基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸方法探究

陳于楓，蘭澤勇

（中通服中睿科技有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

在當今數字化時代的無線網絡通信已經成為我們生活中不可或缺的一部分。隨著無線通信技術的迅速發展和廣泛應用，數據安全性和隱私保護面臨著日益嚴峻的挑戰。為了解決這些問題，基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸方法應運而生。區塊鏈作為一種去中心化、公開透明的分布式賬本技術具有高度的安全性和防篡改能力。它可以提供一個安全的環境確保通信數據的機密性、完整性和可靠性。

1 區塊鏈加密傳輸優勢

1.1 實現去中心化

區塊鏈是一種去中心化的分布式數據庫，其主要特點是去中心化、信息不可篡改。在傳統無線網絡通信數據加密技術中，如果節點受到攻擊或者計算機程序被篡改則會導致信息泄露。基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸具有去中心化的特點，這意味著沒有單一的控制機構或服務器來管理和保護數據。數據存儲在分布式網絡中的多個節點上，并通過密碼學算法進行加密和驗證。這種去中心化的結構使得攻擊者很難入侵系統，因為他們需要同時攻破多個節點才能篡改數據[1]。

1.2 實現信息共享

區塊鏈技術可以實現無線網絡通信數據的加密傳輸、保障數據的安全性、保證數據傳輸的及時性。傳統的加密方法在加密時需要通過密鑰進行對稱加密，當密鑰泄露時很難保證通信數據的安全性。使用非對稱加密算法對通信數據進行處理時，通信雙方需要通過公鑰和私鑰對通信數據進行加密以保障數據的安全性。當無線網絡通信雙方需要交換信息時可以通過公鑰和私鑰對信息進行加密。在區塊鏈技術中還可以實現信息共享。區塊鏈技術具有去中心化和集體維護等特點，其能夠有效保證信息共享的安全性。區塊鏈技術提供了對數據操作的透明度和可追溯性。每筆數據交易都會被記錄在區塊鏈上，并且不可更改。這意味著任何人都可以查看和驗證數據的完整性和真實性，從而確保通信數據的安全性。如果發生數據泄露或攻擊事件可以通過區塊鏈上的交易記錄進行追溯并找到并解決問題的根源[2]。

1.3 增加安全性

目前的無線網絡通信數據加密技術只能保證通信數據的完整性，卻無法保證通信數據的真實性。在區塊鏈技術的支持下可以有效地解決這一問題。

首先，區塊鏈技術可以將所有的節點都連接到一起，每個節點都有一個公鑰和私鑰，任何人都可以通過這兩個密鑰解密通信數據，從而保證了通信數據的真實性，常用加密結構如圖1 所示。其次，區塊鏈技術可以通過時間戳對通信數據進行加密，這種加密方式可以避免時間戳信息被篡改。區塊鏈技術使用哈希函數和非對稱加密算法來保證數據的完整性和真實性。每個數據塊都包含一個唯一的哈希值，該哈希值基于前一個數據塊的哈希值計算而成。這種鏈接結構使得任何嘗試篡改數據的行為變得容易被檢測到，因為它會破壞整個區塊鏈的連續性。通過使用非對稱加密算法，只有擁有正確私鑰的用戶才能解密和訪問數據，其有效地防止了數據的偽造和未經授權的訪問。

圖1 常用加密結構

1.4 智能合約的自動執行

基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸可以通過智能合約實現自動執行，過程如圖2 所示，這是一種具有預設規則和條件的計算機程序。以下是智能合約自動執行的優勢。

圖2 智能合約執行過程

（1）自動化操作。智能合約可以根據預先設定的規則和條件自動執行加密傳輸操作。例如，在數據發送時，智能合約可以驗證接收方身份并確保僅授權用戶才能解密和訪問數據。這消除了人為錯誤和潛在的安全漏洞，提高了數據傳輸的可靠性和安全性。

（2）實施權限管理。智能合約可以定義不同級別的訪問權限，并根據參與者的身份進行自動驗證和控制。只有經過身份驗證的用戶才能執行特定操作，如數據解密、簽署或修改。這樣可以防止未經授權的訪問和篡改確保數據的完整性和安全性。

（3）時間觸發功能。智能合約可以根據時間觸發來執行特定的操作。例如，可以設置定期更換加密密鑰的規則以增強數據的安全性。當指定的時間到達時，智能合約會自動觸發更新密鑰的操作，確保系統始終使用最新的加密算法和密鑰來保護數據[3]。

（4）不可篡改性。智能合約中的代碼被存儲在區塊鏈上，并且不可更改。這意味著無法對已部署的智能合約進行擅自修改，從而確保了操作的一致性和可信度。這種不可篡改性可以防止惡意攻擊者利用漏洞或后門來破壞數據傳輸的安全性。

