CN112560111B - 一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法及装置，涉及物联网安全技术领域，在数据采集时，对数据进行两层安全哈希算法加密，并在采集机上与数据库中，分别记录数据的信息摘要；定期主动巡检数据，在数据被篡改后，主动发现并告警，在数据查询接口，主动发现被篡改数据，并自动尝试数据修复。本发明有益效果：多层次多方面地对数据进行监管和保护，有效防止数据被篡改。

Description

一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法及装置
技术领域
本发明属于物联网安全技术领域，具体涉及一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法及装置。
背景技术
在物联网环境，尤其是能源类物联网中，有大量数据需定时采集至大数据中心，供上层平台做业务分析和决策依据。在此流程中，需保护采集到的数据不被利益相关方所篡改。
目前主流的数据保护方案都集中于权限控制上，通过对登陆和数据传输进行认证的方式，限制数据平台以外的节点连接上来，操作数据。这类方案中，一旦认证过程被攻破，数据平台既无法防止数据被污染，也无法在事后准确识别出脏数据，更难以直接恢复数据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法及装置，解决现有数据保护方案容易被攻破且攻破后无法防止数据污染及难以恢复等问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明的第一方面，提供一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法，包括以下步骤：
1、采集入库：对被采集数据进行两次安全哈希算法加密，并将加密后的采集数据写入数据库中；
2、数据巡检：定时扫描数据库，根据数据源与数据周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法进行处理，处理后与数据库所存储的信息进行对比判断数据入库后是否被篡改过；
3、查询校验：主动查询发现数据被篡改的风险并对已被篡改的数据进行溯源查询获取真实数据修正数据库。
本发明所述步骤(1)使用的加密方法为MD5或SHA1。
本发明所述步骤(1)具体包括：
1.1、数据采集时，在采集机上，对被采集数据逐条采用安全哈希算法计算其信息摘要；
1.2、从信息摘要中截取前N位和后M位字段出来，拼接成一个新的字符串，即信息摘要片段，将信息摘要片段作为采集数据的一部分，追加在采集数据之后；
1.3、将步骤1.2操作后的采集数据落地写入文件；
1.4、将写入文件中的所有信息摘要片段按字符串排序后，拼成一个长字符串，并对拼成的长字符串采用安全哈希算法计算其信息摘要；
1.5、将采集机主机相关信息、采集数据文件名、步骤1.4采用安全哈希算法计算出的信息摘要、采集时间及该文件中的信息摘要列表建立映射关系：主机-文件-摘要-时间-摘要片段；
1.6、将采集数据含信息摘要片段写入数据库表中，将上述主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系写入数据库的另一张表中；数据库底层使用支持登记数据操作版本号与时间戳的数据库组件，采集机和数据库中分别持久化留存一份主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系数据。
本发明所述步骤1.6中使用的数据库组件为HBase。
本发明所述步骤2数据巡检以判断数据是否被篡改过的具体方法为：
2.1、定时扫描数据库，根据数据源与采集周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法计算信息摘要，从信息摘要中截取前N位和后M位字段出来，拼接成一个新的字符串，即信息摘要片段，将新计算出的信息摘要片段与字段中所存储的信息摘要片段进行比对，如果两者不一致，判断该批数据入库后被篡改过；
2.2、将同批数据的信息摘要片段按字符串排序后，拼成一个长字符串，并对长字符串重新采用安全哈希算法计算一次信息摘要，通过该信息摘要反查主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系表，找到对应的采集周期，如果在映射关系表中找不到对应记录，判断该批数据入库后被篡改过；如果关联出的数据采集周期与数据记录中实际的采集时间相关字段不符，判断该批数据被篡改过；
