CN112333204B - 基于tcp ip协议乱序特征码的5g网络传输保密装置 - Google Patents

基于tcp ip协议乱序特征码的5g网络传输保密装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于及数据传输加密技术领域，尤其涉及一种基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，具体是一种基于TCP IP协议利用乱序特征码保证5G网络传输保密性及可信性的装置及方法。本发明由发送装置和接收装置通过传输信道连接构成，发送装置和接收装置在出厂时进行匹配，同时约定条件；按照约定条件，利用TCP/IP协议，发送装置将需要发送的数据拆分重组，接收装置对数据解包和重组。本发明基于TCP/IP协议，利用TCP最大传输字节、网络最大传输单元的等参数，结合双方约定的特征码，采用乱序插入特征码的方式，实现了即使数据被中途截取，截取方依然无法获取数据的有效信息，保证数据传输的保密性和可信性。

Description

基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置
技术领域
本发明属于及数据传输加密技术领域，尤其涉及一种基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，特别涉及TCP/IP技术，具体是一种基于TCP IP协议利用乱序特征码保证5G网络传输保密性及可信性的装置及方法。
背景技术
数据加密，是一门历史悠久的技术，指通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文，而解密则是通过解密算法和解密密钥将密文恢复为明文。数据传输加密技术的目的是对传输中的数据流加密，包括线路加密与端—端加密两种。线路加密侧重在线路上而不考虑信源与信宿，是对保密信息通过各线路采用不同的加密密钥提供安全保护。端—端加密指信息由发送端自动加密，并且由TCP/IP进行数据包封装，然后作为不可阅读和不可识别的数据穿过互联网，当这些信息到达目的地，将被自动重组、解密，而成为可读的数据。
TCP/IP传输协议，即传输控制/网络协议，也叫作网络通讯协议。它是在网络的使用中的最基本的通信协议。TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。并且，TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。
IP数据包由一个头部和一个正文部分构成。IP头部由20字节的固定长度和一个可选任意长度部分构成，IP正文是传输的数据。TCP报文也分为头部正文组成，每个报文段都包含着此报文段的TCP头部信息，用于指定源端端口、目的端端口以及管理TCP连接等。完整的TCP头部结构可分为固定头部结构和头部选项两个部分。
TCP是以流动的方式传输数据，传输的最小单位为一个报文段(segment)。TCP为提高性能，发送端会将需要发送的数据发送到缓冲区，等待缓冲区满了之后，再将缓冲中的数据发送到接收方。同理，接收方也有缓冲区这样的机制，来接收数据。当应用程序写入的数据大于套接字缓冲区大小，这将会发生TCP拆包，应用程序写入数据小于套接字缓冲区大小，网卡将应用多次写入的数据发送到网络上，这将会发生粘包。
随着第五代移动通讯技术的逐渐成熟，大量的物联网设备采用5G网络作为信息传输手段已然成为发展趋势，如何确保信息传输的保密性，不被非法人员拦截破解，已经成为5G时代亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，具体是一种基于TCP IP协议利用乱序特征码保证5G网络传输保密性及可信性的装置及方法。其目的是为了利用TCP/IP技术的拆包、粘包原理，利用发送和接收双方约定的特征码，实现端到端的数据传输加密的发明目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，包括发送装置和接收装置两部分组成，发送装置和接收装置通过传输信道相连接。
基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密方法，包括以下步骤：
步骤1.发送装置和接收装置在出厂时进行匹配，并同时约定条件；
步骤2.按照约定条件，利用TCP/IP协议，发送端将需要发送的数据进行拆分重组，接收端对数据进行解包和重组。
所述约定条件包括：
第1.标识符E，字长2字节；
第2.标识符F，字长2字节。
所述发送端将需要发送的数据进行拆分重组，包括以下步骤：
