CN115567320A - 基于微服务架构的物联网平台数据管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据传输领域，具体涉及基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，包括：将各个微服务数据转换为定长二进制编码；获取各个拆分层；根据各个加密组合得到各个新的拆分数据；根据各个拆分层中各种数据类型出现的频率以及各种数据类型对应的新的拆分数据得到各种数据类型的差异程度；根据各个拆分层中各种数据类型的差异程度得到各个加密组合的优选程度，进而得到各个拆分层的最优密钥及最优运算规则；使用各个拆分层的最优密钥与最优运算规则对各个拆分层数据分别进行加密，对加密后的微服务数据进行传输。本发明自适应获取微服务数据的最优密钥以及最优运算法则，以增大密文数据与原数据的差异，提高了破解难度。

Description

基于微服务架构的物联网平台数据管理方法

技术领域

本发明涉及数据传输领域，具体涉及基于微服务架构的物联网平台数据管理方法。

背景技术

微服务架构是将大型复杂的单体架构进行任务划分，每个微服务根据其负责的具体业务职责提炼为单一的业务功能，可以有效地降低业务的耦合程度；与此同时，每一种微服务又能在架构中相互配合、密切协同，有效降低应用的复杂度、提高功能复用、缩短开发周期和适应资源弹性伸缩。但各个微服务均部署在相对较为开放共享运行环境下，各个微服务中的数据安全不能得到保证，因此需要对相应的数据进行加密。

传统数据加密通常采用置乱加密，通过混沌映射生成对应的混沌序列，根据混沌序列对数据进行置乱以达到隐藏明文的目的。但每个微服务根据其负责的具体业务职责提炼为单一的业务功能，对应的业务数据相似性较高，极易造成相同的业务数据进行位置置换，无法达到隐藏信息的效果。

发明内容

本发明提供基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，以解决现有的问题。

本发明的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法采用如下技术方案：

本发明一个实施例提供了基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，该方法包括以下步骤：

采集待加密传输的微服务数据，将采集到的各个微服务数据转换为若干定长二进制编码；

对各个定长二进制编码进行分层处理，得到各个拆分层；将不同密钥与不同的运算规则进行两两组合，得到各个加密组合；使用各个加密组合对各个拆分层中各个拆分数据进行处理，得到各个新的拆分数据；根据各个拆分层中各种数据类型出现的频率以及所述各种数据类型对应的新的拆分数据得到所述各种数据类型的差异程度；将各个拆分层中各种数据类型的差异程度的累加和作为所述各个加密组合的优选程度；将各个拆分层对应的所有加密组合中，优选程度最大的加密组合作为各个拆分层的最优加密组合，将所述最优加密组合中的密钥以及运算规则分别记为所述各个拆分层的最优密钥以及最优运算规则；

使用各个拆分层的最优密钥与最优运算规则对各个拆分层数据分别进行加密，对加密后的微服务数据进行加密传输。

优选的，所述各个拆分层的获取方法为：

将各个定长二进制编码中，每固定长度的二进制数作为一个拆分数据，所有定长二进制编码中相同序号的拆分数据构成了对应的拆分层。

优选的，所述各种数据类型是指：将各个拆分层中，数据值相同的拆分数据作为一种数据类型，数据值不相同的拆分数据构成了各个拆分层的各种数据类型。

优选的，所述各个新的拆分数据的获取方法为：

对于一个拆分层中的一个拆分数据，将所述拆分数据与各个加密组合中的密钥按照所述各个加密组合中的运算规则进行运算，所得结果即为新的拆分数据；同理，使用各个加密组合对各个拆分层中的各个拆分数据进行运算，得到各个新的拆分数据。

优选的，所述各种数据类型的差异程度的获取方法为：

将各个拆分层中各种数据类型对应的各个新的拆分数据替换掉对应的定长二进制编码中的相应位置的二进制数，得到各个新的定长二进制编码，将各个新的定长二进制编码对应的十进制数与原来定长二进制编码对应的十进制数之间差值的绝对值，将所有绝对值的累加和与所述各种数据类型的出现频率之间的乘积作为各种数据类型的差异程度。