2.4、发现数据被篡改过后，主动发送数据被篡改告警，并在告警详情中提供被篡改数据主键、数据采集主机、数据采集时间、数据采集落地文件的信息。
本发明所述步骤3的具体方法为：如果数据被篡改，在数据巡检被发现之前或者数据已告警但未修复之前，有上层查询类应用从库表中尝试查询该数据，则对查询接口进行保护，包括：
3.1、数据查询接口从数据库中查询数据，选择同时查询近X个历史版本数据，如果接口发现某条或某几条数据，查询出Y个不同版本的数据，则认为该数据有被篡改风险，该数据已不可信；
3.2、查询接口取出最老版本的信息摘要片段字段，登陆采集机，从采集机上留存的主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系数据中，找到该摘要片段所对应的原始文件，从中找到数据真实采集值；
3.3、查询接口将只有1个历史版本的可信数据，与通过上述操作从原始采集上获取到的修正数据拼接在一起，返回查询结果。
本发明的第二方面，提供一种适用于物联网的时序数据采集防篡改装置，其特征在于，包括：
数据采集入库模块：用于采集数据并对被采集数据进行两次安全哈希算法加密，将加密后的采集数据写入数据库中；
数据巡检模块：用于定时扫描数据库，根据数据源与数据周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法进行处理，处理后与数据库所存储的信息进行对比判断数据入库后是否被篡改过，主动发现被篡改数据并告警；
查询校验模块：用于主动查询发现数据被篡改的风险并对已被篡改的数据进行溯源查询获取真实数据修正数据库。
本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面中任一项所述的方法。
本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如本发明第一方面中任一项所述的方法。
本发明的有益效果是：本发明从以下三个层面进行保护防止数据被篡改：
(1)本发明在数据采集时，对数据进行两层安全哈希算法加密，第一次是针对单条记录进行加密，第二次是针对多条记录的加密结果拼接后做二次加密，降低数据被篡改的风险；
(2)在采集机上与数据库中，分别记录数据的信息摘要，定期主动巡检数据库中的数据，在数据被篡改后，可主动发现并告警；
(3)在数据查询接口，主动发现被篡改数据，并自动引用源采集机上原始数据进行数据修复，在数据层面进行防篡改保护。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1为本发明数据采集入库的整体流程示意图；
图2为本发明数据巡检的整体流程示意图；
图3为本发明查询校验的整体流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明提供了一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法，主要包括采集入库、数据巡检、查询校验三个流程。
时序数据是指时间序列数据。时间序列数据是统一指标按时间顺序记录的数据列。在同一数据序列中的各个数据必须是同口径的，要求具有可比性。时序数据可以是时期数，也可以是时点数。本发明也可以用于其他类型数据。
下面针对每个流程作详细介绍。
(1)采集入库：
1.1、在数据采集时，在采集机上，对被采集数据逐条采用安全哈希算法(如MD5或SHA1)，计算其信息摘要。安全哈希算法具有两大优点：一是计算结果不可逆，无法通过加密后的数据反推出加密前的数据；二是加密结果是固定长度的，不受被加密数据的长度影响；
1.2、从步骤1得到的信息摘要中截取前N位和后M位字段，拼接成一个新的字符串，即信息摘要片段，将信息摘要片段作为采集数据的一部分，追加在采集数据之后；
1.3、将步骤2操作后的采集数据落地写入文件，落地即从内存写入磁盘；
1.4、将上述写入文件中的所有信息摘要片段按字符串排序后，拼成一个长字符串，并对该长字符串重新采用安全哈希算法计算一次信息摘要；
1.5、将采集机主机相关信息(如主机名、主机IP)、采集数据文件名、步骤4计算出的信息摘要、采集时间及该文件中的信息摘要列表建立映射关系；
1.6、将采集数据(含信息摘要片段)写入数据库表中，将上述主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系写入数据库的另一张表中；
1.7、数据库底层使用支持登记数据操作版本号与时间戳的数据库组件，如HBase；
1.8、采集机和数据库中，分别持久化留存一份主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系数据。
