基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加密技術(shù)

宋建國

（吉林工程技術(shù)師范學(xué)院， 吉林 長春 130062）

0 引言

車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)是車輛電氣化與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合發(fā)展的新型工業(yè)領(lǐng)域[1]。隨著車聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)越來越龐雜，由此帶來了傳輸數(shù)據(jù)速度、數(shù)據(jù)信息不透明、數(shù)據(jù)泄露和數(shù)據(jù)安全等問題[2]。針對上述問題，本文提出了基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加密技術(shù)，用于提高數(shù)據(jù)加密效果、提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

1 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)

車聯(lián)網(wǎng)作為一種新型通信技術(shù)，為車載設(shè)備提供多種服務(wù)，包括車輛保養(yǎng)、金融服務(wù)和車載娛樂等。為了保證車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的信息安全，無權(quán)限的第三方不會被泄露信息，需要建立基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)多用戶多節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。

假設(shè)Q為車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集，W為各項(xiàng)事務(wù)，每個(gè)事務(wù)ri都各自具有唯一獨(dú)立的標(biāo)識，Y=｛y1，y2，…，yn｝為不同事務(wù)的組合。若A為一個(gè)項(xiàng)目集合，項(xiàng)目屬于事務(wù)，則事務(wù)包含于項(xiàng)目集合。對于A的支持度sup（A），通常用車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中A所占車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集Q的占比來表示。如果A是一個(gè)頻繁項(xiàng)集，則項(xiàng)目集合A的支持度應(yīng)大于任意項(xiàng)集中的最小數(shù)值。而對于A的置信度，通常用車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目集A和項(xiàng)目集B的支持度與項(xiàng)目集A比值來表示，即：

車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)規(guī)則包含公用聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)兩部分。以此為基礎(chǔ)，車聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)一步細(xì)分為車載節(jié)點(diǎn)、通信基站和其他車輛網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)分別具有自身獨(dú)立的關(guān)聯(lián)規(guī)則。關(guān)聯(lián)規(guī)則中，為了提升車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，需要提高關(guān)聯(lián)規(guī)則的提升度。提升度為：

式中：P（A）和P（B）為項(xiàng)目集A和項(xiàng)目集B被挖掘的概率。在關(guān)聯(lián)規(guī)則中，提升度在［-1，1］之間變化。

根據(jù)式（2）可以得知，若計(jì)算結(jié)果為0，此時(shí)關(guān)聯(lián)規(guī)則中的提升度并未在項(xiàng)目集A和項(xiàng)目集B的數(shù)據(jù)挖掘中起作用。若計(jì)算結(jié)果在［-1，0）之間，此時(shí)關(guān)聯(lián)規(guī)則中的提升度在項(xiàng)目集A和項(xiàng)目集B的數(shù)據(jù)挖掘中起到反作用。若計(jì)算結(jié)果在（0，1］之間，此時(shí)關(guān)聯(lián)規(guī)則中的提升度在項(xiàng)目集A和項(xiàng)目集B的數(shù)據(jù)挖掘中起到正作用。從以上分析可以看出，為了使關(guān)聯(lián)規(guī)則在數(shù)據(jù)挖掘中起到正作用，在計(jì)算過程中，若結(jié)果計(jì)算出為0，則這部分?jǐn)?shù)據(jù)將馬上被剔除。此外，將提升度＞0 的路側(cè)車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和通信基站等邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全。

2 車聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加密傳輸模型

由于車聯(lián)網(wǎng)信息傳輸環(huán)境復(fù)雜多變，傳輸數(shù)據(jù)的加密算法與車聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)規(guī)則相互結(jié)合，將更有利于大量車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全傳輸?；陉P(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加密傳輸模型示意圖，如圖1 所示。車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)在傳輸過程中，發(fā)送方和接收方之間存在一條虛擬通道，需要確認(rèn)ID 和交換密鑰。其中，密鑰的交換對車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的安全傳輸起著至關(guān)重要的作用。

圖1 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加密傳輸模型

車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息加密分為以下4 個(gè)步驟：

1）數(shù)據(jù)分割，利用協(xié)議標(biāo)頭進(jìn)行包裝。數(shù)據(jù)傳輸過程中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保護(hù)，需要結(jié)合關(guān)聯(lián)規(guī)則對安全協(xié)議數(shù)據(jù)安全進(jìn)行設(shè)計(jì)。安全協(xié)議數(shù)據(jù)單元主要包括協(xié)議明文頭、協(xié)議保護(hù)頭、協(xié)議用戶數(shù)據(jù)和協(xié)議完整性校驗(yàn)閾值。協(xié)議明文頭由初始化向量和Internet 協(xié)議編號構(gòu)成。協(xié)議保護(hù)頭的作用為信息鑒別，方式為對通信系統(tǒng)源目標(biāo)地址進(jìn)行封裝。協(xié)議完整性校驗(yàn)閾值通過哈希函數(shù)將有效數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝，即報(bào)文匯總。

