高速無線網絡通信數據加密與隱私保護研究

摘要：為防止高速無線網絡通信數據泄露，文章研究區塊鏈技術在高速無線網絡通信數據加密與隱私保護領域的應用。文章提出一種基于雙重加密方法的高速無線網絡通信數據加密方案。該方案通過混沌算法和非對稱加密技術實現數據的雙重加密。同時，該項目設計一種基于區塊鏈的隱私保護機制，包括引入雙重加密方法的區塊鏈架構、構造區塊鏈交易單元、實現加密數據上鏈以及加密數據的查詢等步驟，以確保數據在傳輸、存儲和查詢過程中的隱私安全。實驗結果表明，該方法能夠有效加密文本、數值和圖像等多種類型的高速無線網絡通信數據，展現了強大的數據加密能力和顯著的實際應用效果。

關鍵詞：區塊鏈；高速無線網絡；通信數據加密；隱私保護機制

中圖分類號：TP309" 文獻標志碼：A

0 引言

在數字化時代，高速無線網絡通信技術的飛速發展導致數據的傳輸與共享日益頻繁，使得數據的安全性與隱私保護成為亟待解決的關鍵問題。作為信息社會的基礎設施，通信網絡的數據流通廣泛性和即時性在極大便利人們生產生活的同時，也帶來了前所未有的安全挑戰。頻發的個人信息泄露、敏感數據濫用以及網絡攻擊事件，不僅侵犯了用戶的合法權益，而且對社會穩定和國家安全構成了潛在威脅^［1］。區塊鏈技術，憑借其去中心化、不可篡改、加密安全等核心特性，為高速無線網絡通信數據的加密與隱私保護提供了創新性的解決方案。區塊鏈通過構建分布式賬本，實現了數據的去中心化存儲與管理，有效降低了單點故障和數據泄露的風險。其內置的加密機制確保了數據在傳輸和存儲過程中的安全性，使得未經授權的訪問和篡改變得極其困難。此外，區塊鏈的透明性和可追溯性為數據的審計和監管提供了有力支持，進一步增強了通信網絡的信任度和可靠性。因此，該研究探討區塊鏈技術支持下的高速無線網絡通信數據加密與隱私保護，不僅是對現有通信技術安全性的重要補充和提升，也是推動數字社會健康、可持續發展的必然要求。

1 高速無線網絡通信數據加密與隱私保護

1.1 高速無線網絡通信數據雙重加密方法

高速無線網絡通信數據內涵蓋了大量的敏感信息，如個人身份信息、賬戶信息、專業設備機密信息等，其在傳輸過程中，容易被中間人攻擊篡改、插入惡意內容以及被第三方監聽和截取等^［2］，為防止高速無線網網絡通信數據泄露，使用雙重加密方法對高速無線網絡通信數據進行加密處理，其詳細實現過程如下：

令Gn表示高速無線網絡通信數據集合，其中n為數據總數，在傳輸過程中，區塊鏈會使用磁盤陣列對Gn進行存儲處理，設置Hn在區塊鏈內磁盤陣列存儲的約束條件，公式為：

Hn∈｛0，1｝，0≤n≤v（1）

式（1）中，v為區塊鏈內磁盤陣列存儲Gn存儲層數。

由公式（1）可知，區塊鏈磁盤陣列內的高速無線通信網絡數據表現形式為：

Hn=1，Hn=1

-1，Hn=0（2）

在此基礎上，對該數據實施累加運算，使用混沌算法對存儲參數和迭代數進行加密處理，得到的加密后數據在區塊鏈磁盤陣列內的存儲參數h和迭代次數l表達公式為：

h=φ×1108

l=800+mod（φ，800）（3）

式（2）中，φ表示油田生產調度信息的累加值；mod（·）表示修正函數。

通過公式（3），該項目得到高速無線通信網絡數據區塊鏈磁盤陣列存儲的初始密鑰。利用該密鑰對Gn進行加密重傳，得到第一重加密結果，其公式為：

Hn=H1，H2，…，Hn（4）

式（4）中，為高速無線通信網絡數據加密密文；Hn為高速無線通信網絡數據的第一重加密結果。

式（4）內的加密密文計算公式為：

=0=mod（ζ×2，50，245）

=mod（0+B，256）（5）

式（5）中，0為由公式（3）得到高速無線通信網絡數據區塊鏈磁盤陣列存儲的初始密鑰；ζ為混沌系數；B為隨機數。

調整混沌系數ζ數值，通過公式（5）生成新的高速無線通信網絡數據加密密文q，使用該加密密文再次對Gn進行第二重加密，則第二重加密密文表達公式為：

′=mod（+0+256-ζ，256）（6）

利用公式（6）的加密密文對高速無線通信網絡數據進行加密，從而實現數據的雙重加密保護。

1.2 基于雙重加密方法的區塊鏈隱私保護機制設計

1.2.1 引入雙重加密方法后區塊鏈架構

在1.1小節中，文章基于高速無線通信網絡數據雙重加密的基礎上，以區塊鏈技術為前提，設計了區塊鏈隱私保護機制。在設計該機制之前，本文提出引入雙重加密方法后的區塊鏈架構，如圖1所示。