采用两次安全哈希算法加密：第一次是针对单条记录进行加密，第二次是针对多条记录的加密结果拼接后做二次加密。如果只有一次加密，篡改者仍然有可能通过类似撞库的方式获取到加密前的原始值，但是二次加密后，基本上无法获取原始信息。
(2)数据巡检：
1.1、定时扫描数据库，根据数据源与采集周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法计算信息摘要；
1.2、从信息摘要中截取前N位和后M位字段出来，拼接成一个新的字符串，即信息摘要片段；
1.3、新计算出的信息摘要片段与字段中所存储的信息摘要片段进行比对，如果两者不一致，即可推知该批数据入库后被篡改过；
1.4、将同批数据的信息摘要片段按字符串排序后，拼成一个长字符串，并对其重新采用安全哈希算法计算一次信息摘要；
1.5、在数据库，通过信息摘要反查主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系表，找到对应的采集周期；
1.6如果在映射关系表中找不到对应记录，即可推知该批数据入库后被篡改过；
1.7、如果关联出的数据采集周期与数据记录中实际的采集时间相关字段不符，亦可推知该批数据被篡改过。
发现数据被篡改过后，可主动发送数据被篡改告警，并在告警详情中提供被改数据主键、数据采集主机、数据采集时间、数据采集落地文件等信息。
(3)查询校验：如果数据被篡改，在数据巡检被发现之前，或数据已告警但未修复之前，有上层查询类应用从库表中尝试查询该数据，则需对查询接口进行保护，具体方法为：
1.1、数据查询接口从数据库中查询数据时，选择同时查询近X个历史版本数据；如果接口发现某条或某几条数据，查询出了Y个不同版本的数据，即认为该数据有被篡改风险，该数据已不可信；这里的历史版本是针对数据库本身或者查询接口的配置，如配置在数据库中留存同一数据存储的5个历史版本，或者指定在查询接口中，如果某个数据在历史上曾经被修改过，则把最近5次修改的数据都响应回来，不同版本是指实际上数据在库中被修改的版本数；
1.2、查询接口取出最老版本的信息摘要片段字段，登陆采集机，从采集机上留存的主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系数据中，找到该摘要片段所对应的原始文件，从中找到数据真实采集值；
1.3、查询接口将只有1个历史版本的可信数据与通过上述操作从原始采集上获取到的修正数据拼接在一起，返回查询结果。
查询校验的目的：一是主动发现数据有不可依赖的风险；二是可以对数据进行溯源查询，获取真实数据。
本发明在数据采集时，对数据进行两层安全哈希算法加密，在采集机上与数据库中，分别记录数据的信息摘要，定期主动巡检数据，在数据被篡改后，可主动发现并告警，在数据查询接口，主动发现被篡改数据，并自动尝试数据修复。多层次地保护数据，防止被篡改。
一种适用于物联网的时序数据采集防篡改装置，其特征在于，包括：
数据采集入库模块：用于采集数据并对被采集数据进行两次安全哈希算法加密，将加密后的采集数据写入数据库中；
数据巡检模块：用于定时扫描数据库，根据数据源与数据周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法进行处理，处理后与数据库所存储的信息进行对比判断数据入库后是否被篡改过，主动发现被篡改数据并告警；
查询校验模块：用于主动查询发现数据被篡改的风险并对已被篡改的数据进行溯源查询获取真实数据修正数据库。
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面中所述的方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如本发明第一方面中任一项所述的方法。

Claims (9)

1.一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法，其特征在于：包括以下步骤：
1、采集入库：对被采集数据进行两次安全哈希算法加密，并将加密后的采集数据写入数据库中；所述采集入库具体包括：
1.1、数据采集时，在采集机上，对被采集数据逐条采用安全哈希算法计算其信息摘要；
1.2、从信息摘要中截取前N位和后M位字段出来，拼接成一个新的字符串，即信息摘要片段，将信息摘要片段作为采集数据的一部分，追加在采集数据之后；
1.3、将步骤1.2操作后的采集数据落地写入文件；
1.4、将写入文件中的所有信息摘要片段按字符串排序后，拼成一个长字符串，并对拼成的长字符串采用安全哈希算法计算其信息摘要；