步骤(1)确定与接收方之间的网络最大传输单元(MTU),设为a(单位：字节)；
步骤(2)将需要发送的数据包M拆分为长度为b(单位字节)的子包，共计c个；
步骤(3)以上步骤至此，由原始子包X(c)生成了带有标识符E、F、G的子包K(c)，子包长度为b+6字节；
步骤(4)随机生成j个虚假信息数据子包Z(j)，长度b+2字节，j的数值由发送方随机定义；将标识符E、F随机插入子包Z中，生成子包R(j)，长度b+6字节；
步骤(5)将R(j)随机插入到K(c)之间，生成新的包含虚假数据包N；
步骤(6)定义发送装置IP头部为20字节；
步骤(7)定义发送装置TCP头部为24字节，选项字段kind＝2，发送方的TCP最大报文段长度为b+6字节；
发送装置按照TCP/IP协议向接收方发送数据包N，发送端完成数据发送步骤。
所述步骤(2)将需要发送的数据包M拆分为长度为b(单位字节)的子包，共计c个；包括如下：
其中：子包X(c)，其中c代表子包序号；
b＝a-50
对子包X(c)进行操作如下：
①生成一个随机正整数p，范围为0≤p≤b；
②将标识符E放在X(c)的第p位，生成Y(c)；
当p＝0时，表述E在X(c)的帧头；
当p＝b时，标识E在X(c)的帧尾，其他以此类推；
③生成一个随机正整数q，范围为0≤q≤b；将q的数值以二进制原码形式表示为标识符G，长度2字节；
④将标识符G放置于Y(c)，生成帧H(c)；标识符G紧临E，且放置于E后；
⑤将标识符F放置于H(c)，F放置于G后的第q个字节，生成帧K(c)；
其中包括q≤b-p和q＞b-p两种情况。
所述q≤b-p时，帧K(c)总长度为b+6字节，排列规范如下：
首部分为信息的数据p字节，然后发送端和接收端约定好的2字节的标识符E，再将q的数值以二进制原码形式表示为2字节长度标识符G，信息的数据q字节，发送端和接收端约定好的2字节的标识符F，最后以信息的数据b-p-q字节；
当q＞b-p时，帧K(c)的总长度为b+6字节，排列规范如下：
首部分为信息的数据q-(b-p)字节，然后发送端和接收端约定好的2字节的标识符F，再是信息的数据b-q字节，发送端和接收端约定好的2字节的标识符E，再将q的数值以二进制原码形式表示为2字节长度标识符G，最后以信息的数据b-p字节。
所述接收端对数据进行解包和重组，包括以下步骤：
步骤1.接收端接收到发送方传来的数据帧，按照TCP/IP协议，去除IP头部与TCP头部，生成数据包W(d)；
步骤2.查找数据包中的W(d)中的标识符E，找到紧随的后两字节，将此2字节的数据以二进制原码形式转换为十进制；
步骤3.将储存的数据包V(t)依序组合，即可还原为发送端数据M。
所述查找数据包中的W(d)中的标识符E，找到紧随的后两字节，将此2字节的数据以二进制原码形式转换为十进制时，记为S；
(1)当S＞a-50时，则标记此数据包为虚假数据包，弃用；
(2)当S≤a-50时，循环查找紧随E后的第S+3、S+4字节。
所述当S≤a-50时，循环查找紧随E后的第S+3、S+4字节，包括：
A.当第S+3、S+4字节组合后为标识符F时，此数据包标识有用数据包，删除E及紧随E后的2字节，删除标识符F，存储数据包为V(t)，包长度a-50；
B.当第S+3、S+4字节组合后不是标识符F时，弃用。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密方法的步骤。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明由发送装置和接收装置两部分组成，基于TCP/IP协议，利用TCP最大传输字节、网络最大传输单元的等参数，结合双方约定的特征码，采用乱序插入特征码的方式，实现了即使数据被中途截取，截取方依然无法获取数据的有效信息，保证数据传输的保密性和可信性。
本发明利用TCP/IP拆包的原理，减少发送和接收双方事先约定的要素，降低数据被破解的概率；双方约定的特征码在数据包中位置不固定，降低了被识别风险。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明Y(c)帧结构示意图；
图2为本发明H(c)帧结构示意图；
图3为本发明当q≤b-p时，K(c)帧结构示意图；
图4为本发明当q＞b-p时，K(c)帧结构示意图；
图5为本发明发送装置发送的数据包示意图；
图6为本发明发送装置和接收装置的连接关系示图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1-图6描述本发明一些实施例的技术方案。
实施例1
本发明是一种基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，本发明由发送装置和接收装置两部分组成，如图6所示，图6为本发明发送装置和接收装置的连接关系示图。发送装置和接收装置通过传输信道相连接。
