CN117728941A - 一种物联网数据通信加密解析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物联网数据通信加密解析系统，属于数据传输技术领域，它解决了现有物联网数据通信加密解密方式单一、安全性能差等问题。包括服务器端设备、若干客户端设备和密钥管理装置，服务器端设备包括服务器端主控模块、数据采集模块、数据处理分类模块、服务器端数据备份模块、矩阵式数据编码模块、服务器端物联通信模块和网络接入优化模块；客户端设备包括客户端主控模块、客户端物联通信模块、矩阵式数据解码模块、客户端数据备份模块、错误纠正模块、数据缓存模块、客户端标识模块、显示模块；密钥管理装置包括加密模块和解密模块以及密钥生成模块。本发明通过矩阵式数据编码模块和矩阵式数据解码模块配合，进行有效加密编码和恢复原始数据；通过加密模块和解密模块配合，对编码数据包进行多重加密和反向解密。

Description

一种物联网数据通信加密解析系统

技术领域

本发明属于数据传输技术领域，涉及一种物联网数据通信加密解析系统。

背景技术

随着工业互联网的发展，全要素、全产业链、全价值链、全面连接的需求日益迫切，需要建立一种兼容不同技术体系、能够跨系统跨层级跨地域的工业互联网标识解析体系。通过构建基于标识解析体系的可信数据采集设备和系统，企业或用户可以利用标识访问产品在设计、生产、物流、销售到使用等各环节，在不同管理者、不同位置、不同数据结构下智能关联的相关信息数据，是实现全球供应链系统和企业生产系统的精准对接、产品的全生命周期管理和智能化服务的前提和基础。

然而现有的物联网数据通信过程中，存在以下问题：在物联网系统中，由于在设备间相互传输信息会存在被窃取的可能，对用户造成不可估量的危险；因此就需要对各类信息稳定进行加密和解密，但是现有的加密和解密方式，容易在该过程中，也极有可能会产生数据上的偏差，导致数据不准确。

经检索，如中国专利文献公开了一种基于物联网的电子数据通信方法及系统【申请号：202010455642.6；公开号：CN111628996A】。这种基于物联网的电子数据通信系统包括：电子数据采集模块、数据处理模块、主控模块、数据加密模块、物联通信模块、网络接入优化模块、数据解码模块、电子数据校验模块、数据备份模块、数据缓存模块、显示模块。虽然通过解码模块可以大大提高物联网的电子数据通信解码准确性；能对特定电子数据库对象进行数据备份和还原的效果；但是，无法保证数据信息被窃取，缺少多重加密方式，同时在加密和解密过程中，也极有可能会产生数据上的偏差，导致数据不准确。

基于此，我们提出一种物联网数据通信加密解析系统，通过矩阵式数据编码模块和矩阵式数据解码模块配合，进行有效加密编码和恢复原始数据；通过加密模块和解密模块配合，对编码数据包进行多重加密和反向解密。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种物联网数据通信加密解析系统，该发明要解决的技术问题是：如何实现有效加密编码和恢复原始数据，对编码数据包进行多重加密和反向解密。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种物联网数据通信加密解析系统，包括服务器端设备、若干客户端设备和密钥管理装置，所述服务器端设备包括服务器端主控模块、数据采集模块、数据处理分类模块、服务器端数据备份模块、矩阵式数据编码模块、服务器端物联通信模块和网络接入优化模块；

所述服务器端主控模块与数据采集模块、数据处理分类模块、服务器端数据备份模块、矩阵式数据编码模块、服务器端物联通信模块以及网络接入优化模块连接，服务器端主控模块控制各个模块的正常工作；

