CN114040388B - 基于网络双工通信的数据安全传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于网络双工通信的数据安全传输方法及系统，涉及网络安全通信技术领域，其技术方案要点是：发送端和接收端均同步配置随机生成程序和筛选过滤程序；依据发送侧的随机生成程序生成嵌入干扰信息序列，并将嵌入干扰信息序列与已加密的待传输数据对位嵌入融合后得到目标传输数据，以及通过发送端、接收端之间的通信信道对目标传输数据进行传输；依据接收侧的筛选过滤程序生成嵌入位信息截取序列，并依据嵌入位信息截取序列截取所接收的目标传输数据中对应嵌入位的信息，以及将剩余信息按序连接并解密处理后得到待传输数据。本发明增强了不合法节点窃听信号的难度以及信号窃听后的解密难度，同时降低了消除自干扰的难度。

Description

基于网络双工通信的数据安全传输方法及系统

技术领域

本发明涉及网络安全通信技术领域，更具体地说，它涉及基于网络双工通信的数据安全传输方法及系统。

背景技术

全双工通信是在相同的时间、频率和信道上进行数据的发送和接收。无线全双工通信技术一直以来都是通信领域研究的热点，但是由于发射和接收链路工作在相同的时、频资源上，发射链路对接收链路会产生强烈的干扰，尤其是靠近发送侧或靠近接收侧的干扰尤为明显，干扰信号比接收信号一般高出100～120dB，所以全双工通信中如何消除自干扰十分重要。

目前，在无线通信系统中，信息传输是在开放空间中实现，所以不仅仅存在作为接收和发送的网络节点，还可能存在窃听信息的不合法节点。现有技术中，一般通过对信息加密、信道安全编码、输送干扰信号(人工噪声)等多种方式来增强不合法节点窃听的难度。而采用干扰波束的方式，由于干扰信号呈非线性，所以会增强消除自干扰的难度；此外，较弱的干扰信号对于信息传输的安全性能影响不大，较强的干扰信号又会占用信道资源。

因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于网络双工通信的数据安全传输方法及系统是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于网络双工通信的数据安全传输方法及系统，本发明通过随机产生作为干扰信号的嵌入干扰信息，并将嵌入干扰信息嵌入到已加密的待传输数据中，既可以增强不合法节点窃听信号的难度，同时还可以增强信号窃听后的解密难度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了基于网络双工通信的数据安全传输方法，包括以下步骤：

发送端和接收端均同步配置随机生成程序和筛选过滤程序；

发送端和/或接收端发送待传输数据：依据发送侧的随机生成程序生成嵌入干扰信息序列，并将嵌入干扰信息序列与已加密的待传输数据对位嵌入融合后得到目标传输数据，以及通过发送端、接收端之间的通信信道对目标传输数据进行传输；

接收端和/或发送端接收待传输数据：依据接收侧的筛选过滤程序生成嵌入位信息截取序列，并依据嵌入位信息截取序列截取所接收的目标传输数据中对应嵌入位的信息，以及将剩余信息按序连接并解密处理后得到待传输数据。

进一步的，所述随机生成程序包括：

第一编码生成单元，用于将历史发送数据库中的历史数据数量输入到编码函数中以确定编码列的长度，并将历史发送数据库中各个历史数据的长度值输入到编码函数中以确定编码列中各个编码的宽度，以及依据编码列的容量从历史发送数据库中调用相应的编码信息后形成编码列；

