数据传输完整性保障
一、引言
随着互联网技术的飞速发展，数据传输已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
无论是个人用户还是大型企业，在进行数据交换和信息传输时，数据传输完整性的保障显得尤为重要。
数据传输完整性保障涉及到数据在传输过程中是否遭受篡改、丢失、损坏等问题，对于保障信息安全具有至关重要的作用。
本文将详细介绍数据传输完整性保障的相关内容。
二、数据传输完整性的重要性
数据传输完整性是指数据在传输过程中保持原始状态的能力。
在网络通信中，由于各种原因，如网络拥堵、传输错误、恶意攻击等，数据在传输过程中可能会出现丢失、损坏、篡改等现象，导致数据不完整或失真。
这不仅会影响数据的价值，甚至可能导致严重的后果，如经济损失、隐私泄露等。
因此，保障数据传输完整性对于维护信息安全至关重要。
三、数据传输完整性的主要挑战
在数据传输过程中，保障数据传输完整性面临诸多挑战。其中主要的挑战包括：
1. 网络环境的不确定性：网络状况的不稳定可能导致数据传输过程中出现延迟、丢包等现象，从而影响数据的完整性。
2. 恶意攻击：黑客可能会利用病毒、木马等手段对数据进行篡改或破坏，导致数据在传输过程中失真或丢失。
3. 硬件故障：传输设备、存储设备等硬件故障可能导致数据传输中断或数据损坏。
4. 软件缺陷：软件系统中的漏洞和缺陷可能导致数据传输过程中的错误和异常。
四、数据传输完整性的保障措施
为了应对上述挑战，保障数据传输完整性，可以采取以下措施：
1. 加密技术：通过加密技术对传输的数据进行加密，确保数据在传输过程中不被篡改或窃取。常用的加密技术包括对称加密、非对称加密等。
2. 数据校验：在数据传输前后，对数据进行校验，确保数据的完整性。常用的数据校验方法包括哈希校验、循环冗余校验等。
3. 数据备份与恢复：对重要数据进行备份，以防止数据在传输过程中出现丢失或损坏。同时，建立数据恢复机制，以便在数据出现问题时能够迅速恢复。
4. 传输协议优化：优化数据传输协议，提高数据传输的可靠性和稳定性，减少数据在传输过程中的丢失和损坏。
5. 硬件设备选择：选择质量可靠、性能稳定的硬件设备，以降低硬件故障导致的数据传输问题。
6. 软件系统安全：加强软件系统的安全防护，修复软件系统中的漏洞和缺陷，减少因软件问题导致的数据传输异常。
五、实际应用场景
1. 云计算：在云计算环境中，大量数据需要在云端和客户端之间传输。保障数据传输完整性对于确保云计算服务的质量和安全性至关重要。
2. 物联网：物联网设备之间需要频繁地传输数据，保障数据传输完整性对于实现物联网的智能化和高效化具有重要意义。
3. 金融行业：金融行业对数据的安全性和完整性要求极高。在金融业务中，如在线支付、证券交易等，保障数据传输完整性对于防止经济损失和维护金融稳定至关重要。
六、总结
数据传输完整性保障是保障信息安全的重要环节。
面对网络环境的不确定性、恶意攻击、硬件故障和软件缺陷等挑战，我们需要采取加密技术、数据校验、数据备份与恢复、传输协议优化等措施，确保数据在传输过程中的完整性和安全性。
在实际应用中，我们应根据不同场景的需求，选择合适的保障措施，以确保数据的完整性和安全性。
TCP和UDP之间的区别
TCP---传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。 当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。 TCP提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。 UDP---用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议。 UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。 由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快现在Internet上流行的协议是TCP/IP协议，该协议中对低于1024的端口都有确切的定义，他们对应着Internet上一些常见的服务。 这些常见的服务可以分为使用TCP端口（面向连接）和使用UDP端口（面向无连接）两种。 说到TCP和UDP,首先要明白“连接”和“无连接”的含义，他们的关系可以用一个形象地比喻来说明，就是打电话和写信。 两个人如果要通话，首先要建立连接——即打电话时的拨号，等待响应后——即接听电话后，才能相互传递信息，最后还要断开连接——即挂电话。 写信就比较简单了，填写好收信人的地址后将信投入邮筒，收信人就可以收到了。 从这个分析可以看出，建立连接可以在需要痛心地双方建立一个传递信息的通道，在发送方发送请求连接信息接收方响应后，由于是在接受方响应后才开始传递信息，而且是在一个通道中传送，因此接受方能比较完整地收到发送方发出的信息，即信息传递的可靠性比较高。 但也正因为需要建立连接，使资源开销加大（在建立连接前必须等待接受方响应，传输信息过程中必须确认信息是否传到及断开连接时发出相应的信号等），独占一个通道，在断开连接钱不能建立另一个连接，即两人在通话过程中第三方不能打入电话。 