區塊鏈架構的基礎是數據層，該層通過雙重加密機制確保數據傳輸的安全。網絡層采用對等聯網（PeertoPeer，P2P）技術，實現高效的信息傳輸。共識層利用多種算法保障去中心化網絡中的數據一致性。合約層通過智能合約等元素增強區塊鏈的可編程性，提高交易效率^［3］。應用層將區塊鏈技術應用于實際場景，嵌入密文檢索功能，實現了加密數據的快速定位與訪問，推動了區塊鏈技術的廣泛應用。

1.2.2 區塊鏈交易單構造

在圖1所示引入雙重加密方法后的區塊鏈架構內，該項目構造了區塊鏈交易單。區塊鏈交易單負責記錄高速無線網絡通信數據傳輸和交易的詳細信息，將這些數據以數字形式記錄在區塊鏈上，以用于后續的數據追溯^［4］，同時確保高速無線網絡通信數據的不可篡改性。在原有區塊鏈數據庫體系內，該項目增加了用于密文搜索的關鍵詞，建立了區塊鏈交易單，其結構如圖2所示。

區塊鏈交易單的結構由加密后的高速無線網絡通信數據、PEDS_關鍵字、數字簽名、時間戳、非對稱公鑰和交易單ID組成。在高速無線網絡通信數據雙重加密的基礎上，該項目在區塊鏈中建立了高速無線網絡通信數據的PEDS_關鍵字，在通信傳輸過程中加入了時間戳、數字簽名和唯一的交易單ID。然后，通過非對稱公鑰對高速無線網絡通信數據的PEDS_關鍵字進行加密和驗證^［5］。通過區塊鏈交易單，可以驗證高速無線網絡通信數據交易的合法性，實現其隱私保護。

1.2.3 加密數據上鏈

在區塊鏈建立高速無線網絡通信數據的交易單之后，該項目需要對加密后的高速無線網絡通信數據進行上鏈處理，其詳細過程如下：

（1）首先，該項目判斷高速無線網絡通信數據需要發送的目標。若發送目標為其他區塊，則使用雙重加密算法對其進行加密。若發送給其他仿真用戶，則需要使用非對稱加密技術再次對高速無線網絡通信數據進行加密處理。在此過程中，用戶通過區塊鏈內嵌入的KeyGen（λ）算法獲取高速無線網絡通信數據加密的公鑰和私鑰。其次，區塊鏈提取加密后高速無線網絡通信數據的關鍵詞，使用區塊鏈內的非對稱加密方法對該關鍵詞進行加密。最后，記錄高速無線網絡通信的時間戳和交易ID，向區塊鏈內主節點發送高速無線網絡通信數據傳輸的驗證請求^［6］。

（2）區塊鏈內的節點執行不同的共識算法，對時間段內接收到的高速無線網絡通信數據傳輸交易單進行打包處理。

（3）該項目提取高速無線網絡通信數據傳輸交易單內的公鑰，對其數字簽名進行解密處理，以得到該交易單對應的哈希值。驗證該哈希值，當哈希值匹配時，表明當前高速無線網絡通信數據為安全數據；反之，則表示高速無線網絡通信數據可能被篡改。該項目將退回哈希值不匹配的高速無線網絡通信數據交易單，將經過驗證的高速無線網絡通信數據交易單發送給用戶。

經過上述過程，該項目完成了高速無線網絡通信數據的上鏈。

1.2.4 加密高速無線網絡通信數據查找

在區塊鏈內，用戶可以根據指定關鍵詞從區塊鏈數據庫中查詢高速無線網絡通信數據，具體步驟如下：

（1）令W表示用戶查詢關鍵詞，通過區塊鏈內搜索算法生成陷門TW，表達公式為：

TW=Trapdoor（sk_peks，W）（7）

式中，Trapdoor（·）為陷門生成函數；sk_peks為高速無線網絡通信數據在區塊鏈內的私鑰。

將公式（7）結果發送到區塊鏈數據的共識節點上。

（2）區塊鏈數據的共識節點在接收到高速無線網絡通信數據查找請求后，提取陷門，執行高速無線網絡通信數據私鑰匹配程序，其匹配表達公式如下：

b=Test（pk_peks，ΓW，′）（8）

式中，b為高速無線網絡通信數據私鑰匹配結果。該數值等于1時，說明高速無線網絡通信數據私鑰匹配；該數值等于0時，說明高速無線網絡通信數據私鑰不匹配。pk_peks表示高速無線網絡通信數據公鑰；Test（·）為區塊鏈匹配程序函數。