所述数据采集模块用于通过数据获取设备采集物联网流通的电子数据；

所述数据处理分类模块用于通过数据处理程序对采集的电子数据进行分析、抽取、分类及合并处理；

所述服务器端数据备份模块用于通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至服务器端；

所述矩阵式数据编码模块用于通过矩阵编码算法，在发送端，将原始数据需要被转换为多个数字矩阵。

所述矩阵式数据编码方式为将输入数据分割为一系列的“位”，每个位被赋予一个特定的值，这些值被组合成矩阵形式，用于传输；或将输入数据划分为多个块，每个块由一组系数表示，编码过程中，系数经过离散余弦变换得到频域系数，在经过量化处理后，将系数进行Huffman编码。

所述服务器端物联通信模块用于通过物联通信程序利用网络接口接入物联网，进行加密数据的物联通信传输；

所述网络接入优化模块用于通过优化程序对物联通信的网络接入进行优化处理；

所述客户端设备包括客户端主控模块、客户端物联通信模块、矩阵式数据解码模块、客户端数据备份模块、错误纠正模块、数据缓存模块、客户端标识模块、显示模块；

所述客户端主控模块与客户端物联通信模块、矩阵式数据解码模块、客户端数据备份模块、错误纠正模块、数据缓存模块、客户端标识模块、显示模块连接，客户端主控模块控制各个模块的正常工作；

所述客户端物联通信模块与服务器端物联通信模块配合，进行加密数据的物联通信传输；

所述矩阵式数据解码模块用于通过矩阵编码算法，在客户端，按照编码相反的步骤进行，将收到的数据需要再次被解码为原始形式；解码矩阵的列数与编码矩阵的列数相同，而其行数与编码矩阵的行数相同，通过将解码矩阵与编码矩阵相乘，可得到原始数据。

所述矩阵式数据解码方式为将编码后的数据解码为矩阵形式进行传输和存储，并在接收端解码矩阵以恢复原始数据；或先进行Huffman解码，然后进行逆量化和逆DCT变换恢复原始数据；

所述矩阵编码算法为线性代数中的矩阵运算方法，可应用于各种数据通信和存储系统，增加数据的可靠性；

所述客户端数据备份模块用于通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至客户端。

所述错误纠正模块在解码过程中或解码后，通过一定的算法检测并纠正错误，涉及到比较发送端和接收端的矩阵，在编码端添加冗余数据，接收端可利用冗余数据进行纠错，通过一定的算法确定哪些位是错误的，并对其进行纠正，从而恢复原始数据。

所述错误纠正算法为冗余编码、奇偶校验或循环冗余校验之一。

所述数据缓存模块用于通过寄存器对物联网流通的电子数据进行缓冲存储。

所述显示模块连接用于通过显示器显示采集的基于物联网的电子数据、处理后的电子数据以及校验结果的实时数据。

所述客户端标识模块存储有其管理设备的唯一的设备标识符。

所述密钥管理装置包括加密模块和解密模块以及密钥生成模块。

所述加密模块接收到客户端发送的密钥获取请求，且该密钥获取请求中携带设备标识符，通过加密算法对第一公钥加密，其消息体通过加密算法对第二密钥加密，将加密后的密钥传输给客户端；对设备标识符，根据密钥获取请求动态生成第三密钥；服务器端将使用生成的第一公钥和第三密钥加密编码数据包，其中第一公钥用于加密数据包，第三密钥用于加密数据包的消息体。

所述解密模块使用加密算法根据第一私钥对密钥获取请求进行解密，根据第二密钥对密钥获取请求的消息体进行解密，得到设备标识符；根据第一私钥对编码数据包进行解密，根据第三密钥对编码数据包的消息体进行解密，然后根据解密后的编码数据包执行与设备间的数据交互。

所述密钥生成模块可动态随机生成字符串，并在验证字符串具有唯一性后分别配置给加密模块和解密模块，以供加密模块和解密模块皆采用字符串与周期性加密动态生成密钥。

与现有技术相比，本物联网数据通信加密解析系统具有以下优点：

通过矩阵式数据编码模块在发送端，将原始数据需要被转换为多个数字矩阵，矩阵式数据编码方式为将输入数据分割为一系列的“位”，每个位被赋予一个特定的值，这些值被组合成矩阵形式，用于传输；或将输入数据划分为多个块，每个块由一组系数表示，编码过程中，系数经过离散余弦变换得到频域系数，在经过量化处理后，将系数进行Huffman编码；

