本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信安全，具體涉及一種實時加密傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信安全保障系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今數(shù)字化時代，網(wǎng)絡(luò)通信已深度融入社會運轉(zhuǎn)和經(jīng)濟發(fā)展的各個層面，成為關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施。從個人日常的在線購物、社交互動，到企業(yè)的遠程辦公協(xié)作、金融機構(gòu)的在線交易處理，大量敏感信息在網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)傳輸。這使得網(wǎng)絡(luò)通信安全的重要性愈發(fā)凸顯，它不僅關(guān)系到個人隱私的保護，更對企業(yè)的穩(wěn)定運營和國家的經(jīng)濟安全有著深遠影響。

2、傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信安全保障技術(shù)，如ssl/tls，在長期的實際應(yīng)用中暴露出一系列亟待解決的問題。在密鑰管理方面，傳統(tǒng)ssl/tls依賴固定的會話密鑰，長時間使用會使這些密鑰面臨極高的被暴力破解風(fēng)險。而當(dāng)試圖對靜態(tài)密鑰進行動態(tài)更新時，又不得不中斷通信進行重新握手，這會造成網(wǎng)絡(luò)延遲急劇增加。像在線視頻會議場景，重新握手期間就可能出現(xiàn)畫面卡頓、聲音中斷等情況，嚴重影響用戶體驗。

3、加密算法方面，單一的加密算法難以契合復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)威脅環(huán)境。普通數(shù)據(jù)傳輸時，使用高強度加密算法會過度消耗計算資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬，造成資源浪費。比如一些硬件計算能力有限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，采用高強度加密算法可能導(dǎo)致設(shè)備運行緩慢甚至死機。但在處理敏感數(shù)據(jù)時，若加密算法強度不足，又無法提供足夠的安全防護。

4、數(shù)據(jù)分片加密上，現(xiàn)有技術(shù)通常對完整數(shù)據(jù)包進行整體加密，這就存在嚴重隱患。一旦部分密文被破解，攻擊者便能通過分析上下文語義推斷出更多信息，存在鏈?zhǔn)狡平怙L(fēng)險。

5、身份認證與加密環(huán)節(jié)脫節(jié)也是常見問題。多數(shù)系統(tǒng)僅在建立連接時進行身份認證，在數(shù)據(jù)傳輸過程中缺乏持續(xù)驗證機制，這使得系統(tǒng)極易遭受會話劫持攻擊。

6、隨著量子計算技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)非對稱加密算法，如rsa，面臨著被量子計算機破解的巨大風(fēng)險。目前，現(xiàn)有實時系統(tǒng)大多缺乏對后量子加密技術(shù)的兼容性。一旦量子計算機廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信安全體系將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

7、綜上所述，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信安全保障技術(shù)的種種缺陷，迫切需要一種創(chuàng)新的、更高效安全的實時加密傳輸網(wǎng)絡(luò)通信安全保障系統(tǒng)來解決。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種實時加密傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信安全保障系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中存在的問題。

2、為了達到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種實時加密傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信安全保障系統(tǒng)，包括動態(tài)分片化量子抗性加密模塊、基于流量感知的自適應(yīng)加密引擎、零握手持續(xù)身份認證模塊和硬件加速分片處理架構(gòu)；所述動態(tài)分片化量子抗性加密模塊，被配置為按時間窗將數(shù)據(jù)流分割成多個分片，基于量子安全的ntru算法為每個分片獨立生成無關(guān)聯(lián)的密鑰，借助區(qū)塊鏈存儲預(yù)生成的密鑰分片索引，集成sphincs+哈希簽名算法為各分片附加一次性簽名，同時在分片內(nèi)結(jié)合對稱與非對稱加密進行二次加密；所述基于流量感知的自適應(yīng)加密引擎，部署輕量級ml模型，對數(shù)據(jù)敏感度、網(wǎng)絡(luò)抖動、歷史攻擊頻率等流量特征進行實時分析，據(jù)此在aes-256、chacha20、ntru算法間無縫熱切換加密算法，且維持數(shù)據(jù)流的連續(xù)性，并采用分布式哈希表(dht)技術(shù)實施分布式密鑰管理；所述零握手持續(xù)身份認證模塊，在每個數(shù)據(jù)分片中嵌入由設(shè)備硬件特征與會話隨機數(shù)生成的動態(tài)指紋，通過隨機丟棄1％數(shù)據(jù)分片并要求發(fā)送端在下一分片內(nèi)重傳特定哈希值的方式，驗證端到端鏈路控制權(quán)，同時引入深度學(xué)習(xí)模型實時監(jiān)測通信過程中的異常行為；所述硬件加速分片處理架構(gòu)，運用fpga芯片專門負責(zé)分片加密/解密，cpu僅執(zhí)行密鑰索引分配工作，為每個分片分配獨立內(nèi)存空間，通過硬件指令完成密鑰的生成與銷毀，采用硬件冗余技術(shù)對fpga芯片、內(nèi)存等關(guān)鍵硬件組件進行冗余配置。

3、進一步的，所述動態(tài)分片化量子抗性加密模塊中，區(qū)塊鏈存儲密鑰分片索引采用默克爾樹結(jié)構(gòu)，確保索引數(shù)據(jù)的完整性和不可篡改。

4、進一步的，所述基于流量感知的自適應(yīng)加密引擎，通過硬件加速的實時威脅評估模塊，在10毫秒內(nèi)完成對網(wǎng)絡(luò)流量特征的分析并調(diào)整加密強度。