实施例2
本发明又提供了一种实施例，是一种基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置的方法，具体是一种基于TCP IP协议利用乱序特征码保证5G网络传输保密性及可信性的方法，如图1所示，图1为本发明Y(c)帧结构示意图。
本发明发送装置将需要发送的数据按照如下的规则进行拆分重组，利用公开的TCP/IP协议中的数据拆包机理，以保证每一个数据帧中都会出现约定好的特征编码。接收装置利用公开的TCP/IP协议接收数据，按照和发送方约定好的规则对数据进行解包和重组，不但可以获得有效数据，也保证了数据传输的保密性。
本发明方法具体包括以下步骤：
步骤1.发送装置和接收装置在出厂时需进行匹配，并同时约定如下信息：
第1.标识符E，字长2字节；
第2.标识符F，字长2字节。
其中，发送装置包括以下步骤：
步骤(1)确定与接收方之间的网络最大传输单元(MTU),设为a(单位：字节)；
步骤(2)将需要发送的数据包M拆分为长度为b(单位字节)的子包，共计c个。以下称为：子包X(c)，其中c代表子包序号，方便下文描述步骤；
b＝a-50
以下对子包X(c)进行操作；
①生成一个随机正整数p，范围为0≤p≤b；
②将标识符E放在X(c)的第p位，生成Y(c)。说明：当p＝0时，表述E在X(c)的帧头，p＝b时，标识E在X(c)的帧尾，其他以此类推；
如图1所示，图1为本发明Y(c)帧结构示意图。
③生成一个随机正整数q，范围为0≤q≤b；将q的数值以二进制原码形式表示为标识符G，长度2字节；
④将标识符G放置于Y(c)，生成帧H(c)。标识符G紧临E，且放置于E后，如图2所示，图2为本发明H(c)帧结构示意图；
⑤将标识符F放置于H(c)，F放置于G后的第q个字节，生成帧K(c)；
此时分为两种情况；
当q≤b-p时，帧K(c)如图3所示，图3为本发明当q≤b-p时，K(c)帧结构示意图。
如图3所示，图3为本发明当q≤b-p时，K(c)帧结构示意图。
其中，帧K(c)总长度为b+6字节，排列规范如下：首部分为信息的数据p字节，然后是发送端和接收端约定好的2字节的标识符E，再然后是将q的数值以二进制原码形式表示为2字节长度标识符G，紧接着是信息的数据q字节，然后是发送端和接收端约定好的2字节的标识符F，最后以信息的数据b-p-q字节；
当q＞b-p时，帧K(c)如图4所示，图4为本发明当q＞b-p时，K(c)帧结构示意图。
如图4所示，图4为本发明当q＞b-p时，K(c)帧结构示意图。
帧K(c)的总长度为b+6字节，排列规范如下：首部分为信息的数据q-(b-p)字节，然后是发送端和接收端约定好的2字节的标识符F，紧接着是信息的数据b-q字节，然后是发送端和接收端约定好的2字节的标识符E，再然后是将q的数值以二进制原码形式表示为2字节长度标识符G，最后以信息的数据b-p字节；
步骤(3)以上步骤至此，由原始子包X(c)生成了带有标识符E、F、G的子包K(c)，子包长度为b+6字节。
步骤(4)随机生成j个虚假信息数据子包Z(j)，长度b+2字节，j的数值由发送方随机定义。将标识符E、F随机插入子包Z中，生成子包R(j)，长度b+6字节。
步骤(5)将R(j)随机插入到K(c)之间，生成新的包含虚假数据包N。
步骤(6)定义发送装置IP头部为20字节。
步骤(7)定义发送装置TCP头部为24字节，选项字段kind＝2，发送方的TCP最大报文段长度为b+6字节。
发送装置按照TCP/IP协议向接收方发送数据包N，则此时发送的每个数据帧如图5所示，图5为本发明发送装置发送的数据包示意图。至此，发送端完成数据发送步骤。
其中，所述接收装置步骤如下：
步骤1.接收装置接收到发送方传来的数据帧，按照TCP/IP协议，去除IP头部与TCP头部，生成数据包W(d)；
步骤2.查找数据包中的W(d)中的标识符E，找到紧随的后两字节，将此2字节的数据以二进制原码形式转换为十进制，记为S；
(1)当S＞a-50时，则标记此数据包为虚假数据包，弃用；
(2)当S≤a-50时，循环查找紧随E后的第S+3、S+4字节；
A.当第S+3、S+4字节组合后为标识符F时，此数据包标识有用数据包，删除E及紧随E后的2字节，删除标识符F，存储数据包为V(t)，包长度a-50；
B.当第S+3、S+4字节组合后不是标识符F时，弃用；
步骤3.将储存的数据包V(t)依序组合，即可还原为发送端数据M。
实施例3
