基于數(shù)據(jù)挖掘的網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全加密系統(tǒng)設(shè)計

李曉東,張 瑩

(天津電氣科學(xué)研究院有限公司,天津 300180)

0 引言

網(wǎng)絡(luò)的開放性為人們的生活帶來了一定便利,同時也誘發(fā)了一系列隱私信息安全問題,因此,需要進一步加緊對加密系統(tǒng)設(shè)計的研究,應(yīng)用Web數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),促進網(wǎng)絡(luò)信息安全防范。目前來看,關(guān)于隱私信息安全的研究數(shù)量較多,大部分都基于SOA安全構(gòu)架提升安全,本次研究以大數(shù)據(jù)特征為基礎(chǔ),完善數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)設(shè)計。

1 基于數(shù)據(jù)挖掘的網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全加密系統(tǒng)設(shè)計保護方案

智能化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸保護方案主要基于對網(wǎng)絡(luò)信息和嵌入式操作系統(tǒng)的保護,利用Web數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及加密算法實現(xiàn)系統(tǒng)加密并簽名,再利用網(wǎng)絡(luò)層傳輸相關(guān)信息至上級節(jié)點,上級節(jié)點通過樹狀圖結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)傳輸至對應(yīng)的處理中心,再由第三方密鑰管理。

2 硬件設(shè)計

關(guān)于隱私信息安全加密系統(tǒng)的設(shè)計,本次研究主要實現(xiàn)對信息傳輸?shù)陌踩刂?。在實施安全加密時,首先需要應(yīng)用隱私信息聚類算法,完成對所需求信息中的隱私內(nèi)容獲取,再采用超混沌映射加密算法實現(xiàn)對隱私信息內(nèi)容的加密,以及對應(yīng)收獲方的解密。用戶在運行系統(tǒng)時,相應(yīng)的私鑰也可以在用戶的使用下更新,網(wǎng)絡(luò)隱私得到保護。在這一過程中,利用私鑰生成器,經(jīng)過用戶允許,實現(xiàn)信息更新保存。針對網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全加密系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計,應(yīng)用S3C6410核心板,硬件電路如圖1所示。

圖1 硬件電路

在實際運行過程中,將底板與核心板一同運作,再由核心板實現(xiàn)對系統(tǒng)運行速度的控制,在運行過程中需要滿足電磁兼容條件。本次核心板選擇方面應(yīng)用S3C6410,整個系統(tǒng)硬件組成包括電源模塊、JTAC模塊、復(fù)位模塊、BJ45接口、DM9000模塊、串口通信模塊等。其中,DM9000模塊的作用在于實現(xiàn)系統(tǒng)訪問控制,以MAC控制器,其余比較關(guān)鍵的模塊為JTAC模塊,詳細如圖2所示,該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對軟件和硬件的調(diào)試,利用仿真引腳讓加密系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié),提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理安全性。

圖2 JTAC模塊連接電路

3 軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠基于隱私保護來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分類,根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn),技術(shù)的應(yīng)用也存在一定差異,包括數(shù)據(jù)擾亂、查詢限制、重構(gòu)數(shù)據(jù)、密碼技術(shù)等?；赪eb數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),采用信息聚類算法實現(xiàn)對隱私信息的特征挖掘[1]。在網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)環(huán)境下,信息的傳輸與顯示具有無次序性、無規(guī)律性特點,加之信息持續(xù)更新,需要根據(jù)時間序列進行相空間重構(gòu),保證隱私信息特征向量一致。應(yīng)用混沌關(guān)聯(lián)特征提取模式,確保在多維相空間中挖掘,提升安全性。

關(guān)于Web挖掘技術(shù)的應(yīng)用,根本性是在于提取不安全信息并進行防范,針對信息數(shù)據(jù)的安全問題可利用關(guān)聯(lián)規(guī)則進行集中處理,以網(wǎng)站為例,可快速判斷正常與非正常訪問網(wǎng)站,判斷后再確定是否允許訪問。

可設(shè)置以時間為基礎(chǔ)的序列,例如以下序列公式:

