基于電力線載波的智能空氣開關(guān)遠程數(shù)據(jù)傳輸加密方法

深圳供電局有限公司 黃煒昭

隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我國對智能開關(guān)的研究也取得了長足的進步，早期國內(nèi)的智能開關(guān)采用無線射頻的方式來傳輸信號，其開關(guān)容易受到無線電波的干擾，穩(wěn)定性較差[1]。隨著對載波通信技術(shù)的不斷深入探索，將電力線載波技術(shù)與智能開關(guān)相結(jié)合，形成了智能空氣開關(guān)，由于其自身具有多主機的工作模式，可以實現(xiàn)多開關(guān)的相互控制，在一定程度上提高了工作效率，因此得到了廣泛應用。近年來計算機處理數(shù)據(jù)提出了更高的要求，使傳統(tǒng)的RSA技術(shù)已不再適應數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展[2]。為此本文通過對RSA技術(shù)進行相應的改進與結(jié)合，實現(xiàn)在電力線載波的基礎上對智能空氣開關(guān)遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?，為日后遠程數(shù)據(jù)傳輸加密方法的不斷升級提供了一定的參考依據(jù)，對基于電力線載波的智能空氣開關(guān)發(fā)展具有重要意義。

1 智能空氣開關(guān)遠程數(shù)據(jù)傳輸加密方法

1.1 識別遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩{

數(shù)據(jù)傳輸具有一定的開放性和可擴展性，導致數(shù)據(jù)信息存在著安全問題，遠程數(shù)據(jù)傳輸過程中可能存在著諸多威脅，需要我們進行識別。如信息被非法用戶截獲，使數(shù)據(jù)信息在中途丟失，導致數(shù)據(jù)接收端未得到傳輸信息，其次是接收端收到數(shù)據(jù)信息，但數(shù)據(jù)信息已被非法用戶看到，更有甚者將截獲的信息進行修改，或偽造整個數(shù)據(jù)進行傳輸，使接收端接收到錯誤信息[3]。由于通信協(xié)議在創(chuàng)建時未充分考慮限制訪問來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕虼舜嬖谝欢ǖ陌踩┒?，如無法證實主機身份的情況下會有冒充主機的情況發(fā)生，導致通信協(xié)議受到窺探攻擊，訪問權(quán)限被內(nèi)部人員濫用使黑客從中獲取了有用信息，以及由于復雜的系統(tǒng)配置而出現(xiàn)錯誤的情況，危害數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)陌踩?。在對?shù)據(jù)傳輸過程的安全威脅識別中，及時發(fā)現(xiàn)錯誤，當傳輸中受到攻擊時定位錯誤信息并記錄異常事件，防止在數(shù)據(jù)傳輸過程中遭到非法修改與刪除。識別用戶和終端的身份信息，實現(xiàn)互相認證，以保證數(shù)據(jù)傳輸操作被正確賦予，控制存儲數(shù)據(jù)[4]。利用數(shù)據(jù)庫的完整性約束機制并將數(shù)據(jù)引入，根據(jù)傳輸過程中的具體情況，對傳輸數(shù)據(jù)進行檢查，在數(shù)據(jù)中加入鑒別碼，發(fā)送至接收端。

可知1mol與足量H+作用時,最多消耗4molH+。構(gòu)建好了定量關(guān)系,在分析具體問題或者書寫方程式時,都會快人一步。

1.2 建立電力線載波通信監(jiān)控模塊

基于電力線載波通信，根據(jù)數(shù)據(jù)接收端與發(fā)送端要求，建立通信監(jiān)控模塊，展現(xiàn)通信端通信的真實連接情況，通信設備分布情況，以及設備運行與連接狀態(tài)，通過不同角度對整體通信情況進行管理，實時了解數(shù)據(jù)接收端同網(wǎng)絡的連接情況與智能空氣開關(guān)所有監(jiān)測的運行情況，并為每個網(wǎng)絡設備及服務器備注獨立的信息，在通信線路中以適宜性線路的方式添加至拓撲圖中，方便通信管理人員掌握各通信線路的狀態(tài)。本文模塊以防病毒體系為基礎，進行載波通信的統(tǒng)一管理與監(jiān)控，分析各通信設備的病毒感染情況，查殺病毒[5]。主要監(jiān)控病毒感染機器數(shù)，以及每個機器感染的病毒數(shù)，進行病毒感染的分析。本文將載波通信監(jiān)控模塊引入環(huán)境通信監(jiān)控系統(tǒng)，顯示網(wǎng)絡IP層邏輯拓撲圖，在發(fā)現(xiàn)拓撲后實時顯示圖像，并分成展示拓撲圖，將整個通信監(jiān)控數(shù)據(jù)進行采集與處理作為并發(fā)處理分界點，上傳實時告警信號[6]。為避免接收端接收到大量重要性較小的無用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送端不會將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)接收端處理主機相連接，而只是將有效數(shù)據(jù)信息進行傳送，實現(xiàn)多層次的通信數(shù)據(jù)的管理監(jiān)控。