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1或2所述的一种基于TCP IP协议利用乱序特征码保证5G网络传输保密性及可信性的方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，其特征是：包括发送装置和接收装置两部分组成，发送装置和接收装置通过传输信道相连接；包括以下步骤：步骤1.发送装置和接收装置在出厂时进行匹配，并同时约定条件；步骤2.按照约定条件，利用TCP/IP协议，发送端将需要发送的数据进行拆分重组，接收端对数据进行解包和重组；所述约定条件包括：第1.标识符E，字长2字节；第2.标识符F，字长2字节；所述发送端将需要发送的数据进行拆分重组，包括：
步骤(1)确定与接收方之间的网络最大传输单元,设为a字节；
步骤(2)将需要发送的数据包M拆分为长度为b字节的子包，共计c个；
步骤(3)以上步骤至此，由原始子包X(c)生成了带有标识符E、F、G的子包K(c)，子包长度为b+6字节；
步骤(4)随机生成j个虚假信息数据子包Z(j)，长度b+2字节，j的数值由发送方随机定义；将标识符E、F随机插入子包Z中，生成子包R(j)，长度b+6字节；
步骤(5)将R(j)随机插入到K(c)之间，生成新的包含虚假数据包N；
步骤(6)定义发送装置IP头部为20字节；
步骤(7)定义发送装置TCP头部为24字节，选项字段kind＝2，发送方的TCP最大报文段长度为b+6字节；
发送装置按照TCP/IP协议向接收方发送数据包N，发送端完成数据发送步骤；
所述步骤(2)将需要发送的数据包M拆分为长度为b字节的子包，共计c个；包括如下：子包X(c)，其中c代表子包序号；b＝a-50，对子包X(c)进行操作如下：
①生成一个随机正整数p，范围为0≤p≤b；
②将标识符E放在X(c)的第p位，生成Y(c)；
当p＝0时，表述E在X(c)的帧头；
当p＝b时，标识E在X(c)的帧尾，其他以此类推；
③生成一个随机正整数q，范围为0≤q≤b；将q的数值以二进制原码形式表示为标识符G，长度2字节；
④将标识符G放置于Y(c)，生成帧H(c)；标识符G紧临E，且放置于E后；
⑤将标识符F放置于H(c)，F放置于G后的第q个字节，生成帧K(c)；
其中包括q≤b-p和q＞b-p两种情况；
所述q≤b-p时，帧K(c)总长度为b+6字节，排列规范如下：
首部分为信息的数据p字节，然后发送端和接收端约定好的2字节的标识符E，再将q的数值以二进制原码形式表示为2字节长度标识符G，信息的数据q字节，发送端和接收端约定好的2字节的标识符F，最后以信息的数据b-p-q字节；
当q＞b-p时，帧K(c)的总长度为b+6字节，排列规范如下：
首部分为信息的数据q-(b-p)字节，然后发送端和接收端约定好的2字节的标识符F，再是信息的数据b-q字节，发送端和接收端约定好的2字节的标识符E，再将q的数值以二进制原码形式表示为2字节长度标识符G，最后以信息的数据b-p字节。
2.根据权利要求1所述的基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，其特征是：所述接收端对数据进行解包和重组，包括以下步骤：
步骤1.接收端接收到发送方传来的数据帧，按照TCP/IP协议，去除IP头部与TCP头部，生成数据包W(d)；
步骤2.查找数据包中的W(d)中的标识符E，找到紧随的后两字节，将此2字节的数据以二进制原码形式转换为十进制；
步骤3.将储存的数据包V(t)依序组合，即可还原为发送端数据M。
3.根据权利要求2所述的基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，其特征是：所述查找数据包中的W(d)中的标识符E，找到紧随的后两字节，将此2字节的数据以二进制原码形式转换为十进制时，记为S；
(1)当S＞a-50时，则标记此数据包为虚假数据包，弃用；
(2)当S≤a-50时，循环查找紧随E后的第S+3、S+4字节。
4.根据权利要求3所述的基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置，其特征是：所述当S≤a-50时，循环查找紧随E后的第S+3、S+4字节，包括：
A.当第S+3、S+4字节组合后为标识符F时，此数据包标识有用数据包，删除E及紧随E后的2字节，删除标识符F，存储数据包为V(t)，包长度a-50；
B.当第S+3、S+4字节组合后不是标识符F时，弃用。
5.一种计算机存储介质，其特征是：所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的基于TCP IP协议乱序特征码的5G网络传输保密装置的功能。
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