优选的所述相应位置是指：根据各个新的拆分数据所在拆分层的序号，得到各个新的拆分数据在定长二进制编码中的位数；根据各个新的拆分数据在所处拆分层中的拆分数据序号得到各个新的拆分数据对应的微服务数据序号，根据各个新的拆分数据对应的微服务数据序号以及对应的定长二进制编码中的位数得到各个新的拆分数据的替换位置，所述替换位置即为所述相应位置。

本发明的有益效果是：首先利用进制转换获取各个微服务数据的定长二进制编码，对定长二进制编码进行拆分分层，通过使用不同密钥与不同运算规则对各个拆分层的各个拆分数据进行运算，破坏原本的微服务数据中的关联性与原微服务数据本身所蕴含的信息，保证原文的安全性；通过获取各个拆分层的最优的密钥与最优运算规则，再利用各个拆分层的最优密钥与最优运算规则对各个拆分层中的各个拆分数据进行转换，使得对应拆分层与原始数据的差异大大增加，大大增加破解难度，进而提高微服务数据的私密性，达到安全传输的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法的步骤流程图；

图2为本发明的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法的微服务架构示意图；

图3为本发明的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法的拆分分层示意图；

图4为本发明的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法的运算结果效果图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：采集待加密传输的微服务数据，将采集到的数据转换为各个定长二进制编码。

微服务架构的目的是有效的拆分应用，实现敏捷开发和部署，微服务架构是一系列独立的服务共同组成的系统，其架构示意图如图2所示，每个服务单独部署，运行在自己的进程中，每个服务为单独的业务开发，因此需要系统进行协调运行，不同微服务直接进行数据库的交互。各微服务均部署在相对较为开放共享运行环境下，即数据库中数据的私密性较差，故为了保证各个数据库的安全性，需要对数据库中的数据进行加密。

采集到的待加密传输的微服务数据通常为十进制数据，但是对于计算机而言，计算机处理的数据通常为二进制数据，因此对采集到的十进制的微服务数据进行进制转换，将十进制数据转换为二进制数据。又由于变长编码在进行解码时容易造成错误，因此需要将变长编码转换为定长编码，以便于进行精准解码。例如：132的二进制编码为10000100，2的二进制编码为10，25的二进制编码为11001，若132为采集的待进行加密传输的微服务数据中最大的数据，则将变长编码转换为定长编码时编码的位数以最大的数据长度为基准。又后续进行分层处理时是以2位进行分层的，即需要保证统一的编码长度为偶数，若为奇数，则进行补0。故上述数据进行编码转换后的定长二进制编码为：132--10000100，2--00000010，25—00011001。

步骤102：根据各个定长二进制编码得到各个拆分层；根据各个加密组合得到各个拆分层的各个新的拆分数据；根据各个拆分层中各种数据类型出现的频率以及各种数据类型对应的新的拆分数据计算各种数据类型的差异程度，得到各个拆分层的最优密钥以及最优运算规则。

在二进制编码中，当编码中的某一个数出现变化时，对应的十进制数也会发生变化，出现变化的数越处于二进制编码的高位时，十进制数发生的变化越大，例如2的八位二进制编码为00000010，当八位二进制编码的高位发生变化，二进制编码变为10000010，对应的十进制编码变为130，变化后的十进制数130与原本的十进制数2的差异很多，即可达到隐藏原文与原文关系的目的。因此通过对二进制编码进行分层处理，根据每层数据的分布类型自适应获取最优密钥与最优运算规则，使得加密后的密文与原文之间的差异大且破解难度大，达到对微服务数据加密的目的。

对当前采集到的微服务数据全部进行二进制转换，对转换后的定长二进制编码进行比特分层，即将各个定长二进制编码中，每固定长度的二进制数作为一个拆分数据，各个定长二进制编码中相同序号的拆分数据构成了对应的拆分层，本发明中的固定长度为2，即将每一个微服务数据对应的定长二进制编码中，从左往右第一和第二位的二进制编码提取出来，作为第一层中的拆分数据，从而构成第一拆分层；将每一个微服务数据对应的定长二进制编码中从左往右第三和第四位的二进制编码提取出来，构成第二拆分层，以此类推，得到各个拆分层。由此通过拆分分层后将原始的定长二进制编码序列拆分为多个等大的拆分层，其中拆分层中每一个拆分数据的编码长度为2位，如图3所示。

