一种多终端互联血压测量数据加密同步传输方法及系统与流程

本发明涉及血压数据加密多终端同步传输，尤其涉及一种多终端互联血压测量数据加密同步传输方法及系统。

背景技术：

1、随着慢病管理数字化的普及，高血压作为高发慢性疾病，居家、社区场景下的常态化血压测量已成为健康管理核心环节。血压测量完成后，需同步至用户个人智能终端、家庭健康网关、社区公共卫生随访终端、亲属监护终端等多类设备，满足自我健康管控、社区慢病随访、远程亲属监护等多维度需求，行业对血压数据同步的安全性、场景适配性、传输效率均提出了更高要求。

2、目前行业内主流的血压数据同步方案分为两类，第一类为云端中心中转同步方案，该方案依托公网通信架构，由血压测量终端先将采集到的数据上传至云端服务器，各待同步目标终端再通过公网从云端拉取对应数据完成同步，该方案技术成熟，运维难度低，可支持跨地域的多终端同步，当前绝大多数消费级智能血压设备均采用该方案实现数据同步。但该方案必须依赖公网覆盖与云端服务持续在线，无公网覆盖的户外场景、家庭宽带中断场景、云端服务故障场景下同步功能直接失效，且所有血压数据需经云端存储中转，敏感健康数据的泄露风险较高，云端侧一旦遭受攻击将出现批量用户隐私数据泄露的问题，同时云端中转的传输时延受公网质量影响波动较大，多终端并发同步场景下时延可达数十秒，无法满足即时同步需求。

3、第二类为近场点对点直连同步方案，该方案无需云端参与，由血压测量终端通过蓝牙、wi-fi直连等近场通信协议与单个目标终端建立直连链路，直接完成数据传输，该方案近场传输时延低，无公网依赖，被广泛应用于无网场景下的单终端数据导出。但该方案仅支持单跳单点传输，无法同时完成多终端同步，也不支持多跳中继扩展传输范围，超出单终端直连覆盖范围的设备无法完成同步；同时该方案普遍采用固定强度的加密策略，低算力嵌入式血压测量终端运行高强度加密算法时易出现卡顿、功耗过高的问题，高敏感健康数据传输时固定低强度加密又无法满足安全要求；出现传输丢包时普遍采用全量重传或全拓扑广播重传策略，带宽资源浪费严重，多终端密集部署的干扰场景下易出现广播风暴、同步成功率低的问题。

技术实现思路

1、本发明提出的一种多终端互联血压测量数据加密同步传输方法及系统，以解决上述现有技术中提到的现有血压数据同步方案依赖公网覆盖、适配场景有限、安全与传输效率难以兼顾的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种多终端互联血压测量数据加密同步传输方法，包括如下步骤：

3、s1、当血压测量终端完成一次血压测量数据采集后，在覆盖蓝牙低功耗、wi-fi直连、5g终端直连的融合通信范围内，不依赖云端中心服务器发起邻接终端发现请求，与预先完成身份绑定的关联终端建立双向对等通信连接，构建支持多跳中继的无中心临时多终端互联拓扑，任意节点均可承担数据发起、中继转发、接收存储功能，消除单节点失效导致的同步中断风险；

4、s2、对采集的原始血压测量数据剔除设备自检值、传感器校准临时值、调试标记类冗余字段后，转换为跨协议统一的tlv传输帧结构完成标准化封装，基于终端间预先协商的对称密钥对封装数据执行初始加密，生成携带测量终端唯一硬件标识、采集时间戳、数据包唯一序列编号、数据隐私等级标记的初始加密数据包；

5、s3、按固定采样周期采集互联拓扑内每段直连链路的传输时延、丢包率、剩余带宽参数，结合待传输数据的隐私等级量化计算各链路的传输优先级，分别确定从测量终端到每个待同步目标终端、满足跳数约束的最优无环传输路径，将初始加密数据包拆分为适配链路mtu的分片后沿对应最优路径逐跳分发；

6、s4、各目标同步终端完成全部分片接收后，执行分片重组、密钥匹配解密操作，基于数据包携带的序列编号、时间戳、完整性校验值开展无需中心节点参与的跨终端同步一致性校验，校验通过则将数据写入本地加密存储分区持久化保存，并向拓扑内所有节点同步更新多终端同步状态标记，校验不通过则沿路径反向定向发送对应分片的重传请求。

