基于小波变换的数据传输方法、系统、传感器及基站技术方案

本发明专利技术提供一种基于小波变换的数据传输方法、系统、传感器及基站，所述方法应用于传感器中时包括：基于传感器信息生成脆弱水印；对传感器的测量值数据进行离散小波分解获得高频系数和低频系数；基于所述低频系数的奇偶选择性的在高频系数中加密嵌入所述脆弱水印，形成加密数据；对所述加密数据进行逆小波变换得到加密测量值数据，并将所述加密测量值数据发送至基站。本发明专利技术在测量数据中加密脆弱水印，脆弱水印携带发送者的信息，利用脆弱水印对篡改和数据修改的敏感性，用于验证测量数据的完整性，有效保障数据安全传输。有效保障数据安全传输。有效保障数据安全传输。

【技术实现步骤摘要】
基于小波变换的数据传输方法、系统、传感器及基站


[0001]本专利技术涉及通信系统
，特别是涉及数据传输安全


技术介绍

[0002]在工业物联网的架构下，物联网连接到互联网的“智能”终端而形成一个生态系统。其中传感器对环境的数据进行测量并通过网络将数据传输至基站的控制中心。由于通信网络易受到网络攻击，攻击者可通过入侵网络破坏或者篡改正常测量数据，影响正常的数据传输，这些攻击可能会影响数据的完整性，可能严重破坏系统或导致危险后果。因此，如何提供有效可行的数据加密、认证保障数据安全传输并过滤错误数据是至关重要。
[0003]大多数早期解决方案都使用传统的加密技术(例如对称和非对称加密)保障数据安全传输。但它们仍受到以下限制：1)资源受限的传感器具有有限的内存，功能和计算能力，这通常使部署标准的高度安全的加密机制变得困难，因为为了实现高安全性而执行的大量数学运算会产生巨大的开销；2)将所有原始数据的形式更改为密文，基站接受数据后还需将密文解密成明文，这会加重基站的任务。
[0004]目前也有一些其他机制来保护数据并过滤错误数据。比如，使用软件证明，异常检测技术，基于签名的技术或水印技术。但是，大多数这些机制都有其局限性，不能有效地用于提供保密性和完整性。软件认证技术需要特殊的硬件。异常检测技术需要大量标签数据进行训练，涉及建立正常行为分布的额外步骤，并且可能会有很高的误报率。基于签名的技术所需计算量较为复杂。水印技术被用于许多应用中，在加水印过程中，传感器将在发送每个数据之前将其与唯一的水印一起嵌入传感器节点。然后，接入点可以验证其完整性。
[0005]其中与本专利技术现有技术的两种实现方案如下：
[0006]1)通过组合测量值数据的长度，数字的频率和传感器节点的数据捕获时间来生成水印，并使用共享密钥对水印进行加密，传感器将加密的水印嵌入到检测到的数据的末尾，然后再发送给基站。但是该方法由于将其嵌入到数据的末尾而增加了报告数据的大小，并且当整个网络使用公开为一个密钥的共享秘密密钥时，该方法很容易受到许多安全漏洞攻击。
[0007]2)提出一种基于线性插值的水印方法，不会为水印生成任何额外的位。但是，它对系统中的所有节点都使用了固定的水印参数，这为攻击者提供了一个安全漏洞。
[0008]目前现有技术的方案存在如下问题：
[0009]1)对数据进行加密而更改/增加数据的原始格式/大小情形下，基站需要在使用前解密所有数据使其成为明文，这需要消耗额外的带宽。
[0010]2)使用对称/非对称密钥进行加密，在公开共享密钥的情况下，攻击者可以计算或监听出密钥，容易受到许多安全漏洞的攻击。
[0011]3)解决使用固定参数的水印进行加密嵌入易受到攻击者破解而失效。