其中拆分层的序号表示该拆分层中各个拆分数据在定长二进制编码中的位置，例如当拆分层的序号为1时，对应该拆分层中各个拆分数据位于定长二进制编码的第一位和第二位；当拆分层的序号为2时，对应该拆分层中各个拆分数据位于定长二进制编码的第3位和第4位；则当拆分层的序号为n时，对应该拆分层中各个拆分数据位于定长二进制编码的第2n-1位和第2n位；而每个拆分层中的每个拆分数据都从不同的微服务数据对应的定长二进制编码中得到的，且拆分数据的编码长度均为2，因此每个拆分层中，拆分数据的序号对应的是微服务数据的序号。

加密的目的是为了令加密后的密文与原始明文之间存在较大差异，且没有明显的破解规律，即破解难度大。分析发现，若仅考虑第一拆分层，其他层的数全部记为0时，以8位二进制编码为例，11000000的十进制数为192，10000000的十进制数为128，01000000的十进制数为64，00000000的十进制数为0，对于八位二进制编码的第一拆分层而言，若将11编码转换成00、将00编码转换为11、将10编码转换为00、将01编码转换为11，此时转换完成后的二进制数与原来的二进制数据差异足够大。

例如：二进制编码11000000转换为00000000后，原本的十进制数由192变为0，差值为192；将二进制编码11000000转换为10000000后，原本的十进制数由192变为128，差值为64；二进制编码11000000转换为01000000后，原本的十进制数由192变为64，差值为128；由此可知将八位二进制编码的第一拆分层编码中为11的编码转换为00后，对应的十进制数的差异最大，及更能破坏原文之间的关系，达到加密的目的。10、01、00的分析结果同理，将11编码转换成00、将00编码转换为11、将10编码转换为00、将01编码转换为11时，对应的十进制数与原本十进制数的差异达到最大。若想将二进制编码11转换为00，可以采用二进制运算进行转换，二进制编码的代数运算分为加法+、减法-、异或⊕、同或运算⊙，其中代数运算加法、减法、异或、同或运算为现有运算规则，此次不予以详细概述，这些运算规则的运算效果如图4所示。

使用四种运算规则均可以将二进制编码11转换为00，即11与01进行加法运算后的结果为00，11与11进行减法运算后的结果为00，11与11进行异或运算后的结果为00，11与00进行同或运算后的结果为00，由于每一拆分层中各个拆分数据的类型存在差异，因此根据各个拆分层中的各种数据类型出现的频率计算各个拆分层的不同运算规则以及不同密钥的优选程度，以第一拆分层为例，获取该拆分层的最优密钥以及最优运算规则，具体过程如下：

统计第一拆分层中各个数据类型出现的频率，其中拆分数据的数据类型分为四 类，分别为：00、01、10、11，将各个拆分层中各种数据类型出现的次数与各个拆分层中所包 含的拆分数据的总个数的比值作为对应数据类型出现的频率，其中数据类型00对应的出现 频率

可表示为：

式中

表示第一拆分层中数据类型00的出现频率，

表示在第一拆分层中数据 类型00出现的次数，N表示在第一拆分层中拆分数据的总个数。

同理，得到其他数据类型的出现频率，记数据类型01对应的出现频率为

；数据 类型10对应的出现频率为

；数据类型11对应的出现频率为

。

本实施例中的密钥共有四种，包括：00、10、11、01；将这四种密钥与四种运算法则进行两两组合，得到各个加密组合，本发明中共得到的加密组合为16种；然后使用各种加密组合中的密钥与对应的运算法则对第一拆分层中的各个拆分数据进行二进制编码转换，得到各个新的拆分数据，然后将各个新的拆分数据分别代替对应的定长二进制编码中原拆分数据所处的位置，得到各个新的定长二进制编码；根据每个新的定长二进制编码对应的十进制数与其原本的定长二进制编码对应的十进制数之间的差值计算各种加密组合的优选程度；