Y=[y1,y2,y3,...,yn]=

在這一網(wǎng)絡(luò)信息環(huán)境下,其中α表示時間延遲;n表示嵌入維數(shù);H表示信息數(shù)據(jù)點;yH表示時間序列。這一環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)時間序列更加完善,且具有高精度重構(gòu)相空間,在數(shù)據(jù)分布范圍內(nèi)構(gòu)建改良分布曲線,通過最近臨點算法實現(xiàn)維數(shù)嵌入,再將所獲取的維數(shù)設(shè)置為隱私特征量,當(dāng)重構(gòu)后會獲取隱私信息特征。在應(yīng)用超混沌映射加密算法時,對網(wǎng)絡(luò)隱私信息聚類結(jié)果進行建模。設(shè)定運算數(shù)編碼,設(shè)計密鑰及相應(yīng)編碼規(guī)則,獲取關(guān)聯(lián)規(guī)則項,并對各鏈路層級選擇分組式密鑰。可利用Rossle混沌映射模式進行私鑰設(shè)計,建立混合加密解密密鑰,利用編碼比特序列流特征進行排列。獲得模糊向量:

其中,j和i表示網(wǎng)絡(luò)隱私信息屬性私鑰的位置和模糊編碼向量位置,而βj為模糊編碼因子。在進行加密過程時,會將向量進行二維重排,如此來設(shè)置新的比特序列,實現(xiàn)隱私信息保護。

如此一來,能夠生成密鑰,得到的最終信息為:公鑰(n,g),私鑰(p,q)。

4 網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全加密系統(tǒng)保護設(shè)計

4.1 系統(tǒng)初始化設(shè)計

在進行Web數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全加密系統(tǒng)設(shè)計時,首先需要進行初始化作業(yè),包括信息注冊及密鑰分配,詳細流程如下。

(1)為方便后臺數(shù)據(jù)參數(shù)的管理及選擇,需要先設(shè)置密鑰等相關(guān)參數(shù),再應(yīng)用規(guī)范化的計算方法實現(xiàn)計算,記錄加密密鑰的信息,標(biāo)記記錄結(jié)果。

(2)在相應(yīng)服務(wù)器端注冊信息,再由服務(wù)器端發(fā)出申請,向后臺遞送,從而獲取入網(wǎng)證書,將入網(wǎng)證書提交到認(rèn)證平臺進行認(rèn)證管理。

(3)當(dāng)所傳回證書到服務(wù)器后,密鑰管理中心需要對請求數(shù)據(jù)進行分析,并生成密鑰進行加密。

(4)得到密鑰后,重點需要向服務(wù)器傳回參數(shù),再根據(jù)軟件系統(tǒng)的設(shè)置生成公鑰,并由服務(wù)器保管,實現(xiàn)安全運行。

4.2 參數(shù)生成與聚合

在獲取數(shù)據(jù)信息后,會將信息C傳輸?shù)较鄳?yīng)服務(wù)器中,收到后會根據(jù)私鑰提取解密信息,再利用解密算法計算,從而獲得最終需要的數(shù)據(jù)。

4.3 安全性分析

一般來說,影響網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全加密系統(tǒng)安全性的主要原因包括竊聽攻擊、偽裝攻擊以及信息篡改攻擊[3]。在實際應(yīng)用中,若危險分子對傳輸過程進行竊聽,可以通過信息聚合來抵御風(fēng)險,使其無法獲得傳輸數(shù)據(jù),只能獲取被加密后的信息,從而提升傳播的安全性。而篡改攻擊無法進入網(wǎng)關(guān),即便進入,也只能獲得裝飾數(shù)據(jù),對元數(shù)據(jù)無法進行篡改。對于偽裝技術(shù)的攻擊,會侵入終端部分,可通過聚合操作防止其攻擊,提升系統(tǒng)安全。

5 實驗測試環(huán)節(jié)

5.1 實驗環(huán)境測試

本次實驗環(huán)境主要應(yīng)用到系統(tǒng)的應(yīng)用層和感知層兩個部分,其中,上機位為應(yīng)用層,發(fā)送終端為感知層,前者用于模擬服務(wù)端,后者則模擬電報設(shè)備等。