通过矩阵式数据解码模块在客户端，按照编码相反的步骤进行，将收到的数据需要再次被解码为原始形式；解码矩阵的列数与编码矩阵的列数相同，而其行数与编码矩阵的行数相同，通过将解码矩阵与编码矩阵相乘，可得到原始数据；

通过矩阵式数据解码方式为将编码后的数据解码为矩阵形式进行传输和存储，并在接收端解码矩阵以恢复原始数据；或先进行Huffman解码，然后进行逆量化和逆DCT变换恢复原始数据；

通过加密模块接收到客户端发送的密钥获取请求，且该密钥获取请求中携带设备标识符，通过加密算法对第一公钥加密，其消息体通过加密算法对第二密钥加密，将加密后的密钥传输给客户端；对设备标识符，根据密钥获取请求动态生成第三密钥；服务器端将使用生成的第一公钥和第三密钥加密编码数据包，其中第一公钥用于加密数据包，第三密钥用于加密数据包的消息体；

通过解密模块使用加密算法根据第一私钥对密钥获取请求进行解密，根据第二密钥对密钥获取请求的消息体进行解密，得到设备标识符；根据第一私钥对编码数据包进行解密，根据第三密钥对编码数据包的消息体进行解密，然后根据解密后的编码数据包执行与设备间的数据交互；

通过密钥生成模块可动态随机生成字符串，并在验证字符串具有唯一性后分别配置给加密模块和解密模块，以供加密模块和解密模块皆采用字符串与周期性加密动态生成密钥。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的工作原理步骤框图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

1如图1-图2所示，本物联网数据通信加密解析系统，包括服务器端设备、若干客户端设备和密钥管理装置，服务器端设备包括服务器端主控模块、数据采集模块、数据处理分类模块、服务器端数据备份模块、矩阵式数据编码模块、服务器端物联通信模块和网络接入优化模块；服务器端主控模块与数据采集模块、数据处理分类模块、服务器端数据备份模块、矩阵式数据编码模块、服务器端物联通信模块以及网络接入优化模块连接，服务器端主控模块控制各个模块的正常工作。

数据采集模块用于通过数据获取设备采集物联网流通的电子数据；

数据处理分类模块用于通过数据处理程序对采集的电子数据进行分析、抽取、分类及合并处理；

服务器端数据备份模块用于通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至服务器端；

矩阵式数据编码模块用于通过矩阵编码算法，在发送端，将原始数据需要被转换为多个数字矩阵。

矩阵式数据编码方式为将输入数据分割为一系列的“位”，每个位被赋予一个特定的值，这些值被组合成矩阵形式，用于传输；或将输入数据划分为多个块，每个块由一组系数表示，编码过程中，系数经过离散余弦变换得到频域系数，在经过量化处理后，将系数进行Huffman编码。

服务器端物联通信模块用于通过物联通信程序利用网络接口接入物联网，进行加密数据的物联通信传输；

网络接入优化模块用于通过优化程序对物联通信的网络接入进行优化处理。

客户端设备包括客户端主控模块、客户端物联通信模块、矩阵式数据解码模块、客户端数据备份模块、错误纠正模块、数据缓存模块、客户端标识模块和显示模块；客户端主控模块与客户端物联通信模块、矩阵式数据解码模块、客户端数据备份模块、错误纠正模块、数据缓存模块、客户端标识模块、显示模块连接，客户端主控模块控制各个模块的正常工作。

客户端物联通信模块与服务器端物联通信模块配合，进行加密数据的物联通信传输；

矩阵式数据解码模块用于通过矩阵编码算法，在客户端，按照编码相反的步骤进行，将收到的数据需要再次被解码为原始形式；解码矩阵的列数与编码矩阵的列数相同，而其行数与编码矩阵的行数相同，通过将解码矩阵与编码矩阵相乘，可得到原始数据。