嵌入空位生成单元，用于结合历史发送数据库中的数据分布情况和待传输数据的长度确定与编码列相同长度的嵌入空位序列；

嵌入序列生成单元，将编码列中的编码信息对应融入到嵌入空位序列中，得到嵌入干扰信息序列。

进一步的，所述嵌入空位序列的确定过程具体为：

根据待传输数据的长度与标准单元长度的比值计算得到嵌入空位的数量；

以嵌入空位的数量为选取值从历史发送数据库选取连续发送时间分布的历史数据，得到相应的历史数据组；

选取多个历史数据组中长度差异性最大的作为标准数据组；

以标准数据组中各个历史数据间的长度比确定嵌入空位序列中相应嵌入空位之间的间距比，得到嵌入空位序列。

进一步的，所述标准单元长度以确保嵌入空位的计算数量为唯一的最大整解进行实时匹配。

进一步的，所述筛选过滤程序括：

第二编码生成单元，用于将历史接收数据库中的历史数据数量输入到编码函数中以确定编码列的长度，并将历史接收送数据库中各个历史数据的长度值输入到编码函数中以确定编码列中各个编码的宽度，以及依据编码列的容量从历史接收数据库中调用相应的编码信息后形成编码列；

嵌入位反解单元，用于结合历史接收数据库中的数据分布情况和目标传输数据的长度反求解与编码列相同长度的嵌入位序列；

嵌入信息截取单元，用于依据嵌入位序列将所接收的目标传输数据中与编码列所记载编码信息一一对应的嵌入信息全部截取，并将剩余信息按序拼接后得到加密状态的待传输数据。

进一步的，所述历史发送数据库、历史接收数据库均定时清理编码利用率达到基准值的数据。

进一步的，所述嵌入干扰信息序列设有定位标签，定位标签嵌入随机生成程序生成嵌入干扰信息序列的随机生成参数；所述筛选过滤程序通过识别定位标签来读取随机生成参数，并依据随机生成参数直接生成嵌入位信息截取序列。

进一步的，所述发送端和接收端为网络节点、基站、移动终端中的任意一种。

进一步的，所述嵌入干扰信息序列中的信息采用不同于待传输数据加密方式的加密算法进行加密处理。

第二方面，提供了基于网络双工通信的数据安全传输系统，包括至少一个发送端和至少一个接收端，发送端与接收端之间确定有至少一个通信信道，所述发送端和接收端均同步配置有随机生成程序和筛选过滤程序；

发送端和/或接收端发送待传输数据：依据发送侧的随机生成程序生成嵌入干扰信息序列，并将嵌入干扰信息序列与已加密的待传输数据对位嵌入融合后得到目标传输数据，以及通过发送端、接收端之间的通信信道对目标传输数据进行传输；

接收端和/或发送端接收待传输数据：依据接收侧的筛选过滤程序生成嵌入位信息截取序列，并依据嵌入位信息截取序列截取所接收的目标传输数据中对应嵌入位的信息，以及将剩余信息按序连接并解密处理后得到待传输数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提出的基于网络双工通信的数据安全传输方法，通过随机产生作为干扰信号的嵌入干扰信息，并将嵌入干扰信息嵌入到已加密的待传输数据中，嵌入干扰信息在传输过程可以随时脱离，也可以始终保持连接，然后对接收到的目标传输数据中相应位置的信息进行筛选过滤，即可实现干扰信号与待传输数据的分类，增强了不合法节点窃听信号的难度以及信号窃听后的解密难度，同时降低了消除自干扰的难度，且筛选过滤的信号还可以为消除自干扰提供参考数据；

2、本发明中的嵌入干扰信息依据发送侧的历史数据分布情况进行自动生成，且对接收侧的目标传输数据进行筛选过滤时依据接收侧的历史数据分布情况进行自动处理，在接收侧、发送侧之间没有干扰信号的相关信息通过通信信道传输的情况下，不合法节点的能够破解加密数据的难度相比破解传统加密技术的难度更大，且接收侧、发送侧能够保持处理，适用于保密性要求较高的信息传输；

3、本发明还将随机生成嵌入干扰信息序列的随机生成参数作为可识别的嵌入信息嵌入到待传输数据中进行传输，应用于数据传输频率高、网络节点存储容量较小的场景时，能够有效提升数据传输的工作效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例中的流程图；

图2是本发明实施例中的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：基于网络双工通信的数据安全传输方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：发送端和接收端均同步配置随机生成程序和筛选过滤程序；