其中，当选择的加密组合中，密钥为00，运算规则为同或运算时，则同或运算完成 后，原本的00变为11，原本的01变为10，原本的10变为01，原本的11变为00，此时对于数据类 型为00的各个拆分数据与00进行同或操作后，得到各个新的拆分数据，使用各个新的拆分 数据对原本的定长二进制编码进行更新后（即使用新的拆分数据代替对应定长二进制编码 中原本的拆分数据），得到各个新的定长二进制编码，此时将各个新的定长二进制编码对应 的十进制数与对应的原定长二进制编码对应的十进制数之间差值的绝对值，将所有绝对值 的累加和记为

，用以表示数据类型为00的各个拆分数据使用该加密组合后，得到的各 个十进制数与对应的原来十进制数之间的差异值；

例如，为了便于理解，此处假设只有一个微服务数据，该数据对应的定长二进制编 码为11000000，该编码中属于第一拆分层的二进制数为“11”，使用该加密组合（即密钥为 00，运算规则为同或运算）后，“11”被转换为“00”，由此得到新的定长二进制编码00000000， 此时原本的十进制数由192变为0，由此形成的差异值为192，即

；由于拆分层的 序号对应的是各个拆分数据在定长二进制编码中的位置，则对于一个拆分层而言，如果定 长二进制编码中处于其他拆分层的数据不发生变化，只在该拆分层中发生变化时，该拆分 层可以形成的最大差异值莫过于由“11”变成“00”或由“00”变成“11”，而每一层可以形成的 最大差异值是固定的，例如对于上述定长二进制11000000，其第一拆分层可以形成的最大 差异值为“11”变成“00”时，即由11000000变成00000000时，此时形成的最大差异值

为

；其第二拆分层可以形成的最大差异值为由“00”变成“11”，即由11000000变成11110000 时，此时形成的最大差异值为48，依次类推。

则本实施例将数据类型为00形成的差异值与该第一拆分层可以形成的最大差异 值之间的比值

与数据类型00在第一拆分层中的出现频率

之间的乘积得到数据类型 00对应的差异程度，同理，得到其他数据类型的差异程度；则对于第一拆分层，当密钥为00、 运算规则为同或时的优选程度

为：

式中

表示第一拆分层中密钥为00、运算规则为同或时的优选程度；

表示第一拆分层中数据类型为00的各个拆分数据对应的差异值的累加和；

表示第一拆 分层中数据类型为01的各个拆分数据对应的差异值的累加和；

表示第一拆分层中数据 类型为10的各个拆分数据对应的差异值的累加和；

表示第一拆分层中数据类型为11的 各个拆分数据对应的差异值的累加和；

表示第一拆分层的最大差异值

；

，

，

，

分别第一拆分层中数据类型为00，01，10，11的拆分数据的出现频率。

表示在使用密钥为00、运算规则为同或的加密组合后，第一拆分层中数 据类型为00对应的差异程度，

表示第一拆分层中数据类型01对应的差异程度；

表示第一拆分层中数据类型10对应的差异程度；

表示第一拆分层中数 据类型11对应的差异程度。将第一拆分层中所有数据类型的差异程度的累加和作为当选取 的加密组合中，密钥为00、运算规则为同或时的优选程度。

至此，即可通过上述公式求得当密钥为00，运算规则为同或运算的加密组合的优选程度，同理可求得其他加密组合的优选程度。优选程度的值越大，说明使用对应的密钥以及对应的运算规则对微服务数据进行运算时，运算后原始微服务数据的全局变化程度最大，对应加密效果最好。将优选程度最大的加密组合中的密钥与对应的运算规则作为第一拆分层的最优密钥与最优运算规则，同理，获得其他拆分层的最优密钥与最优运算规则。

步骤103：使用各个拆分层的最优密钥与最优运算规则对各个拆分层数据分别进行加密，对加密后的微服务数据进行加密传输。

分别使用各个拆分层的最优密钥与最优运算规则对各个拆分层进行处理，得到对应拆分层的加密密文，再将每一拆分层进行拼接，即将不同拆分层中相同位置的拆分数据按照拆分层的序号进行依次拼接，得到对应的定长二进制编码，再对此时得到的所有的定长二进制编码进行十进制转换，最终的十进制数即为最终的密文数据。