2 區塊鏈加密傳輸方法

2.1 通信數據加密傳輸需求分析

無線網絡通信數據加密傳輸技術是保證無線網絡通信數據安全的一種技術手段，其中采用加密算法對信息進行加密處理，使其在傳輸過程中不被非法篡改，以防止信息泄露。在實際的應用過程中，無線網絡通信數據傳輸會受到多種因素的影響，從而導致信息泄露現象嚴重。首先，無線網絡通信數據傳輸過程中的硬件條件不完善，無線網絡通信數據傳輸時通常需要借助有線網絡進行通信數據的傳輸，如果無線網絡通信數據傳輸所采用的硬件設備性能不佳，在數據傳輸時就容易受到其他因素的干擾而造成信息泄露。其次，無線網絡通信數據在傳輸過程中存在人為因素的干擾，由于人們的操作不規范或者是用戶素質等方面原因，其中使用戶在使用過程中容易出現失誤，從而導致信息泄露。最后，無線網絡通信數據在傳輸過程中受到信道的影響，不同信道所傳輸的信息質量不相同，信道質量不好也會導致信息泄露。根據無線網絡通信數據加密傳輸需求分析可知，在進行無線網絡通信數據加密傳輸時必須保證通信數據在傳遞過程中不被非法篡改和竊取。因此，對無線網絡通信數據進行加密處理是十分必要的。采用區塊鏈技術進行無線網絡通信數據加密處理具有諸多優點，其能夠有效提高無線網絡通信數據在傳遞過程中的安全性。

2.2 系統結構設計

節點層負責對無線網絡通信數據的加密處理，從物理層（加密原理如圖3 所示）、網絡層、框架層、應用層進行信息傳遞，網絡和框架層之間存在接口，網絡間的數據交互通過鏈路層實現，系統整體結構如圖4 所示。在無線網絡通信數據傳輸過程中，通過對數據進行加密處理，對節點間的信息交互進行控制，使節點能夠及時地完成信息交互。

圖3 物理層的加密原理

圖4 系統整體結構

網絡層負責無線網絡通信數據加密處理。在無線網絡通信數據加密過程中需對通信數據進行加密處理，將加密后的通信數據通過區塊鏈技術對其進行存儲管理，從而確保在網絡中傳輸的通信數據安全性。在無線網絡通信過程中需要對傳輸路徑進行規劃，從物理層、鏈路層和傳輸層3 個方面進行控制和管理，將信息按照一定的路徑發送給接收端。

框架層負責將傳輸的信息進行處理，將處理后的信息通過鏈路傳遞給應用層。應用層指為用戶提供服務的軟件程序，對用戶開放訪問權限，將信息以明文或密文形式在應用層中進行傳遞。

應用層負責對明文或密文信息進行解密處理。明文和密文信息均可以被解密得到相應的密碼體制的數字信息和明文信息，通過對明文和密文信息的處理可以實現無線網絡通信數據加密傳輸。

2.3 數據加密傳輸系統實現過程

基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸過程，主要由4 個部分組成：節點層、鏈路層、傳輸層和應用層。節點層是整個系統的核心，在網絡中承擔數據加解密的主要任務，可以采用多節點組合方式進行組網；鏈路層是系統的基礎，負責整個系統的傳輸功能，需要保證數據傳輸過程中的安全性；傳輸層是系統中數據傳輸的核心部分，主要負責數據傳輸過程中的安全保障功能；應用層則是系統最上層，實現數據加解密及應用服務。

在對無線網絡通信數據進行加密處理時，首先需要對通信數據進行編碼，利用密碼學算法對編碼后的通信數據進行加密處理，同時采用數字簽名技術確保通信數據的完整性。其次需要將加密后的通信數據以明文形式通過網絡進行傳輸。最后完成對密文信息的解密處理。采用區塊鏈技術完成對無線網絡通信數據的存儲管理，利用私鑰和公鑰實現對無線網絡通信數據的加密傳輸。

2.4 數據加密傳輸流程與密鑰管理設計

在數據加密傳輸系統中，通信數據加密傳輸流程主要包括以下步驟：首先，進行通信數據的生成；其次，采用私鑰進行密鑰管理，獲取通信數據的密鑰，通過加密算法將通信數據進行加密；最后，完成加密傳輸后的通信數據在區塊鏈上的存儲管理[4]。

在基于區塊鏈技術的無線網絡通信數據加密傳輸系統中，區塊鏈是一種分布式數據庫，它由多個節點組成，每個節點都存儲有一份完整的交易信息，而其他節點只負責存儲和同步區塊鏈上的信息。由于無線網絡通信數據加密傳輸系統具有強依賴性和開放性，區塊鏈可以作為無線網絡通信數據加密傳輸系統中的信任基礎，通過對區塊鏈技術在無線網絡通信數據加密傳輸系統中應用進行研究，分析其可行性。在基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸系統中，數據存儲管理包括私鑰和公鑰兩種類型。其中私鑰是由節點通過特定方式生成，公鑰是由節點根據自身情況生成。公鑰使用時可以由用戶進行選擇[5]。

3 結語

基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸方法為通信傳輸提供了一種創新而強大的解決方案，其可以有效應對日益增長的數據安全和隱私保護挑戰。通過利用區塊鏈技術的去中心化、公開透明和防篡改特性，其能夠建立一個安全可靠的通信環境確保用戶的數據得到充分保護。