[發明專利]網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸方法及系統

有效

• 申請號: 202110454801.5
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113098897B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 蔣宇辰;吳詩夢;羅浩;張九思;尹珅;李獻領
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H04L67/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

1.網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、將自編碼器的編碼部分作為數據的加密模型，將自編碼器的解碼部分作為數據的解密模型，其中，自編碼器的編碼部分與解碼部分的層數相同，且自編碼器的編碼部分和解碼部分的節點數呈鏡像對稱；

步驟二、對歷史采集的原始傳感器數據中每一個維度內的數據分別進行歸一化處理之后，利用歸一化處理后的數據對加密模型和解密模型進行訓練；

并存儲加密模型所提取出的每個特征在歷史傳感器數據中的最大值和最小值；

步驟三、對訓練好的加密模型和解密模型進行封裝，封裝之后的函數關系為：

加密模型：x^trans＝f(x^meas)

解密模型：

其中，x^meas為待加密的傳感器數據，x^trans為加密后的傳感器數據，為解密出的傳感器數據；

步驟四、在發送端，根據存儲的每個特征在歷史傳感器數據中的最大值和最小值，對需要傳輸的數據進行歸一化處理，獲得歸一化處理后的需要傳輸的數據；

歸一化處理后的需要傳輸的數據輸入封裝后的加密模型進行加密處理，將加密處理后的數據進行傳輸；

步驟五、在接收端，將加密處理后的數據輸入封裝后的解密模型對加密處理后的數據進行解密操作，再對解密獲得的數據進行反歸一化操作，得到發送端傳輸的數據；

所述加密模型描述為：

其中，W₁^e和分別代表編碼部分第一層的權重矩陣和偏置，σ_T(·)為Tanh非線性激活函數，x^meas為待加密的傳感器數據，和分別代表編碼部分第n層的權重矩陣和偏置，n為編碼部分包含的層數；

所述解密模型描述為：

其中，W₁^d和分別代表解碼部分第一層的權重矩陣和偏置，σ_L(·)為Linear激活函數，x^trans為加密后的傳感器數據，和分別代表解碼部分第n層的權重矩陣和偏置，n為解碼部分包含的層數；

所述Tanh非線性激活函數σ_T(·)的表達式為：

其中，x為函數的自變量，e為自然對數的底數；

所述Linear激活函數σ_L(·)的表達式為：

σ_L(x)＝x。

2.根據權利要求1所述的網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸方法，其特征在于，所述自編碼器的編碼層的節點數逐層遞減，整體呈沙漏型。

3.根據權利要求1所述的網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸方法，其特征在于，所述對歷史采集的原始傳感器數據中每一個維度內的數據分別進行歸一化處理，歸一化處理的具體過程為：

其中，x_i′為原始傳感器數據中第i′個維度的數據，min(x_i′)為原始傳感器數據中第i′個維度內的數據的最小值，max(x_i′)為原始傳感器數據中第i′個維度內的數據的最大值，x_i′,j為第i′個維度內的第j個數據，為歸一化后的第i′個維度內的第j個數據。

4.根據權利要求3所述的網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸方法，其特征在于，所述利用歸一化處理后的數據對加密模型和解密模型進行訓練時，所采用的損失函數J(W,b)為：

其中，k為加密模型提取的特征的數量，為第i個特征對應的歸一化處理后原始傳感器數據，為解密模型對第i個特征的歸一化處理后原始傳感器數據的重建結果。

5.根據權利要求4所述的網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸方法，其特征在于，所述對加密模型和解密模型進行訓練時是通過Adam優化算法進行參數的更新的。

6.網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸系統，其特征在于，所述系統用于執行權利要求1至權利要求5之一所述的網絡化控制系統中數據非對稱加密傳輸方法。