技术实现思路

[0012]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于小波变换的数据传输方法、系统、传感器及基站，用于解决现有技术中带宽消耗大，数据安全性差的问题。
[0013]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于小波变换的数据传输方法，应用于传感器中，包括：基于传感器信息生成脆弱水印；对传感器的测量值数据进行离散小波分解获得高频系数和低频系数；基于所述低频系数的奇偶选择性的在高频系数中加密嵌入所述脆弱水印，形成加密数据；对所述加密数据进行逆小波变换得到加密测量值数据，并将所述加密测量值数据发送至基站。
[0014]于本专利技术的一实施例中，所述脆弱水印的生成方式如：获取传感器的保留信息；基于MD5信息摘要算法和所述传感器的保留信息生成定长的二进制序列水印。
[0015]于本专利技术的一实施例中，所述将传感器的各个保留信息的数据字段拼接生成统一完整的保留信息；所述保留信息包括：传感器唯一的单元标识，时间戳以及传感器单元地址。
[0016]于本专利技术的一实施例中，所述对传感器的测量值数据进行离散小波分解获得高频系数和低频系数包括：通过相互正交的高频滤波器和低频滤波器，逐层对传感器的测量值数据和预设层分解后的低频分量进行离散小波分解，得到预设层的高频系数和低频系数。
[0017]于本专利技术的一实施例中，所述基于所述低频系数的奇偶选择性的在高频系数中加密嵌入所述脆弱水印，形成加密数据包括：在所述低频系数为偶数时，则将所述高频系数转化为二进制；所述低频系数为奇数时，则取所述脆弱水印中的指定位置的四比特位，并将所述指定位置的四比特位替换所述高频系数的后面四比特位，并将替换掉后面四比特位的所述高频系数转换为十进制，形成加密数据。
[0018]于本专利技术的一实施例中，所述对所述加密数据进行逆小波变换得到加密测量值数据包括：应用逆DWT运算将所述加密数据从频域转换为时域，得到加密测量值数据。
[0019]本专利技术还提供一种传感器，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于运行所述计算机程序以实现如上应用于传感器中的基于小波变换的数据传输方法的步骤。
[0020]本专利技术还提供一种基于小波变换的数据传输方法，应用于基站中，包括：将基站中保存的传感器各个保留信息数据字段拼接生成统一完整的保留信息；生成与传感器的相同的脆弱水印；逐层对从传感器中接收到加密测量值数据进行离散小波分解获得高频系数和低频系数；基于所述低频系数的奇偶性和高频系数提取脆弱水印；基于生成的脆弱水印对提取的所述脆弱水印进行验证。
[0021]本专利技术还提供一种基站，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于运行所述计算机程序以实现如上应用于基站中的基于小波变换的数据传输方法的步骤。
[0022]本专利技术还提供一种基于小波变换的数据传输系统，包括：如上所述的传感器和如上所述的基站。
[0023]如上所述，本专利技术的基于小波变换的数据传输方法、系统、传感器及基站具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术在测量数据中加密脆弱水印，脆弱水印携带发送者的信息，利用脆弱水印对篡改和数据修改的敏感性，用于验证测量数据的完整性，有效保障数据安全传输。
[0025]2、本专利技术在测量值数据的高频系数中加密嵌入水印，并不会增加或更改其原始读
数形式，使得基站无需解密成明文的过程，减轻基站运算压力，水印信息中添加了传感器采集数据的时间信息，而时间信息随着每次传感器与基站通信都是在不断变化的，因此水印的动态变化的，增加了水印破解的难度，本专利技术不使用共享式的密钥而使用MD5信息摘要算法加密和生成水印，增加了水印的安全性和动态性，而且本专利技术通过低频系数确定水印嵌入，增加了水印加密嵌入的随机性，随机位置的嵌入水印将使攻击者更难注入虚假数据。
[0026]2、本专利技术解决了加密后增加或更改其原始读数形式，基站需要解密运算而需要额外消耗带宽的问题，解决了在公开共享密钥的情况下，共享式的密钥容易被攻击者监听或破解的问题，解决了使用固定参数的水印进行加密嵌入易受到攻击者破解的问题。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于小波变换的数据传输方法，应用于传感器中，其特征在于：包括：基于传感器信息生成脆弱水印；对传感器的测量值数据进行离散小波分解获得高频系数和低频系数；基于所述低频系数的奇偶选择性的在高频系数中应用于传感器中，加密嵌入所述脆弱水印，形成加密数据；对所述加密数据进行逆小波变换得到加密测量值数据，并将所对传感器的测量值数据进行离散小波分解获得高频系数和低频系数，并将所述加密测量值数据发送至基站。2.根据权利要求1所述的基于小波变换的数据传输方法，其特征在于：所述脆弱水印的生成方式如下：获取传感器的保留信息；基于MD5信息摘要算法和所述传感器的保留信息生成定长的二进制序列水印。3.根据权利要求2所述的基于小波变换的数据传输方法，其特征在于：所述将传感器的各个保留信息的数据字段拼接生成统一完整的保留信息；所述保留信息包括：传感器唯一的单元标识，时间戳以及传感器单元地址。4.根据权利要求2所述的基于小波变换的数据传输方法，其特征在于：所述对传感器的测量值数据进行离散小波分解获得高频系数和低频系数包括：通过相互正交的高频滤波器和低频滤波器，逐层对传感器的测量值数据和预设层分解后的低频分量进行离散小波分解，得到预设层的高频系数和低频系数。5.根据权利要求4所述的基于小波变换的数据传输方法，其特征在于：所述基于所述低频系数的奇偶选择性的在高频系数中加密嵌入所述脆弱水印，形成加密数据包括：在所述低频...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬晶，杨蕾，龙承念，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：