基于区块链的无线网络通信数据加密传输方法

彭鹏

摘要：无线网络承担着各行各业的通信任务，无线网络传输数据量的增大对其传输响应时间、传输的安全性要求越来越高。为此，文章提出基于区块链的无线网络通信数据加密传输方法。该方法在利用区块链技术获取无线网络通信节点数据的基础上，利用混沌映射方法加密了获取的无线网络通信节点数据。通过统一通信数据传输格式和基于TCP通信协议设计通信架构，实现无线网络通信数据加密传输。设计对比测试结果表明，文章所提出基于区块链的无线网络通信数据加密传输方法的加密传输执行效率较高，响应时间较短，异常节点丢失情况较少，证明了文章所提方法具有较好的加密传输性能。

关键词：区块链；数据加密；无线网络通信；数据传输；混沌映射；TCP通信协议

中图分类号：TP399  文献标志码：A

0 引言

无线网络中要传输的数据量越来越大［1］，对邻近结构的组织要求越来越高。由于无线网络是以数据为中心的网络，并且环境复杂，在进行数据传输时，不仅要考虑数据传输的可靠性，还需要考虑数据传输的高效性。相邻节点的响应时间太长，容易造成单向数据传输的平均流量受限。相关的数据加密传输方法引起了學者的广泛关注。区块链是数据信息领域的一个专有名词，它可以作为一个开放的共享数据库［2］，直接储存系统在运行过程中所产生的数据，并具有可公开、可追溯、可维护、可处理等诸多优点。这种数据分享机制是一种新的计算机加密算法，其主要体现在分布式信息存储中。为了提升数据传输效率，人们提出采用无线通信节点，组建整体的数据传输网络。按照实际数据传输需求，连接部分节点生成备份数据传输路径。但是，由于每条数据传输路径的通信能力有差异，更多情况下规划的数据传输路径，难以发挥良好的传输效果。仝军等［3］在通过混沌参数调制及时间戳技术获取节点能量特征的基础上，从节点、链路、能量3方面实现了无线传感数据加密传输。区块链不同于传统的处理方式，它是从比特币体系中衍生出来的，其本质就是一种没有中央标识的信息储存。区块链是数据传输系统的基础技术，它需要通过一系列的加密来保证数据包的安全。为了保证无线通信网络安全稳定传输，本文提出基于区块链的无线网络通信数据加密传输方法。

1 无线网络通信数据加密传输

当前，无线网络通信数据加密传输方法，主要依托聚类方法，无法有效获取数据加密传输时的潜在感知事件，使得数据传输安全性不高。为此，本文提出了基于区块链的无线网络通信数据加密传输方法。

1.1 获取无线网络的通信节点数据

区块链技术［4］是以一种完整的网络架构为基础，对无线网络中的节点进行实时监控，形成的一个完整的数据监控闭环。利用区块链技术对无线网络通信节点进行数据采集的详细过程，如图1所示。

本文使用区块链底层P2P网络，并将区块链网络中各节点设定为无线网络的各组件，使各组件在无线网络中成为同等的节点，并确保各组件享有同等的权利与责任。在新的节点访问无线网络时，应及时了解无线网络中的其他节点相关情况，并进行区块链同步。新的节点在尝试加入一个无线网络时，它会向无线网络中的一个节点提出一个完整的访问请求，在访问请求出现时，无线网络会将报文传输到无线网络中央节点［5］。同时，当一个节点尝试进入一个无线网络后，在这个时间段内，与其工作相关的所有节点数据，都会被传输到监控中心，然后判断这个节点是否缺失了数据，如果是，此时该节点的数据存在异常，访问通信的请求被拒绝。

1.4 统一通信数据传输格式

信道均衡的稳定性随着通信信道载波数量的增加不断降低，消除了干扰对数据传输产生的影响，所提方法在数据通信码元相似度度量的基础上优化数据传输。无线网络的海量通信数据单位传输格式包括：头帧、数据帧［8-9］、组态帧、指令帧；利用指令框来决定无线网络通信数据传输的控制指令。各帧都有相同的功能字节指派，非同帧的帧首可以显示各帧的类型和时间同步信息，在数据传输中，各帧之间没有分界符。将所有的数据都统一到同一结构的数据传输格式中，使用统一的数据传输格式，既能提高无线网络的通信效率，又能为以后的数据分析和应用提供一定的支持。本文从空间和时间的角度，对无线网络中有效的数据传输形式进行了探讨。

采用以上数据传输格式数据单元帧的唯一编码作为 ID，设定数据单元唯一编码字节的存储器数目是16个字节，其他通信数据设定字节是1 024个，而“Equipment”和“Time”是数据传输点和开始时间和结束时刻；设定数据传输开始时间和结束时间位元组的储存数目都是16位，开始时间和结束时间位元组的数目是8位；使用代表特定时间、特定传输点的数据的 Data字节是1 024 000，在新传输数据超过队列数目时将其丢弃。至此完成通信数据传输格式的统一。

1.5 设计通信架构

采用TCP通信协议［10］作为无线网络海量通信数据加密传输连接的通信协议，选取C/S模式设置无线网络通信数据加密传输的信道。无线网络海量通信数据加密传输的建立流程，如图2所示。

加密传输在重建通信或重新启动时并未建立，不同系统与传输模型的通信过程可分为不同个子通信流程。至此，完成基于区块链的无线网络通信数据加密传输。

2 仿真实验测试

2.1 仿真环境

部署无线网络环境为单个节点和共识排序服务相结合，以数据分发机制为依据，在同一通道内搭建测试平台。选择两个虚拟机作为部署数据分发源服务器，一台虚拟机搭载开源SDN控制器Ryu，利用Python语言执行按照；另一台虚拟机安装Mininet，将Mininet中host与外部虚拟机连接，模拟无线网络拓扑获取链路参数。