7、优选的，与预先完成身份绑定的多个关联终端建立双向通信连接的过程具体为：测量终端发起邻接发现请求时，广播携带自身硬件标识、128位随机校验码的探测帧，接收到探测帧的关联终端返回携带自身硬件标识、对随机校验码与双端硬件标识拼接内容的sm2数字签名值的应答帧，测量终端基于预存的各关联终端公钥验证签名值的合法性，同时测量应答帧的接收信号强度，仅将签名验证通过、接收信号强度高于预设安全阈值的终端纳入互联拓扑可用节点列表，拒绝远距离伪造终端的接入请求；完成连接建立后，测量终端向新接入终端同步当前拓扑的全节点状态快照，加快路由表收敛速度，若检测到节点连续三次出现校验失败或伪造签名行为，则将其加入接入黑名单并阻断后续所有连接。

8、优选的，基于测量终端与各关联终端预先协商生成的对称密钥对封装后的数据进行初始加密的过程具体为：所用对称密钥由终端首次绑定时，基于双方硬件唯一标识、用户设置的同步密码、首次绑定时间戳通过密钥派生函数生成的根密钥派生得到；加密过程实时采集当前测量终端的剩余算力与待传输数据的隐私等级，动态调整sm4对称加密算法的实际加密轮数，动态调整遵循如下公式：；其中为实际执行的加密轮数，为算法默认加密轮数，为算力影响权重，取值范围为0到1，为终端当前剩余可用算力，为终端满负载额定算力，β为隐私等级影响权重，取值范围为0到1，为当前传输数据对应的隐私等级值，为系统预设的最高隐私等级值，为向上取整运算；加密完成后同步计算数据包的sm3完整性校验值，将校验值嵌入初始加密数据包的固定包头偏移位置，实现低算力场景下的加密效率提升与高敏感数据的安全强度保障。

9、优选的，计算各链路的传输优先级，分别确定从测量终端到每一个待同步目标终端的最优传输路径的过程具体为：为每段直连链路的传输时延、丢包率、剩余带宽分配随数据隐私等级动态调整的权重值，通过归一化加权求和计算链路综合传输质量得分，得分计算遵循如下公式：；其中为第段直连链路的综合传输质量得分，取值范围为0到1，得分越高代表链路传输质量越好；为时延权重值、为丢包率权重值、为带宽权重值，三个权重值之和为1，当传输数据隐私等级越高时，取值越高、取值越低，优先保障传输可靠性；为第段链路的实时传输时延，为系统预设的单跳可接受最大传输时延，为第段链路的实时丢包率，为第段链路的实时剩余可用带宽，为对应通信协议的理论最大传输带宽；

10、以路径累计综合得分最高、总传输跳数不超过3跳为约束，采用分布式最短路径算法生成从测量终端到各目标终端的无环传输路径，每间隔100毫秒重新采集链路参数更新路径表，适配链路动态波动。

11、优选的，将初始加密数据包拆分为固定长度的数据分片后沿对应最优路径逐跳分发的过程中，分片长度根据所选路径的最小mtu值、链路平均丢包率动态调整，平衡分片传输开销与重传效率；

12、每经过一个中继转发终端，即由中继终端基于与下一跳直连终端实时生成的双端随机数派生一次性临时会话密钥，对接收分片的载荷部分进行链路层二次加密，分片包头以明文形式承载路由信息供中间节点转发查询，下一跳终端接收分片后完成链路层解密、包头校验后再执行后续转发操作；

13、临时会话密钥在完成当前分片转发后立即销毁，不做本地持久化存储，且在每次路径更新时重新协商生成新的会话密钥，降低长期密钥泄露的安全风险。

14、优选的，基于数据包携带的序列编号与时间戳开展跨终端同步一致性校验的过程具体为：各目标终端完成数据解密后，依次校验数据包序列编号是否连续，定位缺失分片对应的上一跳转发节点；

15、校验采集时间戳与本地接收时间的差值是否在预设允许时延范围内，判定数据是否为过期无效数据；校验解密得到的完整性校验值与本地计算得到的校验值是否匹配，识别传输过程中的数据篡改或比特错误；全部校验项通过则判定数据同步完成，将数据写入本地加密健康数据分区，若存在分片缺失、数据过期或校验值不匹配的情况，则仅向对应异常分片的上一跳节点发送定向单播重传请求，不向全拓扑广播重传消息，重传次数达上限时触发拓扑重构重新选路，同步完成后通过轻量泛洪同步全节点状态。

16、优选的，一种多终端互联血压测量数据加密同步传输系统，系统的功能模块分布式对等部署于具备多模通信能力的血压测量终端、智能移动终端、可穿戴设备、家庭健康网关上，无需云端中心节点即可独立运行，具体包括：