（3）在完成上述步驟對高速無線網絡通信數據私鑰的匹配后，該項目將匹配成功的私鑰對應的高速無線網絡通信數據交易單從區塊鏈數據庫中反饋給用戶，從而完成加密高速無線網絡通信數據的查找。

通過上述小節的內容，該項目共同構建了區塊鏈隱私保護機制。該機制可有效保護高速無線網絡通信數據在傳輸、查找、應用過程中的隱私安全。

2 實驗分析

本研究以某高速公路無線網絡作為實驗對象，該高速公路無線網絡由信號發射器、接收器、天線、服務器等硬件組成，主要負責傳輸ETC（Electronic Toll Collection）實時運行信息。本研究使用提出的方法對高速無線網絡通信數據進行加密和隱私保護，以分析該方法在實際應用中的效果。

本研究選取了10條ETC實時運行數據作為實驗對象，使用提出的方法生成了加密密文，結果如表1所示。

分析表1可知，應用本研究方法可有效生成高速公路無線網絡ETC實時運行數據加密密文。這些加密密文由無序亂碼組成，能夠完全掩蓋ETC實時運行數據內容，表明本研究方法對高速公路無線網絡通信數據的加密效果較好。

以上從文本、數值類型數據角度驗證了本研究方法的應用效果。為進一步驗證，本研究以ETC門架監控圖像數據作為實驗對象，檢驗了本研究方法對其加密效果，如圖3所示。

分析圖3可知，本研究方法可有效對ETC門架監控圖像進行加密。加密后的圖像通過不同的扭曲度和紋理對原始圖像中的車輛和道路信息進行了加密，使其無法直接辨認出原始圖像中的任何細節或特征。這表明加密算法在視覺上成功地實現了信息的隱藏，達到了較高的不可識別性。上述結果表明，本研究方法具備較強的高速無線網絡通信數據加密能力，應用效果顯著。

3 結語

區塊鏈技術支持下的高速無線網絡通信數據加密與隱私保護，展現了強大的技術潛力和實際應用價值。區塊鏈以其去中心化、不可篡改和分布式存儲的特性，為數據加密提供了堅實的基礎，從而確保了數據在傳輸和存儲過程中的安全性和隱私性。結合高速無線網絡通信，例如5G技術，區塊鏈進一步增強了數據傳輸的速度和安全性，滿足了實時服務對低延遲和高帶寬的需求。通過區塊鏈技術的應用，高速無線網絡通信中的數據加密與隱私保護得以實現更加精細和靈活的管理。應用區塊鏈技術不僅保護了用戶的個人隱私，還提升了整體通信系統的可靠性和可信度。

參考文獻

［1］胡棟鵬，湯紫雄，曾堅毅.基于區塊鏈技術的光通信網絡數據加密方法設計［J］.激光雜志，2023（10）：128-132.

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［4］張玉立，張麥玲.私有區塊鏈下個人信息隱私保護算法仿真［J］.計算機仿真，2023（4）：397-401.

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［6］彭鵬.基于區塊鏈的無線網絡通信數據加密傳輸方法［J］.無線互聯科技，2023（2）：20-23，31.

（編輯 王永超）

Research on data encryption and privacy protection in high speed wireless network communication

WU" Xinghui， WU" Bin， SHENG" Guo

（Zhejiang Post and Telecommunication College， Shaoxing 312366， China）

Abstract：" In order to prevent the leakage of highspeed wireless network communication data， the application of blockchain technology in the field of highspeed wireless network communication data encryption and privacy protection is studied. This paper presents an encryption scheme for highspeed wireless network communication data based on double encryption. The scheme realizes double encryption by chaotic algorithm and asymmetric encryption technology. At the same time， the project designs a privacy protection mechanism based on the block chain， including the introduction of the double encryption method of the block chain architecture， the construction of the block chain transaction unit， the realization of encrypted data on the chain and the query of encrypted data， so as to ensure the privacy and security of the data in the transmission， storage and query process. The experimental results show that this method can effectively encrypt various types of highspeed wireless network communication data such as text， numerical value and image， which shows strong data encryption ability and remarkable practical application effect.

Key words： blockchain; highspeed wireless network; encryption of communication data; privacy protection mechanism