5、進一步的，所述基于流量感知的自適應(yīng)加密引擎，在進行算法熱切換時，通過緩存機制保證切換過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，丟包率低于0.01％。

6、進一步的，所述分布式密鑰管理中，dht技術(shù)采用一致性哈希算法，使密鑰在節(jié)點間均勻分布，提升存儲和讀取效率。

7、進一步的，所述零握手持續(xù)身份認證模塊中，動態(tài)指紋生成算法結(jié)合了設(shè)備唯一標(biāo)識碼、當(dāng)前時間戳和會話隨機數(shù)，確保指紋的唯一性和動態(tài)性。

8、進一步的，所述零握手持續(xù)身份認證模塊，利用深度學(xué)習(xí)模型實時監(jiān)測異常行為時，對ddos攻擊的檢測準(zhǔn)確率達到98％以上。

9、進一步的，所述硬件加速分片處理架構(gòu)中，fpga芯片與cpu之間采用高速串行總線連接，數(shù)據(jù)傳輸速率達到10gbps以上。

10、進一步的，所述硬件加速分片處理架構(gòu)，為每個分片分配的獨立內(nèi)存空間采用分頁管理機制，提高內(nèi)存利用率。

11、進一步的，所述硬件冗余技術(shù)中，對fpga芯片采用主備模式，當(dāng)主芯片出現(xiàn)故障時，在50微秒內(nèi)完成切換到備用芯片。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少如下所述：

13、本發(fā)明的實時加密傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信安全保障系統(tǒng)，全面革新傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信安全保障技術(shù)，成功攻克靜態(tài)密鑰管理、加密算法適配、數(shù)據(jù)分片加密、身份認證與加密協(xié)同及量子計算威脅應(yīng)對等多方面難題，顯著提升了系統(tǒng)在安全性、實時性、適應(yīng)性、可靠性和抗攻擊能力等關(guān)鍵性能維度的表現(xiàn)；

14、具體的：

15、解決靜態(tài)密鑰管理缺陷：動態(tài)分片化量子抗性加密模塊摒棄傳統(tǒng)固定會話密鑰模式，運用量子安全的ntru算法為每個數(shù)據(jù)分片獨立生成密鑰，結(jié)合區(qū)塊鏈存儲密鑰分片索引與輕量級協(xié)商獲取方式，避免密鑰長期使用被破解風(fēng)險，杜絕因密鑰更新導(dǎo)致的通信中斷與延遲增加問題，有力保障通信的穩(wěn)定性與安全性，確保像在線視頻會議這類對實時性要求高的應(yīng)用場景流暢運行。

16、匹配加密算法與場景：基于流量感知的自適應(yīng)加密引擎借助輕量級ml模型實時分析流量特征，依據(jù)數(shù)據(jù)敏感度、網(wǎng)絡(luò)抖動及歷史攻擊頻率等因素，在aes-256、chacha20、ntru等算法間實現(xiàn)毫秒級無縫熱切換。既能在普通數(shù)據(jù)傳輸時避免高強度加密造成的資源浪費，又能在處理敏感數(shù)據(jù)時提供充足的安全防護，例如在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸中，可根據(jù)設(shè)備硬件計算能力動態(tài)調(diào)整加密算法，實現(xiàn)高效安全傳輸。

17、填補數(shù)據(jù)分片加密空白：動態(tài)分片化量子抗性加密模塊對數(shù)據(jù)流進行分片并獨立加密，各分片密鑰無關(guān)聯(lián)，有效阻斷密文間的語義推斷路徑。即使單個分片密文被破解，攻擊者也無法借此推斷整體數(shù)據(jù)內(nèi)容，極大降低鏈?zhǔn)狡平怙L(fēng)險，為政府部門、金融機構(gòu)等傳輸重要敏感數(shù)據(jù)提供可靠的安全保障。

18、融合身份認證與加密：零握手持續(xù)身份認證模塊創(chuàng)新性地將身份驗證融入加密數(shù)據(jù)流，通過在數(shù)據(jù)分片中嵌入基于設(shè)備硬件特征和會話隨機數(shù)生成的動態(tài)指紋，以及采用雙向沉默挑戰(zhàn)機制驗證端到端鏈路控制權(quán)，同時利用深度學(xué)習(xí)模型實時監(jiān)測異常行為，徹底消除會話劫持隱患。在在線銀行轉(zhuǎn)賬、電商交易等場景中，能切實保障用戶信息和資金安全。

19、應(yīng)對量子計算威脅：本系統(tǒng)在加密核心技術(shù)中引入量子安全的ntru算法和抗量子簽名的sphincs+哈希簽名算法，賦予系統(tǒng)后量子加密兼容性，有效抵御量子計算機對傳統(tǒng)非對稱加密算法的潛在破解威脅，確保金融機構(gòu)加密通信、政府機密信息傳輸?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域在量子計算時代的信息安全。

20、提升系統(tǒng)性能與可靠性：硬件加速分片處理架構(gòu)利用fpga芯片專門負責(zé)分片加密/解密，結(jié)合cpu執(zhí)行密鑰索引分配，將端到端延遲降低至μs級；通過內(nèi)存沙箱隔離和分頁管理機制，保障密鑰安全存儲與內(nèi)存高效利用；采用硬件冗余技術(shù)，對fpga芯片、內(nèi)存等關(guān)鍵硬件組件進行冗余配置，主備模式下50微秒內(nèi)即可完成故障切換，確保通信的連續(xù)性和穩(wěn)定性，滿足各類對通信實時性和可靠性要求極高的應(yīng)用場景。