选用60 GB硬盘、4GB内存和Intel Core（TM） i7CPU，共同构建实验硬件环境。同时，本次仿真实验过程中，采用了第三方流量监控软件sFlow，实时监控数据传输情况。数据库采用MySQL5.6.10，并且利用IronTrackSQL和P6Spy工具统计无线网络通信数据的存储时间。

2.2 仿真测试分析

本文为了验证基于区块链技术的无线网络通信数据加密传输方法的性能，分别利用本文所提方法、仝军等［3］考虑节点能量特征的无线传感数据加密传输方法测试无线网络通信数据加密传输的执行效率，测试结果如图3所示。

仝军等［3］方法的无线网络通信数据加密执行效率略低于提出方法，如图3所示。本文提出方法中第6次实验所得的数据加密执行效率最高大约为93%，仝军等［3］方法的无线网络通信数据加密执行效率最高为84%。由此可见，本文提出方法在一定程度上提升了无线网络通信数据加密传输的执行效率，具有较好的性能。

在对无线网络通信数据加密传输执行效率测试的基础上，测试无线网络通信数据加密传输的响应时间，测试结果如图4所示。

在对无线网络通信数据加密传输测试时，本文提出方法数据加密传输响应时间最短，仝军等［3］方法的无线网络通信数据加密传输响应时间变化波动较大，如图4所示。本文所提方法的数据加密传输响应时间在20ms～40ms范围内变化，仝军等［3］方法的数据加密传输响应时间在43ms～68ms范围内变化。对比得到，本文提出方法在具有较高数据加密执行效率的情况下，还具有较短的加密传输响应时间，验证了提出方法良好的性能。

本文对比两种加密传输方法进行通信时，丢失的异常节点数量，并计算两种加密传输方法的节点丢失率，如表1所示。

本文提出方法在多次测试中，节点丢失率低于3.06%；仝軍等［3］的无线网络通信数据加密传输方法在多次测试中，其节点丢失率低于10.12%，如表1所示。

综合上述，本文所提方法具有较好的无线网络通信数据加密传输执行效率，较低的执行响应时间，利用区块链技术可以准确采集异常无线网络节点。

3 结语

为了避免无线网络通信数据被篡改所带来的损失，本文提出了基于区块链技术的无线网络通信数据加密传输方法。该方法加密了利用区块链技术获取的通信数据。通过统一通信数据传输格式和设计通信架构，实现无线网络通信数据加密传输。通过对提出方法性能的测试，得到的测试结果证明了该方法在对无线网络通信数据加密传输时，不仅具有较高的数据加密执行效率，还具有较短的数据加密传输响应时间，验证了所提方法具有良好的性能，能够进一步增强数据的安全性，最终被广泛应用在众多研究领域中。

参考文献

［1］余建，余琼，肖香梅，等.异构无线网络中基于能量感知和资源分配的数据分流方法［J］.三明学院学报，2021（6）：45-50.

［2］支凤稳，云仲伦，张闪闪.基于区块链的个人科学数据共享模式研究［J］.现代情报，2021（12）：69-78.

［3］仝军，田洪生，吴翠红.考虑节点能量特征的无线传感数据加密传输方法［J］.传感技术学报，2022（9）：1277-1281.

［4］刘新，胡翔瑜，徐刚，等.区块链数据保密查询的不经意传输协议［J］.计算机工程，2022（10）：13-20.

［5］刘芳，汤永利.基于反馈协作的无线网络数据传输研究［J］.计算机仿真，2022（5）：375-379.

［6］张人上，邱久睿.基于混沌系统的扩频通信多源异构数据加密算法［J］.火力与指挥控制，2021（8）：162-166，176.

［7］张秋余，宋宇杰.基于改进Henon映射和超混沌的双重语音加密算法［J］.电信科学，2021（12）：11-24.

［8］杨美艳.基于数据驱动的无线网络拥塞控制［J］.沈阳工业大学学报，2022（5）：570-574.

［9］王正伟，吕亚楠，王杏，等.基于5G的无线传感网络数据通信协议的通用化设计［J］.信息技术与信息化，2020（8）：125-127.

［10］李璞，潘莉丽，丁锐.无线高时延环境下自适应信道带宽的TCP协议传输优化方法［J］.成都大学学报（自然科学版），2021（4）：374-378.

（编辑 李春燕）

Data encryption transmission method of wireless network communication based on blockchain

Peng  Peng

（Tianjin College， Beijing University of Science and Technology， Tianjin 301830， China）

Abstract：  Wireless network undertakes the communication tasks of all walks of life. With the increase of the amount of data transmitted by wireless network， the requirements for its transmission response time and transmission security are getting higher and higher. Therefore， a data encryption transmission method based on blockchain for wireless network communication is proposed. This method uses the block chain technology to obtain the wireless network communication node data， and uses the chaotic mapping method to encrypt the obtained wireless network communication node data. By unifying the communication data transmission format and designing the communication architecture based on TCP communication protocol， the wireless network communication data encryption transmission is realized. The design comparison test results show that the proposed block chain based wireless network communication data encryption transmission method has higher encryption transmission efficiency， shorter response time， and less abnormal node loss. It is proved that the proposed method has better performance of encrypted transmission.

Key words： blockchain; data encryption; wireless network communication; data transmission; chaotic mapping; TCP communication protocol