而无连接是一开始就发送信息（严格说来，这是没有开始、结束的），只是一次性的传递，是先不需要接受方的响应，因而在一定程度上也无法保证信息传递的可靠性了，就像写信一样，我们只是将信寄出去，却不能保证收信人一定可以收到。 TCP是面向连接的，有比较高的可靠性， 一些要求比较高的服务一般使用这个协议，如FTP、Telnet、SMTP、HTTP、POP3等，而UDP是面向无连接的，使用这个协议的常见服务有DNS、SNMP、QQ等。 对于QQ必须另外说明一下，QQ2003以前是只使用UDP协议的，其服务器使用8000端口，侦听是否有信息传来，客户端使用4000端口，向外发送信息（这也就不难理解在一般的显IP的QQ版本中显示好友的IP地址信息中端口常为4000或其后续端口的原因了），即QQ程序既接受服务又提供服务，在以后的QQ版本中也支持使用TCP协议了。
什么是FCS总线系统？
FCS DCS就是现场总线控制技术是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。 FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。 而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。 新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。 DCS系统的关键是通信。 也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。 由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。 数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。 通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。 （1）系统能处理多少I/O信息。 （2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。 （3）能适应多少用户和装置（CRT、控制站等）。 （4）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。 （5）数据公路的最大允许长度是多少。 （6）数据公路能支持多少支路。 （7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录装置等）。 为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。 为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。 所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。 目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。 ·FCSFCS的关键要点有三点（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准前面的章节已经叙述，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。 就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。 但由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差异。 为了使现场总线满足可互操作性要求，使其成为真正的开放系统，在IEC国际标准，现场总线通讯协议模型的用户层中，就明确规定用户层具有装置描述功能。 为了实现互操作，每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。 DD能够认为是装置的一个驱动器，它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。 由于DD包括描述装置通信所需的所有信息，并且与主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。 实际情况是否如上述一致，回答是否定的。 目前通过的现场总线国际标准含8种类型，而原IEO国际标准只是8种类型之一，与其它7种类型总线的地位是平等的。 其它7种总线，不论其市场占有率有多少，每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。 它们能够形成系统，形成产品，而原IEC现场总线国际标准，是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。 所以，要实现这些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。 