1.3 智能空氣開關(guān)數(shù)據(jù)加密與密鑰生成

本文基于電力線載波通信的特征，生成智能空氣開關(guān)數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)拿荑€，利用RSA加密技術(shù)與混沌算法混合，對智能空氣開關(guān)進行加密，載波通信終端接收密鑰生成端的合法信號，在沒有信道信息時首先需要進行信道估計，具體公式為：

式中B、H分別為數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端的信號，根據(jù)上式計算，得到電力線載波的子載波信道響應為：

式中G為原始數(shù)據(jù)流，Y為密鑰流，Gei為將Y進行加密處理的數(shù)據(jù)流。通過電力線載波通信傳輸，由發(fā)送端傳輸加密數(shù)據(jù)，接收端在接收數(shù)據(jù)后進行解密，得到恢復數(shù)據(jù)。

式中n表示有效子載波數(shù)據(jù)的數(shù)量，βn為第n個子載波數(shù)據(jù)的相位，在電力線載波傳輸過程中，選擇具有代表性的信道相位，進行量化處理，設置加密密鑰，為了保證接收端與發(fā)送端的密鑰與生成端相同，需要對生成的密鑰進行糾錯編碼處理，再將經(jīng)過處理得到的校驗矩陣發(fā)送至生成端，在數(shù)據(jù)接收端進行上式（1）和式（2）的計算，信道相位在根據(jù)實際信道響應校改的基礎上還需進行量化處理，根據(jù)校驗矩陣，檢驗相位值是否存在錯誤數(shù)據(jù)，若存在錯誤數(shù)據(jù)則進行數(shù)據(jù)糾錯，使接收端數(shù)據(jù)密鑰相同[7]。在密鑰設置完成后，通過混沌映射來生成密鑰流加密數(shù)據(jù)，其具體公式為：

式中δ為分差參數(shù)，xi為混沌初值x經(jīng)過i次迭代后的混沌值。在混沌狀態(tài)下初始值微小變化，其迭代的混沌值也存在一定差異，將混沌值進行二進制處理，得到平衡有序的混沌序列，具體公式為：

按照國際《濕地公約》和《中國濕地資源調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》的濕地分類系統(tǒng)劃分，安徽沿淮濕地主要包括河流、湖泊、水田、庫塘4個類型,前兩類屬天然濕地，后兩類屬人工濕地。另外，還有采煤沉陷區(qū)和行蓄洪區(qū)兩種特有的人工濕地類型。

本文使用的加密算法經(jīng)過三層加密，其迭代次數(shù)作為加密的一部分，若沒有密鑰就不能生成相應的矩陣，因此密鑰值在出現(xiàn)細微的變化后也會得到不同的解密結(jié)果，從而無法實現(xiàn)解密，具體情況如圖1所示。

圖1（b）為原始圖像的加密結(jié)果，其密鑰為x=0.62146，n=1，圖（a）通過三次加密，極大破壞了圖像信息，并對非線性排列以及符號矩陣進行了變換，得到圖（b），從而達到了圖像加密效果。圖（c）和圖（d）為不同密鑰值所產(chǎn)生的不同解密結(jié)果，證明在密鑰值錯誤的情況下會產(chǎn)生不同解密結(jié)果，且不能實現(xiàn)對圖像的解密，證明本文方法對圖像數(shù)據(jù)的加密具有安全性。

糖尿病對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損害也表現(xiàn)在神經(jīng)遞質(zhì)上。在糖尿病動物實驗模型中，神經(jīng)遞質(zhì)特別是單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的結(jié)合和代謝是異常的。大腦中多巴胺受體數(shù)量顯著增加，而多巴胺的親和力降低，遞質(zhì)傳遞受到抑制，導致多巴胺能神經(jīng)活動降低。而且在胰島素治療后，多巴胺受體數(shù)量盡管恢復正常，但多巴胺代謝仍不能完全恢復正常［9］。

