同步脈沖數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)在網(wǎng)絡安全中的應用

陳 赫

（長治學院 物理系，山西 長治 046011）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展和快速普及，網(wǎng)絡攻擊、黑客入侵等事件層出不窮，導致信息泄露與數(shù)據(jù)竊取等行為頻頻發(fā)生，給個人、企業(yè)、國家等帶來了嚴重的安全威脅。加密技術是針對上述問題的一種重要手段。在數(shù)字通信方面，同步脈沖數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)是一種常見的加密技術，該技術能夠提供安全可靠的數(shù)字通信環(huán)境，對網(wǎng)絡安全方面具有重要的應用價值［1］。文章旨在探討同步脈沖數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)在網(wǎng)絡安全中的應用，為網(wǎng)絡安全提供一種有效的解決方案。

1 基于同步脈沖的數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)硬件設計

目前，網(wǎng)絡中的通信加密傳輸機制仍存在技術短板，并且系統(tǒng)的安全架構設計并不完備，所以，為能夠適應數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)業(yè)務的需要，在傳統(tǒng)系統(tǒng)硬件結構的基礎上，又配備了網(wǎng)絡系統(tǒng)控制器，以對系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點的管理實現(xiàn)更加深入理解，從而使系統(tǒng)局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡節(jié)點之間可以進行聯(lián)合管理，使系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)可以同時進行系統(tǒng)管理與數(shù)據(jù)匹配［2］。在數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信息主要以源代碼形式出現(xiàn)，其主要作用是能夠讓傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)得到有效反饋。這一技術的原理是在解調(diào)器的匹配濾波器上依據(jù)符號速率對相關信號進行實時采樣，然后實現(xiàn)數(shù)字信息的同步。

數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)巧妙地結合了加密技術、數(shù)字處理技術等多種現(xiàn)代網(wǎng)絡技術。為了保障數(shù)據(jù)信息的傳輸效率，防止外部黑客的侵襲，該系統(tǒng)基于傳統(tǒng)數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)技術，通過安全技術芯片對系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)文件進行加密，對互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供專業(yè)化的技術支持［3］。基于同步脈沖的數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)硬件結構如圖1 所示。

圖1 基于同步脈沖的數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)硬件結構

2 基于同步脈沖的數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)軟件設計

2.1 系統(tǒng)安全架構設計

現(xiàn)階段，保障系統(tǒng)的安全性是數(shù)字通信系統(tǒng)最重要的技術發(fā)展趨勢。其安全性不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡安全，要確保CPS 系統(tǒng)的安全性，就需要清楚地了解系統(tǒng)所面對的各類可能的威脅。因此，在現(xiàn)有的安全體系結構基礎上，文章提出了一種基于IPSec 體系結構的信息處理方法，IPSec 安全體系結構如圖2 所示。它是明確安全現(xiàn)狀、規(guī)劃安全工作、制定安全策略和安全解決方案的基礎。該結構體系有兩種明確的基礎目標：第一，保護IP 數(shù)據(jù)包的安全性，針對網(wǎng)絡系統(tǒng)進行風險評估，以此掌握各類可能存在的風險，并制定出相應的對策和應急預案。第二，為抵御線上的網(wǎng)絡攻擊提供有效的防護措施，利用安全控制，可以最大程度地減少風險，并且可以對殘余風險展開實時的監(jiān)控和分析，同時還可以在突發(fā)事件出現(xiàn)的時候，對其進行應急響應和災難恢復，從而保證網(wǎng)絡系統(tǒng)及業(yè)務數(shù)據(jù)的安全［4］。

圖2 IPSec 安全體系結構

該技術涵蓋了網(wǎng)絡訪問安全、第一次認證、第二次認證、應用安全以及SBA 領域安全等內(nèi)容。其中網(wǎng)絡訪問安全域的主要功能就是協(xié)助網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)與信息的交互安全，它是數(shù)字通信加密的第二道墻，可以有效阻止內(nèi)部網(wǎng)絡的攻擊，并可以對內(nèi)部網(wǎng)絡進行監(jiān)控、過濾、記錄和報告，并切斷內(nèi)部網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡的聯(lián)系，以保護通信傳輸?shù)酵ㄐ旁O備的這個過程為基礎，來設定安全防護裝置。網(wǎng)絡安全數(shù)據(jù)分類表如表1 所示。在企業(yè)的管理機制下，要想達到網(wǎng)絡的安全，就必須要利用運行機制中的技術手段。當企業(yè)內(nèi)部的計算機、網(wǎng)絡以及服務器等設備發(fā)生故障的時候，網(wǎng)絡管理員要能夠及時地找到問題并對其進行解決。

