抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法.pdf

书书书第 卷 第 期年 月沈阳工业大学学报 收稿日期：基金项目：安徽省智能机器人信息融合与控制工程实验室开放课题项目（）作者简介：景雯（），女，山西永济人，讲师，硕士，主要从事计算机应用、物联网安全等方面的研究 ：抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法景雯，张杰（山西大同大学 计算机与网络工程学院，山西 大同 ）摘要：为了解决抗攻击区块链渗入数据类型较多，造成数据防窜改时加密效果较差、误识个数较多的问题，提出了抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法 设定抗攻击区块链渗入数据特征评判准则，并提取和加密了其中的渗入数据特征；将相对熵与蒙特卡罗仿真方法作为渗入数据分类测度，通过支持向量机算法分类识别渗入数据，实现区块链渗入数据防窜改识别 测试结果表明，所提方法的识别性能更优、加密复杂度较高、误识个数较少，所提方法可以有效保证抗攻击区块链的安全关键词：抗攻击区块链；渗入数据；防窜改识别；数据分类；特征提取；支持向量机；蒙特卡罗；防窜改机制中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，：；当访问量较高的网络遭到黑客攻击时，容易出现数据丢失 、数据窜改和网络失效等问题，这些问题无疑会给企业带来巨大的损失 以区块链框架为基础的企业网络为了避免上述问题，设计了抗攻击区块链，以此提升网络抗攻击能力，防止企业内部数据被窜改 但黑客攻击手段也随着技术的进步不断增强，对于“难以攻克”的网络，黑客会采用更加隐秘的技术窃取数据 为了预防窃取问题的发生，相关的数据防窜改识别方法引起了学者的广泛关注孙中军等 采用深度报文检测技术识别网络中的数据，将包含误差数据在内的所有识别数据输入到分类器中，根据分类评估结果实现加密数据的识别 杨许亮 采用区块链技术对缺陷数据进行加密，加密后构建一个用户群，调用该类数据时需要各个用户对公钥进行认证，以此达到提升数据安全性的目的，但该方法的记录结果存有误差，识别准确率较低 蒋彤彤等 根据流量层次整合加密数据特征，同时对整合后的特征采用多头注意力机制，以此提升数据特征的区分度，但是该方法的整合效果仍有欠缺，存在误识个数较多的问题为了进一步提高抗攻击区块链的安全性，本文提出了抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法 在设定抗攻击区块链渗入数据特征评判准则的基础上，加密渗入数据特征，并利用支持向量机算法对数据进行分类识别，实现区块链渗入数据防窜改识别 数据防窜改设计为了有效提升渗入数据识别效果，设定抗攻击区块链渗入数据特征评判准则，提取渗入数据特征，并以此为依据，设计抗攻击区块链渗入数据防窜改流程 特征提取评判准则设 为抗攻击区块链多维空间，同时该空间存储渗入数据特征提取后的映射值，抗攻击区块链渗入数据集合表示为（，），其中，（，）表示在多维空间中渗入数据的节点位置，为渗入数据样本量根据抗攻击区块链渗入数据集合可以得到抗攻击区块链渗入数据特征子集的差异度，其表达式为 （珋珋）（）（）式中：为差异度；为第 类渗入数据的样本量；（珋，珋）为多维数据空间中渗入数据的节点平均量式（）中，分母部分代表不同类别渗入数据的主要分布趋势，所以在对应的数据中，分母值越小，说明渗入数据的特征差异越小 由此可见，只有 的值相对较大时，才能有较强的识别能力 数据特征提取根据稀疏表示思想按照稀疏分数值大小对抗攻击区块链渗入数据特征进行提取 若想获取渗入数据向量的稀释度，需要对数据向量 进行重构，将其转换为最小线性规划形式，其表达式为 （）（）式中：为最小线性规划求解结果；（）为线性规划函数 计算重构矩阵中各个渗入数据特征的差异值，并将所有计算结果进行汇总与解析，以此取得渗入数据的目标函数 ，即珟 （）（）（）式中：珟为数据集特征参数；（）为累积差 根据目标函数的求解结果，对数据集的稀疏表示性进行排序，从而提取到抗攻击区块链分散渗入数据的关键特征，完成抗攻击区块链渗入数据的特征提取 