S2：发送待传输数据时：依据发送侧的随机生成程序生成嵌入干扰信息序列，并将嵌入干扰信息序列与已加密的待传输数据对位嵌入融合后得到目标传输数据，以及通过发送端、接收端之间的通信信道对目标传输数据进行传输；

S3：接收待传输数据时：依据接收侧的筛选过滤程序生成嵌入位信息截取序列，并依据嵌入位信息截取序列截取所接收的目标传输数据中对应嵌入位的信息，以及将剩余信息按序连接并解密处理后得到待传输数据。

需要说明的是，本发明提供的数据安全传输方法还可以应用于时分双工通信、频分双工通信。

本发明通过随机产生作为干扰信号的嵌入干扰信息，并将嵌入干扰信息嵌入到已加密的待传输数据中，嵌入干扰信息在传输过程可以随时脱离，也可以始终保持连接，然后对接收到的目标传输数据中相应位置的信息进行筛选过滤，即可实现干扰信号与待传输数据的分类，增强了不合法节点窃听信号的难度以及信号窃听后的解密难度，同时降低了消除自干扰的难度，且筛选过滤的信号还可以为消除自干扰提供参考数据。

为了进一步增强信息传输的安全性，随机生成程序的嵌入处理以及筛选过滤程序的截取处理在相应的发送侧、接收侧独立完成，不经过通信信息传输存在相关的信息。

为此，本发明设计的随机生成程序包括第一编码生成单元、嵌入空位生成单元以及嵌入序列生成单元。

其中，第一编码生成单元，用于将历史发送数据库中的历史数据数量输入到编码函数中以确定编码列的长度，并将历史发送数据库中各个历史数据的长度值输入到编码函数中以确定编码列中各个编码的宽度，以及依据编码列的容量从历史发送数据库中调用相应的编码信息后形成编码列。嵌入空位生成单元，用于结合历史发送数据库中的数据分布情况和待传输数据的长度确定与编码列相同长度的嵌入空位序列。嵌入序列生成单元，将编码列中的编码信息对应融入到嵌入空位序列中，得到嵌入干扰信息序列。

此外嵌入空位序列的确定过程具体为：根据待传输数据的长度与标准单元长度的比值计算得到嵌入空位的数量；以嵌入空位的数量为选取值从历史发送数据库选取连续发送时间分布的历史数据，得到相应的历史数据组；选取多个历史数据组中长度差异性最大的作为标准数据组；以标准数据组中各个历史数据间的长度比确定嵌入空位序列中相应嵌入空位之间的间距比，得到嵌入空位序列。

需要说明的是，差异性计算可采用方差计算、均方差计算等方式；另外，确定间距比时应保持一致性，例如：A、B、C说那个历史数据的长度值分别为600、300、200，假设嵌入空位序列有三个嵌入空位a、b、c，则应保持ab之间的距离为600n，bc之间的距离为300n，c至待传输数据末尾位置的距离为200n，n既可以是大于0的正数，又可以是小于0的正数。又或者，保持待传输数据起始位置至a之间的距离为600n，ab之间的距离为300n，bc之间的距离为200n。

此外，标准单元长度以确保嵌入空位的计算数量为唯一的最大整解进行实时匹配。例如，有两个或者多个正整数解时，选取最大的解作为唯一解。

筛选过滤程序括第二编码生成单元、嵌入位反解单元以及嵌入信息截取单元。

其中，第二编码生成单元，用于将历史接收数据库中的历史数据数量输入到编码函数中以确定编码列的长度，并将历史接收送数据库中各个历史数据的长度值输入到编码函数中以确定编码列中各个编码的宽度，以及依据编码列的容量从历史接收数据库中调用相应的编码信息后形成编码列。嵌入位反解单元，用于结合历史接收数据库中的数据分布情况和目标传输数据的长度反求解与编码列相同长度的嵌入位序列。嵌入信息截取单元，用于依据嵌入位序列将所接收的目标传输数据中与编码列所记载编码信息一一对应的嵌入信息全部截取，并将剩余信息按序拼接后得到加密状态的待传输数据。