矩阵式数据解码方式为将编码后的数据解码为矩阵形式进行传输和存储，并在接收端解码矩阵以恢复原始数据；或先进行Huffman解码，然后进行逆量化和逆DCT变换恢复原始数据。

矩阵编码算法为线性代数中的矩阵运算方法，可应用于各种数据通信和存储系统，增加数据的可靠性。

客户端数据备份模块用于通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至客户端。

错误纠正模块在解码过程中或解码后，通过一定的算法检测并纠正错误，涉及到比较发送端和接收端的矩阵，在编码端添加冗余数据，接收端可利用冗余数据进行纠错，通过一定的算法确定哪些位是错误的，并对其进行纠正，从而恢复原始数据。

错误纠正算法为冗余编码、奇偶校验或循环冗余校验之一。

数据缓存模块用于通过寄存器对物联网流通的电子数据进行缓冲存储。

显示模块连接用于通过显示器显示采集的基于物联网的电子数据、处理后的电子数据以及校验结果的实时数据。

客户端标识模块存储有其管理设备的唯一的设备标识符。

密钥管理装置包括加密模块和解密模块以及密钥生成模块。

加密模块接收到客户端发送的密钥获取请求，且该密钥获取请求中携带设备标识符，通过加密算法对第一公钥加密，其消息体通过加密算法对第二密钥加密，将加密后的密钥传输给客户端；对设备标识符，根据密钥获取请求动态生成第三密钥；服务器端将使用生成的第一公钥和第三密钥加密编码数据包，其中第一公钥用于加密数据包，第三密钥用于加密数据包的消息体。

解密模块使用加密算法根据第一私钥对密钥获取请求进行解密，根据第二密钥对密钥获取请求的消息体进行解密，得到设备标识符；根据第一私钥对编码数据包进行解密，根据第三密钥对编码数据包的消息体进行解密，然后根据解密后的编码数据包执行与设备间的数据交互。

密钥生成模块可动态随机生成字符串，并在验证字符串具有唯一性后分别配置给加密模块和解密模块，以供加密模块和解密模块皆采用字符串与周期性加密动态生成密钥。

本物联网数据通信加密解析系统的工作原理步骤：

步骤一：数据采集模块通过数据获取设备采集物联网流通的电子数据；

步骤二：数据处理分类模块用于通过数据处理程序对采集的电子数据进行分析、抽取、分类及合并处理；

步骤三：服务器端数据备份模块通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至服务器端；

步骤四：矩阵式数据编码模块用于通过矩阵编码算法，在发送端，将原始数据需要被转换为多个数字矩阵；将输入数据分割为一系列的“位”，每个位被赋予一个特定的值，这些值被组合成矩阵形式，用于传输；或将输入数据划分为多个块，每个块由一组系数表示，编码过程中，系数经过离散余弦变换得到频域系数，在经过量化处理后，将系数进行Huffman编码，形成编码数据包；

步骤五：客户端标识模块存储有其管理设备的唯一的设备标识符；

步骤六：客户端通过客户端物联通信模块与服务器端物联通信模块配合，向服务器端发送一个密钥获取请求，该请求包含其设备标识符，并用第一公钥加密，公钥为公开密钥，用于加密和解密数据包；

步骤七：密钥生成模块可动态随机生成字符串，并在验证字符串具有唯一性后分别配置给加密模块和解密模块，以供加密模块和解密模块皆采用字符串与周期性加密动态生成密钥，即生产；

步骤八：加密模块接收到客户端发送的密钥获取请求，且该密钥获取请求中携带设备标识符，通过加密算法对第一公钥加密，其消息体通过加密算法对第二密钥加密，将加密后的密钥传输给客户端；对设备标识符，根据密钥获取请求动态生成第三密钥；服务器端将使用生成的第一公钥和第三密钥加密编码数据包；