通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：开放的现场总线控制系统的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。 换句话说，不论什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产品，只要遵循该总线的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线网络。 (2)FCS系统的基础是数字智能现场装置数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。 如果现场装置不遵循统一的总线协议，即相关的通讯规约，不具备数字通信功能，那么所谓双向数字通信只是一句空话，也不能称之为现场总线控制系统。 再一点，现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。 如果现场装置不是多功能智能化的产品，那么现场总线控制系统的特点也就不存在了，所谓简化系统、方便设计、利于维护等优越性也是虚的。 (3) FCS系统的本质是信息处理现场化对于一个控制系统，无论是采用DCS还是采用现场总线，系统需要处理的信息量至少是一样多的。 实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。 现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。 这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返。 可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。 减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。 减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。 因此，网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点，放在同一条支路里。 减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。 这时仍应以节省投资为原则来做选择。 如果所选择系统的响应时间允许的话，应选节省线缆的方案。 如所选系统的响应时间比较紧张，稍微减少一点信息的传输就够用了，那就应选减少信息传输的方案。 现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在的。 选用哪一个现场仪表上的功能块，是系统组态要解决的问题。 考虑这个问题的原则是：尽量减少总线上的信息往返。 一般可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。
IPSEC是什么
IPSec 协议不是一个单独的协议，它给出了应用于IP层上网络数据安全的一整套体系结构，包括网络认证协议 Authentication Header（AH）、封装安全载荷协议Encapsulating Security Payload（ESP）、密钥管理协议Internet Key Exchange （IKE）和用于网络认证及加密的一些算法等。 IPSec 规定了如何在对等层之间选择安全协议、确定安全算法和密钥交换，向上提供了访问控制、数据源认证、数据加密等网络安全服务。 一、安全特性IPSec的安全特性主要有： ·不可否认性 不可否认性可以证实消息发送方是唯一可能的发送者，发送者不能否认发送过消息。 不可否认性是采用公钥技术的一个特征，当使用公钥技术时，发送方用私钥产生一个数字签名随消息一起发送，接收方用发送者的公钥来验证数字签名。 由于在理论上只有发送者才唯一拥有私钥，也只有发送者才可能产生该数字签名，所以只要数字签名通过验证，发送者就不能否认曾发送过该消息。 但不可否认性不是基于认证的共享密钥技术的特征，因为在基于认证的共享密钥技术中，发送方和接收方掌握相同的密钥。 ·反重播性 反重播确保每个IP包的唯一性，保证信息万一被截取复制后，不能再被重新利用、重新传输回目的地址。 该特性可以防止攻击者截取破译信息后，再用相同的信息包冒取非法访问权（即使这种冒取行为发生在数月之后）。 ·数据完整性 防止传输过程中数据被篡改，确保发出数据和接收数据的一致性。 IPSec利用Hash函数为每个数据包产生一个加密检查和，接收方在打开包前先计算检查和，若包遭篡改导致检查和不相符，数据包即被丢弃。 ·数据可靠性（加密） 在传输前，对数据进行加密，可以保证在传输过程中，即使数据包遭截取，信息也无法被读。 该特性在IPSec中为可选项，与IPSec策略的具体设置相关。 ·认证 数据源发送信任状，由接收方验证信任状的合法性，只有通过认证的系统才可以建立通信连接。 二、基于电子证书的公钥认证一个架构良好的公钥体系，在信任状的传递中不造成任何信息外泄，能解决很多安全问题。 