本发明中的嵌入干扰信息依据发送侧的历史数据分布情况进行自动生成，且对接收侧的目标传输数据进行筛选过滤时依据接收侧的历史数据分布情况进行自动处理，在接收侧、发送侧之间没有干扰信号的相关信息通过通信信道传输的情况下，不合法节点的能够破解加密数据的难度相比破解传统加密技术的难度更大，且接收侧、发送侧能够保持处理，适用于保密性要求较高的信息传输；

需要说明的是，随机生成程序和筛选过滤程序中的编码函数原理一致，且嵌入空位与嵌入位的计算实质为逆计算求解过程，在此不作过多描述。

为了保证历史数据高频率利用而出现一定风险，历史发送数据库、历史接收数据库均定时清理编码利用率达到基准值的数据。

发送端和接收端为网络节点、基站、移动终端中的任意一种。

嵌入干扰信息序列中的信息采用不同于待传输数据加密方式的加密算法进行加密处理。

实施例2：基于网络双工通信的数据安全传输方法，实施例2与实施例1的不同之处在于：考虑到数据传输频率高、网络节点存储容量较小应用场景，为此，嵌入干扰信息序列设有定位标签，定位标签嵌入随机生成程序生成嵌入干扰信息序列的随机生成参数。筛选过滤程序通过识别定位标签来读取随机生成参数，并依据随机生成参数直接生成嵌入位信息截取序列。

本发明将随机生成嵌入干扰信息序列的随机生成参数作为可识别的嵌入信息嵌入到待传输数据中进行传输，应用于数据传输频率高、网络节点存储容量较小的场景时，能够有效提升数据传输的工作效率。

实施例3：基于网络双工通信的数据安全传输系统，如图2所示，包括至少一个发送端和至少一个接收端，发送端与接收端之间确定有至少一个通信信道，发送端和接收端均同步配置有随机生成程序和筛选过滤程序。

发送待传输数据：依据发送侧的随机生成程序生成嵌入干扰信息序列，并将嵌入干扰信息序列与已加密的待传输数据对位嵌入融合后得到目标传输数据，以及通过发送端、接收端之间的通信信道对目标传输数据进行传输。

接收待传输数据：依据接收侧的筛选过滤程序生成嵌入位信息截取序列，并依据嵌入位信息截取序列截取所接收的目标传输数据中对应嵌入位的信息，以及将剩余信息按序连接并解密处理后得到待传输数据。

工作原理：通过随机产生作为干扰信号的嵌入干扰信息，并将嵌入干扰信息嵌入到已加密的待传输数据中，嵌入干扰信息在传输过程可以随时脱离，也可以始终保持连接，然后对接收到的目标传输数据中相应位置的信息进行筛选过滤，即可实现干扰信号与待传输数据的分类，增强了不合法节点窃听信号的难度以及信号窃听后的解密难度，同时降低了消除自干扰的难度，且筛选过滤的信号还可以为消除自干扰提供参考数据。

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。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，包括以下步骤：

发送端和接收端均同步配置随机生成程序和筛选过滤程序；

发送端和/或接收端发送待传输数据：依据发送侧的随机生成程序生成嵌入干扰信息序列，并将嵌入干扰信息序列与已加密的待传输数据对位嵌入融合后得到目标传输数据，以及通过发送端、接收端之间的通信信道对目标传输数据进行传输；

接收端和/或发送端接收待传输数据：依据接收侧的筛选过滤程序生成嵌入位信息截取序列，并依据嵌入位信息截取序列截取所接收的目标传输数据中对应嵌入位的信息，以及将剩余信息按序连接并解密处理后得到待传输数据；

所述随机生成程序包括：

第一编码生成单元，用于将历史发送数据库中的历史数据数量输入到编码函数中以确定编码列的长度，并将历史发送数据库中各个历史数据的长度值输入到编码函数中以确定编码列中各个编码的宽度，以及依据编码列的容量从历史发送数据库中调用相应的编码信息后形成编码列；

