【摘 要】
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随着体育中考新一轮改革的落地以及物联网技术的飞速发展,依托于物联网系统提供的自动化、智能化服务,体育中考将变得更加规范、科学。在体育中考物联网系统中,数据安全传输和高性能传输是其传输层的基本需求。因此,本文旨在为体育中考物联网系统的传输层提供能够保证其数据安全与高效传输的解决方案。它既可以为传输层提供安全保障,又能够通过硬件加速引擎来提高传输层吞吐量。为实现本文目标,需考虑以下两方面因素:体育中考
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随着体育中考新一轮改革的落地以及物联网技术的飞速发展,依托于物联网系统提供的自动化、智能化服务,体育中考将变得更加规范、科学。在体育中考物联网系统中,数据安全传输和高性能传输是其传输层的基本需求。因此,本文旨在为体育中考物联网系统的传输层提供能够保证其数据安全与高效传输的解决方案。它既可以为传输层提供安全保障,又能够通过硬件加速引擎来提高传输层吞吐量。为实现本文目标,需考虑以下两方面因素:体育中考物联网架构、传输层安全威胁、传输层安全需求、通信协议选择、安全通信网络结构;硬件加速平台选择、硬件加速引擎设计、优化与集成。针对以上考虑因素,本文主要工作有:（1）体育中考物联网传输层安全机制的设计与实现;（2）基于PYNQ的RSA硬件加速系统的设计与实现;（3）所设计的传输层安全机制与硬件加速系统的集成、硬件部署、测试及分析。本文先对体育中考物联网进行研究,发现感知层与传输层之间的网络（本文称为内网）包含资源受限设备,而传输层与应用层之间的网络（本文称为外网）不包含。对于内网,根据内网资源受限且对数据机密性不敏感的特点,制定了自定义的握手环节,设计了基于受限制应用协议（Constrained Application Protocol,CoAP）的内网安全机制,安全性分析表明该机制能保证数据真实性、完整性和不可否认性,满足内网安全需求。对于外网,根据外网资源非受限且对安全性要求较高的特点,设计了基于数据报传输层安全协议（Datagram Transport Layer Security,DTLS）的外网安全机制,安全性分析结果表明该机制能保证数据机密性、完整性、真实性和不可否认性,且能抵抗分布式拒绝服务（Distributed Denial of Service,DDo S）攻击,满足外网安全需求。经测试,内网安全机制和外网安全机制能联合保障体育中考物联网传输层安全,且相较于证书模式的DTLS协议,内网安全机制握手环节更为轻量,便于在资源受限设备中部署。此外,为提高传输层吞吐量,提出了一种基于PYNQ框架的RSA硬件加速系统。经测试,RSA硬件加速系统与内网安全机制集成后,内网安全机制计算开销减少了98.9%,表明该硬件加速系统能在一定程度上提升传输层吞吐量。
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