2 實驗論證分析

研究發(fā)現(xiàn)，一個人的職業(yè)素養(yǎng)有三個來源：一是資格，如專業(yè)能力、行業(yè)知識、外語水平、計算機能力等，這些往往以學歷、職稱、資質(zhì)及各類證書來評判；年齡、性別、黨派和民族出身也是重要的考慮因素。二是經(jīng)驗，如任職時間、任職的單位、所任職務、工作業(yè)績等。三是通用特質(zhì)(Generic Attributes)，如溝通能力、團隊合作能力、學習能力……個性、價值觀、職業(yè)道德、思維模式等個人內(nèi)在的要素。通用特質(zhì)往往通過關(guān)鍵行為、關(guān)鍵事件表現(xiàn)出來。職業(yè)素養(yǎng)的這三個來源相互關(guān)聯(lián)，但多數(shù)人的短板在于通用特質(zhì)的欠缺。教師發(fā)展，同樣如此。

前文已對激光雷達的構(gòu)成及分類進行了簡要介紹，下面將結(jié)合大氣環(huán)境監(jiān)測的一些關(guān)鍵參數(shù)所采用的探測方法進行具體分析。

為驗證本文方法的有效性，對智能空氣開關(guān)遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用芄δ苓M行實驗，主要包括對監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)的加解密功能和對信道編解碼功能的驗證。

圖1 圖像數(shù)據(jù)加密解密情況

式中fi為量化得到的二進制值，經(jīng)過上述過程完成數(shù)據(jù)流的處理，具體加密過程表達式為：

將輸入正確密鑰后解密的恢復圖像與原始數(shù)據(jù)圖像進行對比，具體情況如圖2所示。

圖2 原始圖像與恢復圖像對比

由圖2可知，正確解密后的恢復圖像與原始圖像在視覺上沒有明顯差異，為了更好地驗證本文方法對加密圖像數(shù)據(jù)的恢復功能，計算恢復圖像與原始圖像的均方誤差，得到圖像數(shù)據(jù)的具體差異，具體公式如下：

式中x，y為圖像坐標，MN為圖像尺寸，經(jīng)計算，正確解密的恢復圖像與原始圖像之間的均方誤差小于le-7，證明本文方法對圖像信息灰度的性能影響不大，恢復質(zhì)量較高。接下來對本文加密的信道編解碼功能進行測試，通過串口調(diào)試軟件反復發(fā)送200組數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包64位，在不同時段通信條件下，將使用本文方法和未使用本文方法的解譯數(shù)據(jù)進行實驗，對比誤碼率和誤包率的情況，誤碼率為單位時間內(nèi)傳輸錯誤的數(shù)據(jù)量/單位時間傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量，誤包率為（數(shù)據(jù)包發(fā)送總次數(shù)—接收回應次數(shù)）/數(shù)據(jù)包發(fā)送總次數(shù)。經(jīng)過計算得到數(shù)據(jù)譯碼前后的錯誤情況如表1所示。

表1 信道編碼數(shù)據(jù)譯碼前后錯誤情況

由表1可知，在不同的時段下，電力線負載的信道環(huán)境不同使誤碼情況與誤包情況存在著一定的差異，在同一時段及相同的信道環(huán)境下，對比數(shù)據(jù)譯碼前后的誤碼率和誤包率，在使用本文方法后的數(shù)據(jù)誤碼率和誤包率明顯降低，說明本文基于電力線載波通信對智能空氣開關(guān)遠程數(shù)據(jù)的加密是可行的，對遠程數(shù)據(jù)傳輸加密具有有效性。

3 結(jié)語

本文通過識別遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩{，建立電力線載波通信監(jiān)控模塊，智能空氣開關(guān)數(shù)據(jù)加密與密鑰生成實現(xiàn)對智能開關(guān)遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用埽⑷〉昧艘欢ǖ难芯砍晒?。但同時，由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于在日后的研究中進行更深入的探討，如未對本文加解密的效率進行驗證，應考慮在不同信道噪聲的環(huán)境下，引用多種糾錯編碼混合的方式實現(xiàn)加密，對于RSA技術(shù)的結(jié)合方法還可以更進一步研究，以提高對遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用苄Ч?。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展與升級，持續(xù)實現(xiàn)電力載波通信遠程數(shù)據(jù)傳輸信息的安全。