2）接收方接收來自發(fā)送方的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過DES密鑰加密，接收方接收后進(jìn)行分組處理并獲得信息。通過對車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，甄別需要加密的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行數(shù)字簽名，數(shù)據(jù)處理后發(fā)送至網(wǎng)關(guān)進(jìn)行身份驗(yàn)證，通過查驗(yàn)車聯(lián)網(wǎng)發(fā)送的簽名和密文確認(rèn)身份。若查驗(yàn)正確，接收方可以接收車聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)拇髷?shù)據(jù)信心，否則，拒絕接收。

3）車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息交換，實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間的通信。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，需要對車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并傳輸。通常情況下，通信系統(tǒng)會將車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息傳輸給通信區(qū)域內(nèi)的車輛，邊界節(jié)點(diǎn)會將信息直接傳輸給相鄰節(jié)點(diǎn)，并將相關(guān)傳輸信息上傳到服務(wù)器。通過對車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的協(xié)同傳輸和配合，可以查詢其他相關(guān)的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，以應(yīng)對突發(fā)情況。

4）接收來自發(fā)送方的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息。重復(fù)步驟1）—3），最終實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的全部數(shù)據(jù)傳輸。車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中，不可避免會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤等問題。因此，傳輸協(xié)議要包含容錯性。

3 實(shí)際應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加密技術(shù)

3.1 應(yīng)用效果分析

基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息加密具有傳輸速度快、信息安全性高的特點(diǎn)。為了驗(yàn)證上述優(yōu)點(diǎn)，以某市實(shí)際公共交通GPS 資料為基礎(chǔ)，對比基于區(qū)塊鏈保護(hù)的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型、基于云邊融合的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型和本文提出的基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息加密傳輸模型。以上3 個(gè)模型的最高吞吐量分別為400 kb/s、260 kb/s 和480 kb/s，可以看出，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息加密傳輸模型吞吐量明顯高于其他模型，加密傳輸更安全、更穩(wěn)定。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息傳輸速率和信息安全性對車聯(lián)燃油經(jīng)濟(jì)性也有一定影響。通過車載終端定期采集、實(shí)時(shí)傳輸獲得大量數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法分析其燃油經(jīng)濟(jì)性。傳輸延時(shí)是影響燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素，大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)傳輸可以避免計(jì)算誤差，對提高駕駛員操作判斷精確性、降低車內(nèi)儀表故障發(fā)生率以及優(yōu)化車載運(yùn)行工況具有積極作用?；趨^(qū)塊鏈保護(hù)的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型、基于云邊融合的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型和本文所提的基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息機(jī)密傳輸模型的傳輸延時(shí)對比圖，如圖2 所示。可以看出，基于區(qū)塊鏈保護(hù)的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型和基于云邊融合的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型延遲高于5 s 的節(jié)點(diǎn)數(shù)，明顯多于本文所提出的基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息加密傳輸模型。

圖2 傳輸延時(shí)對比

傳輸延遲對燃油經(jīng)濟(jì)性存在影響。3 種傳輸模型的燃油經(jīng)濟(jì)性對比，如表1 所示?？梢钥闯?，基于區(qū)塊鏈保護(hù)的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型、基于云邊融合的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型和本文所提出的基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息加密傳輸模型的平均百公里耗油量分別為6.69 L、10.40 L 和6.54 L?；陉P(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息加密傳輸模型的燃油經(jīng)濟(jì)性，相較于基于區(qū)塊鏈保護(hù)的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型，提高2.24%。相較于基于云邊融合的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)傳輸模型的燃油經(jīng)濟(jì)性，提高37.1%。

表1 燃油經(jīng)濟(jì)性對比

4 結(jié)論

1）本文提出了一種基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)加密模型，可以實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)加密傳輸，同時(shí)，提高傳輸效率。

2）對比3 種傳輸模型，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的車聯(lián)網(wǎng)信息加密傳輸模型吞吐量最高為400 kb/s，在車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息傳輸過程中具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，加密傳輸安全性效果良好。

3）本文所提的數(shù)據(jù)加密傳輸模型相較于基于區(qū)塊鏈保護(hù)傳輸模型和基于云邊融合傳輸模型，燃油耗能顯著降低。