1.5、将采集机主机相关信息、采集数据文件名、步骤1.4采用安全哈希算法计算出的信息摘要、采集时间及该文件中的信息摘要列表建立映射关系：主机-文件-摘要-时间-摘要片段；
1.6、将采集数据含信息摘要片段写入数据库表中，将上述主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系写入数据库的另一张表中；数据库底层使用支持登记数据操作版本号与时间戳的数据库组件，采集机和数据库中分别持久化留存一份主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系数据。
2.数据巡检：定时扫描数据库，根据数据源与数据周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法进行处理，处理后与数据库所存储的信息进行对比判断数据入库后是否被篡改过，主动发现被篡改数据并告警；
3、查询校验：主动查询发现数据被篡改的风险并对已被篡改的数据进行溯源查询获取真实数据修正数据库。
3.根据权利要求1所述的一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法，其特征在于：所述步骤（1）使用的加密方法为MD5或SHA1。
4.根据权利要求1所述的一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法，其特征在于：所述步骤1.6中使用的数据库组件为HBase。
5.根据权利要求1所述的一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法，其特征在于：所述步骤2数据巡检以判断数据是否被篡改过的具体方法为：
2.1、定时扫描数据库，根据数据源与采集周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法计算信息摘要，从信息摘要中截取前N位和后M位字段出来，拼接成一个新的字符串，即信息摘要片段，将新计算出的信息摘要片段与字段中所存储的信息摘要片段进行比对，如果两者不一致，判断该批数据入库后被篡改过；
2.2、将同批数据的信息摘要片段按字符串排序后，拼成一个长字符串，并对长字符串重新采用安全哈希算法计算一次信息摘要，通过该信息摘要反查主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系表，找到对应的采集周期，如果在映射关系表中找不到对应记录，判断该批数据入库后被篡改过；如果关联出的数据采集周期与数据记录中实际的采集时间相关字段不符，判断该批数据被篡改过；
2.4、发现数据被篡改过后，主动发送数据被篡改告警，并在告警详情中提供被篡改数据主键、数据采集主机、数据采集时间、数据采集落地文件的信息。
6.根据权利要求1所述的一种适用于物联网的时序数据采集防篡改方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：如果数据被篡改，在数据巡检被发现之前或者数据已告警但未修复之前，有上层查询类应用从库表中尝试查询该数据，则对查询接口进行保护，包括：
3.1、数据查询接口从数据库中查询数据，选择同时查询近X个历史版本数据，如果接口发现某条或某几条数据，查询出Y个不同版本的数据，则认为该数据有被篡改风险，该数据已不可信；
3.2、查询接口取出最老版本的信息摘要片段字段，登陆采集机，从采集机上留存的主机-文件-摘要-时间-摘要片段的映射关系数据中，找到该摘要片段所对应的原始文件，从中找到数据真实采集值；
3.3、查询接口将只有1个历史版本的可信数据，与通过上述操作从原始采集上获取到的修正数据拼接在一起，返回查询结果。
7.根据权利要求1所述的适用于物联网的时序数据采集防篡改方法的时序数据采集防篡改装置，其特征在于，包括：
数据采集入库模块：用于采集数据并对被采集数据进行两次安全哈希算法加密，将加密后的采集数据写入数据库中；
数据巡检模块：用于定时扫描数据库，根据数据源与数据周期，分批对各数据重新采用安全哈希算法进行处理，处理后与数据库所存储的信息进行对比判断数据入库后是否被篡改过，主动发现被篡改数据并告警；
查询校验模块：用于主动查询发现数据被篡改的风险并对已被篡改的数据进行溯源查询获取真实数据修正数据库。
8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~5中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1~5中任一项所述的方法。
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