表1 網(wǎng)絡安全數(shù)據(jù)分類表

2.2 數(shù)字通信RS 加密技術

為進一步保證數(shù)字通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩撓到y(tǒng)設置了完整的數(shù)字通信保密體系。該加密機制采用RSA 加密技術，利用安全芯片進行安全認證、數(shù)據(jù)加解密等操作，以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾浴Ｔ谛畔踩矫妫琒SL 在身份驗證和重要信息傳遞中加以使用，保證了信息的安全性和可靠性。在電子郵件的收發(fā)環(huán)節(jié)，采用嚴密的密碼技術，可以有效地阻止黑客入侵，確保數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩裕?］。其數(shù)字通信加密流程如圖3 所示。

圖3 RSA 解密算法流程

RSA，即公開密鑰密碼，是當前被研究最多的一種公開密鑰算法，已經(jīng)有將近30 年的歷史了，它經(jīng)受過多種不同的攻擊，被公認為是當前最好的公開密鑰算法。在公開密鑰加密中，存在著許多特定的算法，比如 RSA、Rubin、ElGamal 和橢圓曲線等。RSA 作為目前應用最為廣泛的一種非對稱密碼體制，采用了密碼學的方法對數(shù)據(jù)進行了加密，達到了隱蔽的目的，以保證數(shù)據(jù)的安全性。

2.3 基于同步脈沖的數(shù)字通信傳輸功能的實現(xiàn)

在數(shù)字通訊中，一個數(shù)字通訊系統(tǒng)必須具備各種不同的同步函數(shù)，以達到準確的資料通訊目的。它的技術目的是使收發(fā)雙方可以進行同步通信，從而達到統(tǒng)一的信息和數(shù)據(jù)的交互，所以，在通信系統(tǒng)中，能否充分地完成數(shù)據(jù)的同步，就成了重要的技術指標。如果不能達到同步，就會造成整個系統(tǒng)的癱瘓。因此，要使數(shù)據(jù)互通，就需要制定統(tǒng)一的標準與規(guī)格，并形成一個數(shù)據(jù)源。為了能夠實現(xiàn)基于同步脈沖的數(shù)字通信傳輸功能，文章主要以通信設備作為主要介質，運用網(wǎng)絡接入所構成的安全域來防止外部網(wǎng)絡攻擊從系統(tǒng)內(nèi)部流入，保障系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點之間的信息交互安全，同時需要運用網(wǎng)絡切片、歸屬環(huán)境這兩種應用來驗證用戶是否為系統(tǒng)安全用戶，通過反復的信息認證保護系統(tǒng)用戶與內(nèi)部業(yè)務訴求之間的通信安全，以便在不同的數(shù)據(jù)庫間進行數(shù)據(jù)共享［6］。

2.4 網(wǎng)絡同步

在該系統(tǒng)架構中，協(xié)調(diào)節(jié)點用以收集無線網(wǎng)絡以及網(wǎng)絡運行中的數(shù)據(jù)，并將其上傳到網(wǎng)絡，從而使系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構更為完美。在數(shù)字通信和計算機網(wǎng)絡中，為了使各個站能夠保證“信息公開”以及“數(shù)據(jù)開放”，必須對其進行原始數(shù)據(jù)的收集，并使其能夠在網(wǎng)絡與用戶端進行雙向的數(shù)據(jù)交換。但受網(wǎng)絡、網(wǎng)速等因素影響，多個不同任務的反饋速度會存在一定差異，使得多個任務之間沒有進行有效的協(xié)作，進而造成多個任務的失效或出錯［7］。

2.5 幀同步

“字”與“句”構成了語言交流中的“信息流”，起到了篇章銜接與信息傳達的作用，在語言交際中起著舉足輕重的作用［8］。在多通道時，為了在接收端實現(xiàn)對來自不同方位的信號的精確辨識，發(fā)射端信息流的開始和結束處需添加特定的代碼，以實現(xiàn)對信息的辨識。對接收者而言，獲得和證實此信息的過程被稱為“框架同步”或者“分組同步”。該框架能夠為系統(tǒng)提供一種API，能夠讓組件定時釋放緩沖區(qū)，允許實施者利用自身硬件組件內(nèi)的同步資源對程序進行調(diào)試。而且，幀同步必須在啟動之后于最短的時間內(nèi)完成，或者在幀丟失之后，必須在最短的時間內(nèi)恢復。在語音通信中，100 ms 以下的通信中斷很難被人耳感知到，因此，通常假定幀同步恢復時間在約10 ms 左右。而在此基礎上，通過對圖像進行拼接，得到的圖像也要達到某種格式，因此對圖像處理算法的實時性和高效性提出了更高的要求。