步骤九：解密模块使用加密算法根据第一私钥对密钥获取请求进行解密，根据第二密钥对密钥获取请求的消息体进行解密，得到设备标识符；根据第一公钥对编码数据包进行解密，根据第三密钥对编码数据包的消息体进行解密，得到解密后的编码数据包；

步骤十：服务器端通过客户端物联通信模块与服务器端物联通信模块配合，将编码数据包发送至客户端，网络接入优化模块用于通过优化程序对物联通信的网络接入进行优化处理，减少错误，矩阵式数据解码模块用于通过矩阵编码算法，在客户端，按照编码相反的步骤进行，将收到的数据需要再次被解码为原始形式；解码矩阵的列数与编码矩阵的列数相同，而其行数与编码矩阵的行数相同，通过将解码矩阵与编码矩阵相乘，可得到原始数据；

步骤十一：错误纠正模块在解码过程中或解码后，通过一定的算法检测并纠正错误，涉及到比较发送端和接收端的矩阵，在编码端添加冗余数据，接收端可利用冗余数据进行纠错，通过一定的算法确定哪些位是错误的，并对其进行纠正，从而恢复原始数据；

步骤十二：客户端数据备份模块用于通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至客户端。

综上，通过矩阵式数据编码模块在发送端，将原始数据需要被转换为多个数字矩阵，矩阵式数据编码方式为将输入数据分割为一系列的“位”，每个位被赋予一个特定的值，这些值被组合成矩阵形式，用于传输；或将输入数据划分为多个块，每个块由一组系数表示，编码过程中，系数经过离散余弦变换得到频域系数，在经过量化处理后，将系数进行Huffman编码；

通过矩阵式数据解码模块在客户端，按照编码相反的步骤进行，将收到的数据需要再次被解码为原始形式；解码矩阵的列数与编码矩阵的列数相同，而其行数与编码矩阵的行数相同，通过将解码矩阵与编码矩阵相乘，可得到原始数据；

通过矩阵式数据解码方式为将编码后的数据解码为矩阵形式进行传输和存储，并在接收端解码矩阵以恢复原始数据；或先进行Huffman解码，然后进行逆量化和逆DCT变换恢复原始数据；

通过加密模块接收到客户端发送的密钥获取请求，且该密钥获取请求中携带设备标识符，通过加密算法对第一公钥加密，其消息体通过加密算法对第二密钥加密，将加密后的密钥传输给客户端；对设备标识符，根据密钥获取请求动态生成第三密钥；服务器端将使用生成的第一公钥和第三密钥加密编码数据包，其中第一公钥用于加密数据包，第三密钥用于加密数据包的消息体；

通过解密模块使用加密算法根据第一私钥对密钥获取请求进行解密，根据第二密钥对密钥获取请求的消息体进行解密，得到设备标识符；根据第一私钥对编码数据包进行解密，根据第三密钥对编码数据包的消息体进行解密，然后根据解密后的编码数据包执行与设备间的数据交互；

通过密钥生成模块可动态随机生成字符串，并在验证字符串具有唯一性后分别配置给加密模块和解密模块，以供加密模块和解密模块皆采用字符串与周期性加密动态生成密钥。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种物联网数据通信加密解析系统，包括服务器端设备、若干客户端设备和密钥管理装置，其特征在于，所述服务器端设备包括服务器端主控模块、数据采集模块、数据处理分类模块、服务器端数据备份模块、矩阵式数据编码模块、服务器端物联通信模块和网络接入优化模块；所述客户端设备包括客户端主控模块、客户端物联通信模块、矩阵式数据解码模块、客户端数据备份模块、错误纠正模块、数据缓存模块、客户端标识模块、显示模块；所述密钥管理装置包括加密模块和解密模块以及密钥生成模块。

