CN111343632A - 工业互联网隐蔽通信方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业互联网隐蔽通信方法及系统,其包括如下步骤:步骤1、提供隐蔽通信发射端以及隐蔽通信接收端;步骤2、发射端IP数据包通过发射端5G协议栈内经媒体接入控制产生的MAC传输块送入发射端隐写缓存器内;步骤3、读取发射端隐写缓存器内的MAC传输块,并将工业机密数据调制到所读取MAC传输块的RLC PDU的个数中;步骤4、通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端;步骤5、隐蔽通信接收端通过5G网络接收隐写数据流,根据进入接收端5G协议栈内的隐写数据流能得到MAC传输块;步骤6、隐蔽通信接收端根据所读取的MAC传输块解析并恢复工业机密数据。本发明保证工业数据在边界可渗透的开放性无线环节中的安全传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种隐蔽通信方法及系统,尤其是一种工业互联网隐蔽通信方法及系统,具体地是一种基于5G无线链路控制协议的工业互联网隐蔽通信方法及系统,属于网络信息安全的技术领域。
背景技术
工业互联网是通过构建连接设备、物料、人员、信息系统的基础网络,能实现工业数据的全面感知、可靠传输和实时分析,形成科学决策与智能控制,可提高制造资源配置及生产管理效率。其中,作为工业互联网的核心系统,智能生产管理主要涉及产品生产全程的核心参数、设备运行状态等重要工业数据的采集传输、分析处理和决策控制,实现工业生产过程的智能监控。然而,随着工业互联网的广泛应用,工业数据作为制造企业的重要商业机密,在开放性无线链路传输中可能遭遇竞争对手的监听和窃取,造成信息泄露,使企业遭受重大经济损失、影响其市场核心竞争力,甚至威胁生存和发展。
针对工业数据所面临的安全威胁,可采用隐蔽通信技术手段保证其安全传输。网络隐写是将合法网络数据流作为信息隐藏的载体,采用各种方式将秘密信息调制其中的一类隐蔽通信技术,主要可分为存储式和时间式两大类。存储式隐写主要利用网络协议的冗余,将秘密信息嵌入协议首部或负载部分。此类方法简单易行,但大多因改变协议原有默认值或规律而易被检测,缺乏隐蔽性。时间式隐写则是将秘密信息调制到网络数据流的时间行为中,然而现有方法容易产生异常时间特性,或易受时延、丢包等网络噪声的干扰,影响隐蔽通信的可靠性。同时,纠错编码等同步机制的引入往往会增加系统开销和复杂度。因此,如何提升网络隐写的隐蔽性和鲁棒性,并寻求新的隐写载体成为了急需解决的迫切问题。
近年来,移动数据流量显著增长,其中,基于新一代NR(New Radio)标准的5G无线通信技术具有高数据速率、低成本、低功耗、超低时延和可用性等优势,正逐步成为工业互联网的主要传输手段,并将在未来获得更全面、广泛的应用。因此,5G网络成为了工业互联网隐蔽通信的潜在优良载体,但目前如何利用5G网络实现工业互联网的隐蔽通信依然是目前的难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种工业互联网隐蔽通信方法及系统,其能有效实现工业互联网中隐蔽通信,保证工业数据在边界可渗透的开放性无线环节中的安全传输。
按照本发明提供的技术方案,所述工业互联网隐蔽通信方法,所述隐蔽通信方法包括如下步骤:
步骤1、提供隐蔽通信发射端以及能与所述隐蔽通信发射端利用5G网络进行通信的隐蔽通信接收端;
步骤2、在隐蔽通信发射端,发射端IP数据包经过发射端5G协议栈进行处理,并通过发射端5G协议栈内经媒体接入控制产生的MAC传输块送入发射端隐写缓存器内;
步骤3、隐蔽通信发射端内的隐写编码器读取发射端隐写缓存器内的MAC传输块,并将工业机密数据调制到所读取MAC传输块的RLC PDU的个数中,以得到包含工业机密数据的隐写数据流;
步骤4、隐蔽通信发射端将隐写数据流送入发射端5G协议栈的发射物理层,以通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端;
步骤5、隐蔽通信接收端通过5G网络接收隐写数据流,将所接收的隐写数据流送入接收端5G协议栈内,并根据进入接收端5G协议栈内的隐写数据流能得到MAC传输块,且能将得到的MAC传输块存入接收端缓存器内;