17、组网模块，用于在血压测量终端完成血压测量数据采集后，在融合通信覆盖范围内发起邻接终端发现请求，与预先完成身份绑定的关联终端建立双向通信连接，构建支持多跳中继的无中心临时多终端互联拓扑，具备节点故障自动切换能力；

18、初始加密封装模块，用于对采集到的原始血压测量数据剔除冗余采集字段后完成跨协议标准化封装，基于终端间预先协商的对称密钥完成数据初始加密，生成携带终端硬件标识、采集时间戳、数据包序列编号、隐私等级标记的初始加密数据包，嵌入完整性校验值；

19、动态路由分发模块，用于按固定周期采集拓扑内各直连链路的传输质量参数，结合数据隐私等级量化计算链路传输优先级，确定满足跳数约束的最优无环传输路径，将初始加密数据包拆分为适配链路参数的数据分片后沿最优路径逐跳分发；

20、同步校验模块，用于在目标终端完成全部分片接收后执行分片重组、密钥匹配解密操作，基于序列编号、时间戳、完整性校验值开展端到端同步一致性校验，校验通过则完成本地加密分区数据持久化存储并同步更新全拓扑同步状态标记，校验失败则定向触发对应分片的重传请求。

21、优选的，组网模块还用于在邻接终端发现过程中，生成128位随机校验码封装到探测帧中广播，接收关联终端返回的携带自身硬件标识、数字签名值的应答帧，基于预存的关联终端sm2公钥验证签名合法性，同时测量应答帧的接收信号强度，仅允许签名验证通过、信号强度高于安全阈值的终端接入拓扑可用节点列表；

22、完成节点接入后向新接入节点同步全拓扑状态快照加快路由收敛，持续监测节点行为，将存在连续校验失败、伪造签名行为的异常节点加入接入黑名单，阻断后续连接请求。

23、优选的，初始加密封装模块还用于实时采集所在终端的剩余算力资源，结合待传输数据的隐私等级，按照动态加密轮数计算规则调整sm4算法的实际加密轮数，生成适配当前终端算力的初始加密数据包，在数据包包头固定位置嵌入sm3完整性校验值；

24、动态路由分发模块还用于按照动态权重归一化加权规则计算各直连链路的综合传输质量得分，采用分布式最短路径算法生成满足跳数约束的无环最优传输路径，按固定周期更新路径表适配链路波动；

25、在数据分片逐跳转发过程中，控制各中继终端与下一跳终端协商生成一次性临时会话密钥，对分片载荷部分进行链路层二次加密，分片转发完成后立即销毁临时会话密钥，同时根据路径最小mtu、链路丢包率动态调整分片长度，平衡传输开销与重传效率。

26、优选的，同步校验模块还用于依次校验接收数据的序列编号连续性、时间戳有效性、完整性校验值匹配性，精准定位异常分片对应的上一跳转发节点，校验不通过时生成定向单播重传请求发送至对应节点，避免全拓扑广播重传带来的带宽无效占用与泛洪风暴；校验通过后将解密后的有效血压测量数据写入本地独立加密存储分区，生成轻量同步状态标记同步至拓扑内所有节点，新节点接入时直接推送最新状态标记，减少全量同步冗余开销。

27、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

28、本发明通过无中心对等多跳互联拓扑构建技术，无需云端中心节点中转即可完成跨终端数据同步，任意在线节点均可承担中继转发功能，有效解决了现有技术中云端中转方案依赖公网覆盖、中心节点故障即同步中断、云端数据集中存储泄露风险高的缺陷。拓扑接入采用双重身份核验机制，仅允许预先完成身份绑定的近场终端接入，从组网层面降低了非授权设备窃取用户健康数据的风险。

29、本发明通过终端算力与数据隐私等级双驱动的动态加密适配技术，可根据终端实时剩余算力、传输数据的敏感程度动态调整加密强度，有效解决了现有技术中固定加密策略无法兼顾低算力设备运行效率、高敏感数据安全需求的缺陷，在保障敏感健康数据传输安全的前提下，降低了低算力嵌入式终端的加密算力开销与运行功耗。同时采用逐跳一次性会话密钥加密机制，大幅降低多跳传输过程中的空口嗅探泄露风险。

30、本发明通过隐私感知的动态路由选路与定向分片重传技术，可根据传输数据的敏感等级动态调整链路选择策略，出现传输错误时仅向对应上一跳节点定向请求异常分片重传，有效解决了现有技术中固定权重路由无法适配敏感数据传输需求、全量广播重传易引发链路阻塞的缺陷，在强干扰场景下可大幅提升多终端同步的成功率与传输效率，减少无效带宽资源占用。