IPSec与特定的公钥体系相结合，可以提供基于电子证书的认证。 公钥证书认证在Windows 2000中，适用于对非Windows 2000主机、独立主机，非信任域成员的客户机、或者不运行Kerberos v5认证协议的主机进行身份认证。 三、预置共享密钥认证IPSec也可以使用预置共享密钥进行认证。 预共享意味着通信双方必须在IPSec策略设置中就共享的密钥达成一致。 之后在安全协商过程中，信息在传输前使用共享密钥加密，接收端使用同样的密钥解密，如果接收方能够解密，即被认为可以通过认证。 但在Windows 2000 IPSec策略中，这种认证方式被认为不够安全而一般不推荐使用。 四、公钥加密IPSec的公钥加密用于身份认证和密钥交换。 公钥加密，也被称为不对称加密法，即加解密过程需要两把不同的密钥，一把用来产生数字签名和加密数据，另一把用来验证数字签名和对数据进行解密。 使用公钥加密法，每个用户拥有一个密钥对，其中私钥仅为其个人所知，公钥则可分发给任意需要与之进行加密通信的人。 例如：A想要发送加密信息给B，则A需要用B的公钥加密信息，之后只有B才能用他的私钥对该加密信息进行解密。 虽然密钥对中两把钥匙彼此相关，但要想从其中一把来推导出另一把，以目前计算机的运算能力来看，这种做法几乎完全不现实。 因此，在这种加密法中，公钥可以广为分发，而私钥则需要仔细地妥善保管。 五、Hash函数和数据完整性Hash信息验证码HMAC（Hash message authentication codes）验证接收消息和发送消息的完全一致性（完整性）。 这在数据交换中非常关键，尤其当传输媒介如公共网络中不提供安全保证时更显其重要性。 HMAC结合hash算法和共享密钥提供完整性。 Hash散列通常也被当成是数字签名，但这种说法不够准确，两者的区别在于：Hash散列使用共享密钥，而数字签名基于公钥技术。 hash算法也称为消息摘要或单向转换。 称它为单向转换是因为：1）双方必须在通信的两个端头处各自执行Hash函数计算；2）使用Hash函数很容易从消息计算出消息摘要，但其逆向反演过程以目前计算机的运算能力几乎不可实现。 Hash散列本身就是所谓加密检查和或消息完整性编码MIC（Message Integrity Code），通信双方必须各自执行函数计算来验证消息。 举例来说，发送方首先使用HMAC算法和共享密钥计算消息检查和，然后将计算结果A封装进数据包中一起发送；接收方再对所接收的消息执行HMAC计算得出结果B，并将B与A进行比较。 如果消息在传输中遭篡改致使B与A不一致，接收方丢弃该数据包。 有两种最常用的hash函数：·HMAC-MD5 MD5（消息摘要5）基于RFC1321。 MD5对MD4做了改进，计算速度比MD4稍慢，但安全性能得到了进一步改善。 MD5在计算中使用了64个32位常数，最终生成一个128位的完整性检查和。 ·HMAC-SHA 安全Hash算法定义在NIST FIPS 180-1，其算法以MD5为原型。 SHA在计算中使用了79个32位常数，最终产生一个160位完整性检查和。 SHA检查和长度比MD5更长，因此安全性也更高。 六、加密和数据可靠性IPSec使用的数据加密算法是DES--Data Encryption Standard（数据加密标准）。 DES密钥长度为56位，在形式上是一个64位数。 DES以64位（8字节）为分组对数据加密，每64位明文，经过16轮置换生成64位密文，其中每字节有1位用于奇偶校验，所以实际有效密钥长度是56位。 IPSec还支持3DES算法，3DES可提供更高的安全性，但相应地，计算速度更慢。 七、密钥管理·动态密钥更新IPSec策略使用动态密钥更新法来决定在一次通信中，新密钥产生的频率。 动态密钥指在通信过程中，数据流被划分成一个个数据块，每一个数据块都使用不同的密钥加密，这可以保证万一攻击者中途截取了部分通信数据流和相应的密钥后，也不会危及到所有其余的通信信息的安全。 动态密钥更新服务由Internet密钥交换IKE（Internet Key Exchange）提供，详见IKE介绍部分。 IPSec策略允许专家级用户自定义密钥生命周期。 如果该值没有设置，则按缺省时间间隔自动生成新密钥。 ·密钥长度密钥长度每增加一位，可能的密钥数就会增加一倍，相应地，破解密钥的难度也会随之成指数级加大。 IPSec策略提供多种加密算法，可生成多种长度不等的密钥，用户可根据不同的安全需求加以选择。 ·Diffie-Hellman算法要启动安全通讯，通信两端必须首先得到相同的共享密钥（主密钥），但共享密钥不能通过网络相互发送，因为这种做法极易泄密。 Diffie-Hellman算法是用于密钥交换的最早最安全的算法之一。 DH算法的基本工作原理是：通信双方公开或半公开交换一些准备用来生成密钥的材料数据，在彼此交换过密钥生成材料后，两端可以各自生成出完全一样的共享密钥。 在任何时候，双方都绝不交换真正的密钥。 通信双方交换的密钥生成材料，长度不等，材料长度越长，所生成的密钥强度也就越高，密钥破译就越困难。 除进行密钥交换外，IPSec还使用DH算法生成所有其他加密密钥。