嵌入空位生成单元，用于结合历史发送数据库中的数据分布情况和待传输数据的长度确定与编码列相同长度的嵌入空位序列；

嵌入序列生成单元，将编码列中的编码信息对应融入到嵌入空位序列中，得到嵌入干扰信息序列。

2.根据权利要求1所述的基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，所述嵌入空位序列的确定过程具体为：

根据待传输数据的长度与标准单元长度的比值计算得到嵌入空位的数量；

以嵌入空位的数量为选取值从历史发送数据库选取连续发送时间分布的历史数据，得到相应的历史数据组；

选取多个历史数据组中长度差异性最大的作为标准数据组；

以标准数据组中各个历史数据间的长度比确定嵌入空位序列中相应嵌入空位之间的间距比，得到嵌入空位序列。

3.根据权利要求2所述的基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，所述标准单元长度以确保嵌入空位的计算数量为唯一的最大整解进行实时匹配。

4.根据权利要求1所述的基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，所述筛选过滤程序包括：

第二编码生成单元，用于将历史接收数据库中的历史数据数量输入到编码函数中以确定编码列的长度，并将历史接收数据库中各个历史数据的长度值输入到编码函数中以确定编码列中各个编码的宽度，以及依据编码列的容量从历史接收数据库中调用相应的编码信息后形成编码列；

嵌入位反解单元，用于结合历史接收数据库中的数据分布情况和目标传输数据的长度反求解与编码列相同长度的嵌入位序列；

嵌入信息截取单元，用于依据嵌入位序列将所接收的目标传输数据中与编码列所记载编码信息一一对应的嵌入信息全部截取，并将剩余信息按序拼接后得到加密状态的待传输数据。

5.根据权利要求4所述的基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，所述历史发送数据库和历史接收数据库均定时清理编码利用率达到基准值的数据。

6.根据权利要求1所述的基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，所述嵌入干扰信息序列设有定位标签，定位标签嵌入随机生成程序生成嵌入干扰信息序列的随机生成参数；所述筛选过滤程序通过识别定位标签来读取随机生成参数，并依据随机生成参数直接生成嵌入位信息截取序列。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，所述发送端和接收端为网络节点、基站和移动终端中的任意一种。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的基于网络双工通信的数据安全传输方法，其特征是，所述嵌入干扰信息序列中的信息采用不同于待传输数据加密方式的加密算法进行加密处理。

9.网络双工通信的数据安全传输系统，包括至少一个发送端和至少一个接收端，发送端与接收端之间确定有至少一个通信信道，其特征是，所述发送端和接收端均同步配置有随机生成程序和筛选过滤程序；

发送端和/或接收端发送待传输数据：依据发送侧的随机生成程序生成嵌入干扰信息序列，并将嵌入干扰信息序列与已加密的待传输数据对位嵌入融合后得到目标传输数据，以及通过发送端、接收端之间的通信信道对目标传输数据进行传输；

接收端和/或发送端接收待传输数据：依据接收侧的筛选过滤程序生成嵌入位信息截取序列，并依据嵌入位信息截取序列截取所接收的目标传输数据中对应嵌入位的信息，以及将剩余信息按序连接并解密处理后得到待传输数据；

所述随机生成程序包括：

第一编码生成单元，用于将历史发送数据库中的历史数据数量输入到编码函数中以确定编码列的长度，并将历史发送数据库中各个历史数据的长度值输入到编码函数中以确定编码列中各个编码的宽度，以及依据编码列的容量从历史发送数据库中调用相应的编码信息后形成编码列；

嵌入空位生成单元，用于结合历史发送数据库中的数据分布情况和待传输数据的长度确定与编码列相同长度的嵌入空位序列；

嵌入序列生成单元，将编码列中的编码信息对应融入到嵌入空位序列中，得到嵌入干扰信息序列。

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