5.2 實驗結(jié)果

本次研究針對系統(tǒng)性能進行測試,選擇某服務(wù)器并在軟件中測試文本加密情況,所生成的1 GB大小的網(wǎng)絡(luò)隱私信息數(shù)據(jù),加密前信息為:“網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全風(fēng)險與人們財產(chǎn)安全息息相關(guān),用戶務(wù)必深度了解數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢,注意各種風(fēng)險類型做好相應(yīng)防范,科學(xué)利用技術(shù)提升信息重要性”。加密后信息為:“蝥 瘙懩 囗⊥囗臬囗脧鉤口券口埯撟嗡囗 舉囗腥 賑囗舀瘙懩舐 瘙懩口,蝥 銓囗囗囗檄 餉囗鎣囗 閫口 口埯囗囗摯口,瘙懩鸌囗囗敕囗檄餅囗”。實驗結(jié)果顯示,本次針對隱私信息安全加密系統(tǒng)的設(shè)計能夠?qū)㈥P(guān)鍵信息全部隱藏,并實現(xiàn)有效解密。能夠發(fā)現(xiàn),文本經(jīng)過系統(tǒng)加密后,原始信息完全被打亂,分布隨機,能夠有效防止用戶信息泄露,安全系數(shù)較高。

5.3 仿真分析

利用以上運算方式完成解密與加密步驟,本次研究針對算法的兩個過程進行對比,采用多種算法對比解密時間與加密時間,包括AES、RC4、Paillier,與本算法對比,為提升數(shù)據(jù)科學(xué)性,采用10次測試。最終結(jié)果顯示,本方案的加密時間為0.158 ms,而其他方式加密時間依次為0.314 ms、0.194 ms和0.241 ms;解密時間中本方式的時間為0.074 ms,其他方式依次為0.165 ms、0.146 ms和0.185 ms?？傮w來看,本次應(yīng)用的隱私安全系統(tǒng)算法的用時最短,既能有效實現(xiàn)明文數(shù)據(jù)加密,又能最大限度提升運轉(zhuǎn)速度[4]。為提升仿真科學(xué)性,選擇不同長度的密鑰進行算法對比,詳細匯總?cè)绫?—2所示,實踐結(jié)果顯而易見。

表1 不同密鑰長度算法加密時間對比 (單位:ms)

表2 不同密鑰長度算法解密時間對比 (單位:ms)

根據(jù)表1—2內(nèi)容能夠發(fā)現(xiàn),無論是本次研究應(yīng)用算法的加密時間還是解密時間均要短于其他算法。從密鑰長度的角度來看,增本算法隨著長度的增加,增速相較于其他算法來說較慢,尤其解密部分,速度相對穩(wěn)定,在網(wǎng)絡(luò)隱私信息安全系統(tǒng)中的應(yīng)用具有較大優(yōu)勢。綜合來看,該算法的應(yīng)用能夠提升用戶使用效率,具有較強的安全性,能夠抵御一些常見的攻擊,如偽裝、篡改以及竊聽等,在保證安全性的同時速度很快,有效避免了隱私數(shù)據(jù)信息的泄露。本次研究重點采用聚類分析法,除了該方式外,也可以選擇應(yīng)用孤立點分析的方式實現(xiàn)安全防范,解決異類數(shù)據(jù)問題。

6 結(jié)語

本次系統(tǒng)應(yīng)用實踐顯示,隱私信息安全加密系統(tǒng)的設(shè)計能夠有效提升信息安全,實現(xiàn)信息分類、聚合加密隱藏,將原始數(shù)據(jù)特征打亂并進行隨機組建,傳輸至用戶端后可實現(xiàn)快速解密并獲取信息,從而循環(huán)往復(fù)提升隱私信息安全。綜合來看,本次研究的系統(tǒng)設(shè)計方案針對網(wǎng)絡(luò)信息傳播中的安全系統(tǒng)建設(shè)、優(yōu)化目標(biāo)具有一定的進步性意義。將Web數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于隱私信息安全方面,能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)運行的安全性,維護用戶隱私。在實際應(yīng)用中,需要相關(guān)人員意識到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的多變性以及技術(shù)應(yīng)用的復(fù)雜性,并進行全方位、多角度的思考,明確防范風(fēng)險的類型再進行針對性的技術(shù)優(yōu)化。目前來看,在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于隱私信息安全處理時,也存在一定局限性,因此,需要不斷提升技術(shù)效能和技術(shù)人員水平,切實維護網(wǎng)絡(luò)中涉及用戶隱私信息安全的內(nèi)容。