步骤6、隐蔽通信接收端利用隐写解码器读取接收端缓存器内的MAC传输块,以根据所读取的MAC传输块解析并恢复工业机密数据。
所述步骤3中,得到隐写数据流的过程包括如下步骤:
2)、当与不相等时,令,则将第i个含密MAC传输块中最后一个RLCPDU移至第(i+1)个含密MAC传输块的首位,与第(i+1)个含密MAC传输块中的RLC SDU分段进行合并,形成第(i+1)个含密MAC传输块的首个RLC PDU;而第i个含密MAC传输块中在末尾填充比特,使MAC传输块的大小满足调度所支持的原有大小,以得到相对应的隐写数据流。
所述步骤6中,恢复工业机密数据的过程包括如下步骤:
一种工业互联网隐蔽通信系统,包括隐蔽通信发射端以及能与所述隐蔽通信发射端利用5G网络进行通信的隐蔽通信接收端;
在隐蔽通信发射端,发射端IP数据包经过发射端5G协议栈进行处理,并通过发射端5G协议栈内经媒体接入控制产生的MAC传输块送入发射端隐写缓存器内;
隐蔽通信发射端内的隐写编码器读取发射端隐写缓存器内的MAC传输块,并将工业机密数据调制到所读取MAC传输块的RLC PDU的个数中,以得到包含工业机密数据的隐写数据流;
隐蔽通信发射端将隐写数据流送入发射端5G协议栈的发射物理层,以通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端;
隐蔽通信接收端通过5G网络接收隐写数据流,将所接收的隐写数据流送入接收端5G协议栈内,并根据进入接收端5G协议栈内的隐写数据流能得到MAC传输块,且能将得到的MAC传输块存入接收端缓存器内;隐蔽通信接收端利用隐写解码器读取接收端缓存器内的MAC传输块,以根据所读取的MAC传输块解析并恢复工业机密数据。
通过隐写编码器得到隐写数据流的过程包括如下步骤:
2)、当与不相等时,令,则将第i个含密MAC传输块中最后一个RLCPDU移至第(i+1)个含密MAC传输块的首位,与第(i+1)个含密MAC传输块中的RLC SDU分段进行合并,形成第(i+1)个含密MAC传输块的首个RLC PDU;而第i个含密MAC传输块中在末尾填充比特,使MAC传输块的大小满足调度所支持的原有大小,以得到相对应的隐写数据流。
利用隐写解码器恢复工业机密数据的过程包括如下步骤:
本发明的优点:将5G网络协议作为工业互联网隐蔽通信的载体,其本身具有高数据速率、低成本、低功耗、超低时延和可用性等优势。在保持5G协议栈正常处理数据包进程的前提下,将工业机密数据调制到MAC传输块中,并未改变传输块大小和协议字段的默认值及规律,能够有效抵抗各类隐写分析方法的检测,因而可显著提高工业互联网隐蔽通信系统的抗检测性和安全性。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图4为本发明调制编码的流程图。
图5为本发明恢复工业机密数据的流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示:为了能有效实现工业互联网中隐蔽通信,保证工业数据在边界可渗透的开放性无线环节中的安全传输,本发明的隐蔽通信方法包括如下步骤:
步骤1、提供隐蔽通信发射端以及能与所述隐蔽通信发射端利用5G网络进行通信的隐蔽通信接收端;
具体地,隐蔽通信发射端、隐蔽通信接收端可以采用现有常用的形式,具体结构形式可以根据实际需要进行选择确定,只要满足隐蔽通信发射端与隐蔽通信接收端能利用5G网络进行通信均可。
一般地,隐蔽通信发射端内具有发射端5G协议栈、发射端隐写缓存器以及隐写编码器;在隐蔽通信接收端内具有接收端5G协议栈、接收端隐写缓存器以及隐写解码器。其中,发射端5G协议栈、接收端5G协议栈的具体类型以及协议内容均可以根据实际需要进行选择,具体为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
步骤2、在隐蔽通信发射端,发射端IP数据包经过发射端5G协议栈进行处理,并通过发射端5G协议栈内经媒体接入控制产生的MAC传输块送入隐写缓存器内;
具体地,在隐蔽通信发射端与隐蔽通信接收端进行5G通信时,隐蔽通信发射端需向隐蔽通信接收端传输发射端IP数据包,发射端IP数据包的内容与发射端5G协议栈、接收端5G协议栈的具体协议内容相关,具体为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