2.6 載波同步

載波同步，也叫載波還原，與接收機的載波頻率相同，主要是將其提供給解調(diào)機，以進行相干解調(diào)。由于接收到的信號含有分立的載波成分，且每一個載波成分都占據(jù)一個頻率范圍，所以在接收端可以使用合適的帶通濾波器將多個載波成分分開，得到想要的信號［9］。在該接收機上，可將該信號載波與該信號的本機相關的載波分離開來，用這種方法所得到的本機相關載頻和接收到的載頻是一樣的。該方法簡單實用，對多個載波信號的接收和處理都有較好的效果。

2.7 位同步

位同步也稱碼元同步，是一種對數(shù)位符號進行時間對準的處理方式［10］。它通過從一個消息代碼的數(shù)據(jù)流中抽取一個時鐘信號對一個消息符號進行標識。位同步是進行準確采樣和決策的前提，它只在數(shù)字通信中是必需的。提取出來的位置同步信息是一個具有與碼速率相同的定時脈沖，而相位是由決策時的信號波形來確定的，它可以在符號的中部，也可以在符號的結束時間或者其他時間點。時鐘同步主要有兩種，一種是時間同步，另一種是頻率同步，即時間與時間間隔的統(tǒng)一，時間用來標識某件事發(fā)生的時間，時間間隔或頻率代表某件事持續(xù)的時間。這兩種算法都存在著計算量大、適用范圍小、難以在短期內(nèi)獲得最優(yōu)解或近似最優(yōu)解的問題。

3 同步脈沖數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)的實際應用

同步脈沖數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)的技術創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在利用同步脈沖技術對通信數(shù)據(jù)的解碼處理，能夠確保數(shù)字通信代碼各分行與總行之間的時間同步。它還可以控制系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點，輔助系統(tǒng)數(shù)字通信數(shù)據(jù)傳輸，從多個層次保護通信數(shù)據(jù)的安全性和完整性，包括網(wǎng)絡接入安全、網(wǎng)絡域安全、首次認證、二次認證、應用安全、流程域安全以及SBA 域安全等，從而有效地保護通信數(shù)據(jù)的安全性與完整性。同步脈沖數(shù)字通信加密傳輸系統(tǒng)可利用RSA 加密技術構建數(shù)字通信加密機制，對通信數(shù)據(jù)進行加密處理。客戶端和服務器RSA 加密技術數(shù)據(jù)傳輸如表2 所示。

表2 客戶端和服務器RSA 加密技術數(shù)據(jù)傳輸

在網(wǎng)絡安全中，當客戶端和服務器需要進行加密通信時，該系統(tǒng)可以提供安全保障。具體而言，客戶端可以運用RSA 加密技術對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密處理，然后將加密后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡發(fā)送給服務器。服務器接收到數(shù)據(jù)后，再運用相應的解密技術對數(shù)據(jù)進行解碼處理，從而獲得原始數(shù)據(jù)。在上述過程中，即使數(shù)據(jù)被第三方截獲，也無法被解密，因為只有客戶端和服務器才擁有正確的解密密鑰。因此，該系統(tǒng)可以有效防止通信數(shù)據(jù)被未經(jīng)授權的第三方獲取或利用，從而保障了網(wǎng)絡安全。

4 結論

在通信工程中，數(shù)字通信加密系統(tǒng)有著非常重要的作用。文章提出的系統(tǒng)是在傳統(tǒng)加密的基礎上，通過對軟件和硬件加以創(chuàng)新和優(yōu)化，并采用了有別于傳統(tǒng)加密技術的同步脈沖數(shù)字通信加密傳輸技術，從而能夠將防入侵能力與高傳輸速率的通信傳輸功能所具備的優(yōu)勢加以結合，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部隱私數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享。本系統(tǒng)采用計算機通信技術，可以有效地完成各項工作，對企業(yè)信息化建設具有積極的推動作用。