2.根据权利要求1所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述服务器端主控模块与数据采集模块、数据处理分类模块、服务器端数据备份模块、矩阵式数据编码模块、服务器端物联通信模块以及网络接入优化模块连接，服务器端主控模块控制各个模块的正常工作；所述数据采集模块用于通过数据获取设备采集物联网流通的电子数据；所述数据处理分类模块用于通过数据处理程序对采集的电子数据进行分析、抽取、分类及合并处理；所述服务器端数据备份模块用于通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至服务器端；所述矩阵式数据编码模块用于通过矩阵编码算法，在发送端，将原始数据需要被转换为多个数字矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述矩阵式数据编码方式为将输入数据分割为一系列的“位”，每个位被赋予一个特定的值，这些值被组合成矩阵形式，用于传输；或将输入数据划分为多个块，每个块由一组系数表示，编码过程中，系数经过离散余弦变换得到频域系数，在经过量化处理后，将系数进行Huffman编码。

4.根据权利要求3所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述服务器端物联通信模块用于通过物联通信程序利用网络接口接入物联网，进行加密数据的物联通信传输；所述网络接入优化模块用于通过优化程序对物联通信的网络接入进行优化处理。

5.根据权利要求4所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述客户端主控模块与客户端物联通信模块、矩阵式数据解码模块、客户端数据备份模块、错误纠正模块、数据缓存模块、客户端标识模块、显示模块连接，客户端主控模块控制各个模块的正常工作；所述客户端物联通信模块与服务器端物联通信模块配合，进行加密数据的物联通信传输；所述客户端数据备份模块用于通过备份程序对物联网流通的电子数据进行备份至客户端。

6.根据权利要求5所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述矩阵式数据解码模块用于通过矩阵编码算法，在客户端，按照编码相反的步骤进行，将收到的数据需要再次被解码为原始形式；解码矩阵的列数与编码矩阵的列数相同，而其行数与编码矩阵的行数相同，通过将解码矩阵与编码矩阵相乘，可得到原始数据。

7.根据权利要求6所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述矩阵式数据解码方式为将编码后的数据解码为矩阵形式进行传输和存储，并在接收端解码矩阵以恢复原始数据；或先进行Huffman解码，然后进行逆量化和逆DCT变换恢复原始数据；所述矩阵编码算法为线性代数中的矩阵运算方法，可应用于各种数据通信和存储系统，增加数据的可靠性。

8.根据权利要求7所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述错误纠正模块在解码过程中或解码后，通过一定的算法检测并纠正错误，涉及到比较发送端和接收端的矩阵，在编码端添加冗余数据，接收端可利用冗余数据进行纠错，通过一定的算法确定哪些位是错误的，并对其进行纠正，从而恢复原始数据；所述错误纠正算法为冗余编码、奇偶校验或循环冗余校验之一。

9.根据权利要求8所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述数据缓存模块用于通过寄存器对物联网流通的电子数据进行缓冲存储；所述显示模块连接用于通过显示器显示采集的基于物联网的电子数据、处理后的电子数据以及校验结果的实时数据；所述客户端标识模块存储有其管理设备的唯一的设备标识符。

10.根据权利要求9所述的一种物联网数据通信加密解析系统，其特征在于，所述密钥管理装置包括加密模块和解密模块以及密钥生成模块；

所述加密模块接收到客户端发送的密钥获取请求，且该密钥获取请求中携带设备标识符，通过加密算法对第一公钥加密，其消息体通过加密算法对第二密钥加密，将加密后的密钥传输给客户端；对设备标识符，根据密钥获取请求动态生成第三密钥；服务器端将使用生成的第一公钥和第三密钥加密编码数据包，其中第一公钥用于加密数据包，第三密钥用于加密数据包的消息体；

所述解密模块使用加密算法根据第一私钥对密钥获取请求进行解密，根据第二密钥对密钥获取请求的消息体进行解密，得到设备标识符；根据第一私钥对编码数据包进行解密，根据第三密钥对编码数据包的消息体进行解密，然后根据解密后的编码数据包执行与设备间的数据交互；

所述密钥生成模块可动态随机生成字符串，并在验证字符串具有唯一性后分别配置给加密模块和解密模块，以供加密模块和解密模块皆采用字符串与周期性加密动态生成密钥。