在隐蔽通信发射端内,发射端IP数据包先后经过5G协议栈各层的正常处理:如服务数据调整协议(Service Data Adaptation Protocol,SDAP)、分组数据汇聚协议(PacketData Convergence Protocol,PDCP);当数据包通过无线链路控制(Radio-Link Control,RLC)的分段处理,以及媒体接入控制(Medium-Access Control,MAC)的逻辑信道复用后,将产生的MAC传输块送入发射端隐写缓存器。
本发明实施例中,发射端IP数据包经过SDAP、PDCP、RLC以及MAC处理并产生MAC传输块的具体过程与现有相一致,具体为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
步骤3、隐蔽通信发射端内的隐写编码器读取发射端隐写缓存器内的MAC传输块,并将工业机密数据调制到所读取MAC传输块的RLC PDU的个数中,以得到包含工业机密数据的隐写数据流;
如图4所示,具体地,得到隐写数据流的过程包括如下步骤:
具体地,在5G网络的正常业务通信中,将已经过协议栈SDAP、PDCP、RLC封装的MAC传输块送入发射端隐写缓存器内,以便隐写编码器进行所需的编码处理。
步骤3.2、隐写编码器确定第i个MAC传输块中的实际RLC PDU个数n i ;
具体地,工业机密数据的长度为k,在进行编码时,每个私密比特对应一个MAC传输块,从而隐写编码器选取k个连续的MAC传输块。对第i个私密比特,隐写编码器计算第i个MAC传输块中的实际RLC PDU个数,记为,具体实施时,可知该个数取决于调度的MAC传输块大小,而最后一个RLC PDU一般仅包含RLC SDU(Service Data Unit)的部分分段。
本发明实施例中,在发射端5G协议栈的RLC层,会将适当数量的RLC PDU转发到MAC层,而该数量取决于调度的MAC传输块标准大小。因此,在隐写编码器中,只需要根据MAC传输块的规定格式,识别其中的RLC PDU,并对其进行计数即可获得RLC PDU个数,具体确定MAC传输块中实际RLC PDU个数的过程为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
2)、当与不相等时,令,则将第i个MAC传输块中最后一个RLCPDU移至第(i+1)个MAC传输块的首位,与第(i+1)个含密MAC传输块中的RLC SDU分段进行合并,形成第(i+1)个MAC传输块的首个RLC PDU;而第i个含密MAC传输块中在末尾填充比特,使MAC传输块的大小满足调度所支持的原有大小,以得到相对应的隐写数据流,如图3所示。
本发明实施例中,“%”为取余运算。对工业机密数据中的k个隐私比特,每个私密比特均需要进行上述调制编码,即每个私密比特经过奇偶量化后均能得到一个相应的隐写数据流,重复上述步骤,直至所有的工业机密数据均得到隐写数据流送入发射端物理层内。此外,发射端5G协议栈的MAC层规定,可使用填充比特使MAC传输块大小与NR中所支持的传输块大小保持一致。因此,填充比特无其他作用,在解码时也无需特别处理。
步骤4、隐蔽通信发射端将隐写数据流送入发射端5G协议栈的发射物理层,以通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端;
具体地,在得到隐写数据流后,隐写编码器能将所述隐写数据流送入发射端5G协议栈的发射物理层内,从而通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端。
步骤5、隐蔽通信接收端通过5G网络接收隐写数据流,将所接收的隐写数据流送入接收端5G协议栈内,并根据进入接收端5G协议栈内的隐写数据流能得到MAC传输块,且能将得到的MAC传输块存入接收端缓存器内;
本发明实施例中,通过5G网络,隐蔽通信接收端能接收所述隐写数据流,在将隐写数据流送入接收端5G协议栈内时,依次经过接收端5G协议栈内的接收端物理层、接收端媒体接入控制后得到MAC传输块,所述MAC传输块送入接收端缓存器内。隐写数据流在接收端5G协议栈的具体处理过程与现有相一致,具体为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
步骤6、隐蔽通信接收端利用隐写解码器读取接收端缓存器内的MAC传输块,以根据所读取的MAC传输块解析并恢复工业机密数据。
