表1所示。

基于表1所示實(shí)驗(yàn)平臺，本實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)生成的無線通信大數(shù)據(jù)集作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)集涵蓋了文本、圖像、視頻等多種數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)量從100 MB到1000 MB不等，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的廣泛適用性。

2.2 機(jī)密性分析

本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M線性攻擊，檢測云計(jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸方法的機(jī)密性。以數(shù)據(jù)同步傳輸方法是否具有雪崩效應(yīng)為指標(biāo)，即輸入數(shù)據(jù)變化導(dǎo)致輸出數(shù)據(jù)不可區(qū)分性大變化，是機(jī)密性的理想情況。實(shí)驗(yàn)通過線性密碼分析，對1組256 bit明文篡改，統(tǒng)計(jì)篡改后密文改變位數(shù)，以此判斷實(shí)驗(yàn)組和對照組方法的抗線性攻擊能力，測試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，對照組一方法和對照組二方法下的無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸雖有一定的雪崩性，但變化位數(shù)局限，變換系數(shù)低，抗線性攻擊能力弱。而實(shí)驗(yàn)組方法展現(xiàn)強(qiáng)烈的雪崩效應(yīng)，微小篡改即可導(dǎo)致密文幾乎所有位變化，變換系數(shù)高，可有效抵抗線性分析攻擊。這得益于實(shí)驗(yàn)組方法應(yīng)用RSA公鑰加密算法對大數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，保障了傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)密性。

2.3 同步性能分析

為測試實(shí)驗(yàn)組方法的同步性能，本實(shí)驗(yàn)改變待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，由100 MB增加至1300 MB，在不同數(shù)據(jù)量下，采用實(shí)驗(yàn)組方法和2種對照組方法進(jìn)行數(shù)據(jù)同步傳輸。數(shù)據(jù)同步時(shí)延結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，與對照組一方法和對照組二方法相比，實(shí)驗(yàn)組方法在所有數(shù)據(jù)量下均表現(xiàn)出最低且最穩(wěn)定的同步時(shí)延，具有較好的同步性能。結(jié)果表明，云計(jì)算環(huán)境的高效數(shù)據(jù)處理能力顯著改善了無線通信大數(shù)據(jù)的同步性能。

2.4 傳輸性能分析

為了進(jìn)一步測試實(shí)驗(yàn)組方法和2種對照組方法下無線通信大數(shù)據(jù)的傳輸性能，本實(shí)驗(yàn)在100 MB～1000 MB的數(shù)據(jù)傳輸過程中，根據(jù)各方法下的傳輸時(shí)間，分別統(tǒng)計(jì)并整理數(shù)據(jù)的吞吐量，如圖3所示。

由圖3可知，實(shí)驗(yàn)組方法在所有測試數(shù)據(jù)量下均展現(xiàn)了最高的吞吐量，平均吞吐量高達(dá)529 Mbps，較對照組中2種方法分別提升215 Mbps、131 Mbps，表明實(shí)驗(yàn)組方法在大數(shù)據(jù)傳輸上具有高效性，同時(shí)能夠保持高度的數(shù)據(jù)安全性。因此，針對無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)男枨螅朴?jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)的同步傳輸方法提供了更為高效且安全的解決方案。

3 結(jié)語

本研究針對云計(jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)的同步傳輸方法進(jìn)行探索，采用RSA公鑰加密算法對無線通信大數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的機(jī)密性和安全性；設(shè)計(jì)加密數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步機(jī)制，實(shí)現(xiàn)無線通信大數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確同步；結(jié)合云計(jì)算環(huán)境，實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)的安全傳輸。研究結(jié)果表明，本文提出的云計(jì)算環(huán)境下無線通信大數(shù)據(jù)同步傳輸方法能夠顯著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎桶踩?。未來，筆者將繼續(xù)深化研究，不斷完善和優(yōu)化該方法，以期在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

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（編輯 王雪芬）

Synchronization transmission method of wireless communication big data in cloud computing environment

JIAO Jingjing， WEI Yanfang

（Computer Department， Kaifeng Vocational College of Culture and Arts， Kaifeng 475000， China）

Abstract：In wireless communication networks， due to factors such as signal interference and transmission distance， a large number of data packets may be delayed and difficult to arrive at the receiving end on time during big data transmission， thereby affecting data synchronization. Therefore， a method for synchronous transmission of wireless communication big data in cloud computing environment is proposed. The RSA public key encryption algorithm is used to encrypt the wireless communication big data， and a polling strategy based on the modified frequency is designed to synchronize the encrypted data in real time， and the secure synchronous transmission of the wireless communication big data is realized based on the internal use mode. The experimental results show that the design method guarantees the big data confidentiality of wireless communication in the cloud computing environment， and also significantly improves the data synchronization and transmission performance.

Key words：cloud computing environment; wireless communication; big data; data transmission; synchronous transmission