渗入数据特征防窜改流程设计加密抗攻击区块链渗入数据前，首先需要检验获取的数据特征是否遭到窜改，从而利用监控代码对渗入数据关键特征状态进行监控，取得监控状态后把监控代码放置到固定位置，以此避免改变数据结构由于渗入数据的加密方式不同 ，所以对不同的加密方式要选择适当的密钥 密钥生成时要满足（，）（）式中：为解码密钥生成函数 ；为密钥生成函数；为解码用户代码；为解码注册码；为渗入数据特征函数值；为数组满足密钥生成条件后，即可对抗攻击区块链渗入数据特征进行防窜改操作，具体的防窜改流程如图 所示图 防窜改流程图 根据图 可知，当抗攻击区块链渗入数据中的第一个特性分类出现在整体数据分类中时，若对该特性进行加密计算，则会自动生成一个用于检查密钥 特征的函数 若检验期间密钥发生错误，渗入数据就有被窜改的可能，此时需要返回到函数生成步骤重新获取，直至密钥完全正确为止 该流程可以有效防止抗攻击区块链渗入数据遭到窜改，提升了渗入数据密钥特性，进一步保证了渗入数据的安全性 渗入数据防窜改识别方法在实施渗入数据特征防窜改流程后，为了进一步优化抗攻击区块链渗入数据防窜改识别效沈阳工业大学学报第 卷果，使用相对熵与蒙特卡洛仿真方法作为渗入数据的分类测度，利用支持向量机 对数据进行分类识别，实现渗入数据防窜改识别 相对熵将相对熵作为与渗入数据特征相对应的特征向量，以此获取渗入数据加密后的熵 将加密的渗入数据重新组合并计算，得到新集合的熵值，即 ()（）式中：为加密的渗入数据集合所对应的相对熵；为加密的渗入数据数量；为元素出现频数；为特征向量的维数根据式（）得到渗入数据相对熵集合 ，即，由于渗入数据特征之间具有依赖性，所以为了提升渗入数据防窜改识别效果，需要对冗余数据特征进行剔除，以此在提高识别效率的同时，减少系统运行时间 蒙特卡洛仿真通常情况下抗攻击区块链渗入数据为长字符数据，将冗余数据剔除后可以节省较多空间 ，所以依据压缩技术，将抗攻击区块链数据中各个渗入数据字符 作为蒙特卡洛仿真点设在一个正方形中存在一个内切圆，则该正方形的横坐标轴由渗入数据的前 个字符表示，而纵坐标轴则由后 个字符进行表示依据各个数据节点中内切圆的个数，对渗入数据的估计值进行计算 根据估计值与实际值之间的误差可知，进行加密后的渗入数据估计值误差相对较小 由此可见，蒙特卡洛仿真方法 可以利用估计值误差对渗入数据是否加密的状态进行区分，便于对渗入数据进行有效识别 渗入数据防窜改识别本文利用支持向量机对加密后的数据进行分类，以此实现渗入数据防窜改识别 设数据的特征空间表示为，其中，为特征子空间，为估计误差值，该特征空间属于一个四维空间 采用支持向量机方法对特征值进行训练，以此实现对渗入数据的检测判断 依据训练流程对加密数据进行分类，从而实现抗攻击区块链渗入数据防窜改识别 实验与分析为了验证抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法的整体有效性，将提出的抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法（方法 ）与文献 基于区块链的缺陷度量数据防窜改识别方法（方法 ）、文献 基于层次时空特征与多头注意力的恶意加密流量识别方法（方法 ）进行对比测试 实验参数设置实验前搭建抗攻击区块链平台，其主要包括区块链通用模块、终端侧区块链模块、通用节点模块与核心层模块 其中，区块链通用模块主要实现区块链中的基础操作；终端侧区块链模块通过类与类的组合以及类之间的继承实现终端层的 式区块链、边缘层的多链平行区块链；通用节点模块中包含了边缘、终端、存储等多个节点类；核心层模块实现了节点的注册、智能合约的备案等功能实验在两台 机上完成，并设置了 的交换机，操作系统为 ，服务器软件为 ，信息数据库为 ，调试工具为 实验所需计算数据由模拟仿真得到，其中包括第 类渗入数据的样本量 为 个，实验样本数量 为 个，数据差异度 为 ，密钥生成函数报头编码为（，），消息字编码为（，），码元宽度为 ，相对熵 为 方法 的参数设置：安全系数为 ，迭代次数为 次 方法 的参数设置：嵌入维度为 ，隐藏神经元个数为 ，激活函数为 和 ，卷积核尺寸分别为 、，卷积核个数为 ，步长为 ，最小变化量为 ，迭代次数为 实验结果分析 识别性能测试采用 种方法分别对 个数据的可用度进行测试，设 为抗攻击区块链中数据的可用度，其计算表达式为 （）式中：为可信数据总数；为抗攻击区块链中数据总数 数据可用度越高，代表相应方法的抗攻击区块链渗入识别性能越好，具体测试结果如图 所示由图 可知，种方法在测试时数据可用度均高于 ，从整体上看，方法 的可用度均处于 以上，方法 的识别效果明显要优于对比方法，因为方法 提取了渗入数据的特征，以此提升了识别性能，提高了数据安全性 方法 的识别效果虽然与方法 的识别效果相近，但在样本数量为 和 时，数据可用度差异相较于其他样本数量时较为明显第 期景雯，等：抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法图 不同方法的识别性能测试结果 防窜改性能测试在仿真软件中搭建抗攻击区块链平台，并将其在某电力企业中进行测试，将平台同时接入电动汽车公司、负荷聚合商、调度中心、售电公司等共 个市场主体节点 在实验过程中，以电力调控平台市场主体名称、用户岗位、用户申请 个方面的数据作为抗攻击区块链渗入数据，利用方法 对其进行加密 表 和表 分别是加密前后的数据统计结果表 加密前数据统计 市场主体名称用户岗位用户申请电动汽车公司职员查询班次负荷聚合商总经理调取数据调度中心值班人员调取监控录像售电公司业务员查询业务表 加密后数据统计 市场主体名称用户岗位用户申请方法 和方法 在解密表 数据时需要超过 才可以完成，由此证明算法加密后的数据复杂度较高，防窜改性能更好 由于方法 通过相对熵与蒙特卡罗仿真方法对渗入数据进行了分类，并采用抗攻击区块链渗入数据特征评判准则，滤除了冗余及无效数据，实现了高性能的抗攻击区块链渗入数据防窜改识别 结论越来越多的黑客对网络进行攻击，出现了较为严重的数据丢失、窜改等问题，对此本文提出了抗攻击区块链渗入数据防窜改识别方法 方法利用抗攻击区块链渗入数据特征提取准则提取渗入数据特征，并根据提取结果对渗入数据特征进行加密，再利用支持向量机分类加密技术实现了抗攻击区块链渗入数据防窜改识别 测试结果表明，该方法具有较好的识别性能与防窜改性能，为今后抗攻击区块链渗入数据防窜改识别研究提供了参考借鉴参考文献（）：王佳 基于数据包丢失和时延的基因调控网络的网络化 滤波 福州大学学报（自然科学版），（）：（），（）：）朱凤增，闻继伟，彭力，等 带有随机测量数据丢失及切换拓扑的传感器网络分布式 滤波器设计 控制与决策，（）：（，（）：）孙中军，翟江涛，戴跃伟 一种基于 和负载随机性的加密流量识别方法 应用科学学报，（）：（，（）：）杨许亮 基于区块链的缺陷度量数据防窜改识别仿真 计算机仿真，（）：（，（）：）蒋彤彤，尹魏昕，蔡冰，等 基于层次时空特征与多头注意力的恶意加密流量识别 计算机工程，（）：（，（）：）张宇帆，艾芊，李昭昱，等 基于特征提取的面向边缘数据中心的窃电监测 电力系统自动化，（）：（，（）：）王立辉，闫守礼，李清 一种轻量级数据加密标准循环掩码实现方案 电子与信息学报，（）：（，（）：）张向阳，孙子文 自动纠错 密钥生成方案沈阳工业大学学报第 卷 计算机科学，（）：（，（）：）张启慧，胡学先，刘文芬，等 改进的三方口令验证元认证密钥交换协议 软件学报，（）：（，（）：）丁佳蓉，钟伯成，房保纲，等 体域网中基于信道特征的认证与密钥协商协议 传感器与微系统，（）：（，（）：）覃晖，唐玉，谢雄耀，等 基于支持向量机的隧道衬砌空洞机器识别方法 现代隧道技术，（）：（，（）：）王宁，田家英，董宁，等 基于改进 的智能电网调控系统实时风险评估与预警技术 沈阳工业大学学报，（）：（，（）：）朱素霞，刘抒伦，孙广路 基于相对熵和 的形状相似差分隐私轨迹保护机制 通信学报，（）：（，（）：）杨金显，韩玉鑫 陀螺仪的稀疏冗余去噪 传感技术学报，（）：（，（）：）张海峰，齐鸿坤，侯学隆，等 基于蒙特卡洛法的反舰导弹搜捕概率仿真研究 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