如图5所示,恢复工业机密数据的过程包括如下步骤:
本发明实施例中,隐蔽通信发射端、隐蔽通信接收端可以在需要的情况下进行通信,以能降低隐蔽通信发射端、隐蔽通信接收端的功耗。当隐蔽通信发射端、隐蔽通信接收端在工作时,隐蔽通信发射端能发送隐写数据流,隐蔽通信接收端根据与隐蔽通信发射端间的同步通信机制,能接收相应的隐写数据流,即实现工业机密数据的传输。所述同步通信机制可以采用现有常用的同步通信技术手段,具体可以根据实际的需要进行选择,具体为本技术领域人员所熟知,此处不再赘述。
综上,本发明工业互联网隐蔽通信系统,包括隐蔽通信发射端以及能与所述隐蔽通信发射端利用5G网络进行通信的隐蔽通信接收端;
在隐蔽通信发射端,发射端IP数据包经过发射端5G协议栈进行处理,并通过发射端5G协议栈内经媒体接入控制产生的MAC传输块送入隐写缓存器内;
隐蔽通信发射端内的隐写编码器读取隐写缓存器内的MAC传输块,并将工业机密数据调制到所读取MAC传输块的RLC PDU的个数中,以得到包含工业机密数据的隐写数据流;
隐蔽通信发射端将隐写数据流送入发射端5G协议栈的发射物理层,以通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端;
隐蔽通信接收端通过5G网络接收隐写数据流,将所接收的隐写数据流送入接收端5G协议栈内,并根据进入接收端5G协议栈内的隐写数据流能得到MAC传输块,且能将得到的MAC传输块存入接收端缓存器内;隐蔽通信接收端利用隐写解码器读取接收端缓存器内的MAC传输块,以根据所读取的MAC传输块解析并恢复工业机密数据。
本发明实施例中,隐蔽通信发射端、隐蔽通信接收端配合实现隐蔽通信的过程可以参考上述说明,此处不再赘述。
Claims (4)
1.一种工业互联网隐蔽通信方法,其特征是,所述隐蔽通信方法包括如下步骤:
步骤1、提供隐蔽通信发射端以及能与所述隐蔽通信发射端利用5G网络进行通信的隐蔽通信接收端;
步骤2、在隐蔽通信发射端,发射端IP数据包经过发射端5G协议栈进行处理,并通过发射端5G协议栈内经媒体接入控制产生的MAC传输块送入发射端隐写缓存器内;
步骤3、隐蔽通信发射端内的隐写编码器读取发射端隐写缓存器内的MAC传输块,并将工业机密数据调制到所读取MAC传输块的RLC PDU的个数中,以得到包含工业机密数据的隐写数据流;
步骤4、隐蔽通信发射端将隐写数据流送入发射端5G协议栈的发射物理层,以通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端;
步骤5、隐蔽通信接收端通过5G网络接收隐写数据流,将所接收的隐写数据流送入接收端5G协议栈内,并根据进入接收端5G协议栈内的隐写数据流能得到MAC传输块,且能将得到的MAC传输块存入接收端缓存器内;
步骤6、隐蔽通信接收端利用隐写解码器读取接收端缓存器内的MAC传输块,以根据所读取的MAC传输块解析并恢复工业机密数据;
所述步骤3中,得到隐写数据流的过程包括如下步骤:
步骤3.2、隐写编码器确定第i个MAC传输块中的实际RLC PDU个数n i ;
3.一种工业互联网隐蔽通信系统,其特征是,包括隐蔽通信发射端以及能与所述隐蔽通信发射端利用5G网络进行通信的隐蔽通信接收端;
在隐蔽通信发射端,发射端IP数据包经过发射端5G协议栈进行处理,并通过发射端5G协议栈内经媒体接入控制产生的MAC传输块送入发射端隐写缓存器内;
隐蔽通信发射端内的隐写编码器读取发射端隐写缓存器内的MAC传输块,并将工业机密数据调制到所读取MAC传输块的RLC PDU的个数中,以得到包含工业机密数据的隐写数据流;
隐蔽通信发射端将隐写数据流送入发射端5G协议栈的发射物理层,以通过5G网络信道将发射物理层内的隐写数据流发送至隐蔽通信接收端;
隐蔽通信接收端通过5G网络接收隐写数据流,将所接收的隐写数据流送入接收端5G协议栈内,并根据进入接收端5G协议栈内的隐写数据流能得到MAC传输块,且能将得到的MAC传输块存入接收端缓存器内;隐蔽通信接收端利用隐写解码器读取接收端缓存器内的MAC传输块,以根据所读取的MAC传输块解析并恢复工业机密数据;
通过隐写编码器得到隐写数据流的过程包括如下步骤:
步骤3.2、隐写编码器确定第i个MAC传输块中的实际RLC PDU个数n i ;
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