将密文数据进行传输，当其他微服务模块接收到密文后，对密文进行进制转换得到对应的定长二进制编码，同理进行定长二进制编码的拆分，得到多个拆分层，利用各个拆分层对应的最优密钥与最优运算规则对密文进行运算转换，得到对应的运算结果，然后将多个拆分层进行拼接，得到对应的定长二进制编码，最后将此时得到的各个定长二进制编码进行十进制转换，所得结果即为解密后的原微服务数据。

通过以上步骤，完成对微服务数据的数据加密及传输。

本实施例首先利用进制转换获取各个微服务数据的定长二进制编码，对定长二进制编码进行拆分分层，通过使用不同密钥与不同运算规则对各个拆分层的各个拆分数据进行运算，破坏原本的微服务数据中的关联性与原微服务数据本身所蕴含的信息，保证原文的安全性；通过获取各个拆分层的最优的密钥与最优运算规则，再利用各个拆分层的最优密钥与最优运算规则对各个拆分层中的各个拆分数据进行转换，使得对应拆分层与原始数据的差异大大增加，大大增加破解难度，进而提高微服务数据的私密性，达到安全传输的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

采集待加密传输的微服务数据，将采集到的各个微服务数据转换为若干定长二进制编码；

对各个定长二进制编码进行分层处理，得到各个拆分层；将不同密钥与不同的运算规则进行两两组合，得到各个加密组合；使用各个加密组合对各个拆分层中各个拆分数据进行处理，得到各个新的拆分数据；根据各个拆分层中各种数据类型出现的频率以及所述各种数据类型对应的新的拆分数据得到所述各种数据类型的差异程度；将各个拆分层中各种数据类型的差异程度的累加和作为所述各个加密组合的优选程度；将各个拆分层对应的所有加密组合中，优选程度最大的加密组合作为各个拆分层的最优加密组合，将所述最优加密组合中的密钥以及运算规则分别记为所述各个拆分层的最优密钥以及最优运算规则；

使用各个拆分层的最优密钥与最优运算规则对各个拆分层数据分别进行加密，对加密后的微服务数据进行加密传输。

2.根据权利要求1所述的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，其特征在于，所述各个拆分层的获取方法为：

将各个定长二进制编码中，每固定长度的二进制数作为一个拆分数据，所有定长二进制编码中相同序号的拆分数据构成了对应的拆分层。

3.根据权利要求1所述的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，其特征在于，所述各种数据类型是指：将各个拆分层中，数据值相同的拆分数据作为一种数据类型，数据值不相同的拆分数据构成了各个拆分层的各种数据类型。

4.根据权利要求1所述的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，其特征在于，所述各个新的拆分数据的获取方法为：

对于一个拆分层中的一个拆分数据，将所述拆分数据与各个加密组合中的密钥按照所述各个加密组合中的运算规则进行运算，所得结果即为新的拆分数据；同理，使用各个加密组合对各个拆分层中的各个拆分数据进行运算，得到各个新的拆分数据。

5.根据权利要求1所述的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，其特征在于，所述各种数据类型的差异程度的获取方法为：

将各个拆分层中各种数据类型对应的各个新的拆分数据替换掉对应的定长二进制编码中的相应位置的二进制数，得到各个新的定长二进制编码，将各个新的定长二进制编码对应的十进制数与原来定长二进制编码对应的十进制数之间差值的绝对值，将所有绝对值的累加和与所述各种数据类型的出现频率之间的乘积作为各种数据类型的差异程度。

6.根据权利要求5所述的基于微服务架构的物联网平台数据管理方法，其特征在于，所述相应位置是指：根据各个新的拆分数据所在拆分层的序号，得到各个新的拆分数据在定长二进制编码中的位数；根据各个新的拆分数据在所处拆分层中的拆分数据序号得到各个新的拆分数据对应的微服务数据序号，根据各个新的拆分数据对应的微服务数据序号以及对应的定长二进制编码中的位数得到各个新的拆分数据的替换位置，所述替换位置即为所述相应位置。

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