0 引言

物联网技术发展背景：在当今数字化时代，物联网（IoT）技术已成为推动社会进步与经济发展的关键力量。其通过连接物理世界与数字世界，实现了设备间的智能化交互与数据共享，广泛应用于工业、医疗、交通、家居等多个领域^[3]。计算机数据传输作为物联网的核心环节，承担着将海量感知数据从源头传递至处理中心的重要任务，其效率与可靠性直接决定了物联网系统的整体性能^[4]。随着5G、大数据及人工智能等前沿技术的不断发展，物联网对高效、安全的数据传输需求愈发迫切，这使得研究计算机数据传输的关键技术具有重要意义。

研究目的与意义：本研究旨在深入探讨物联网技术中计算机数据传输的关键技术及其安全防护措施，以应对当前物联网环境中日益复杂的安全挑战^[5]。通过对数据传输技术的系统分析，揭示其在提升物联网系统性能中的关键作用；同时，结合安全防护措施的研究，为构建安全可靠的物联网数据传输体系提供理论支持与实践指导^[11]。这不仅有助于保障用户隐私与数据安全，还能推动物联网技术在更多领域的广泛应用，从而促进社会信息化水平的整体提升。

1 物联网技术中计算机数据传输的关键技术

1.1 有线传输技术

1.1.1 以太网技术

以太网技术作为局域网中最常用的通信协议之一，其核心原理是基于载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）机制实现数据帧的传输。该技术通过共享介质的方式，允许多个设备在同一网络中进行数据传输，同时具备较高的传输速率和稳定性。目前，以太网技术已发展到千兆甚至万兆级别，能够满足大规模数据传输的需求。其特点在于传输速率高、抗干扰能力强以及兼容性广泛，适用于工业控制、数据中心等对数据传输要求较高的场景[^1][3]。

1.1.2 光纤传输技术

光纤传输技术利用光信号在光纤介质中的全内反射原理实现数据传输，其核心优势在于高带宽和低损耗特性。相比传统的铜缆传输，光纤传输不仅支持更高的数据传输速率，还具有更长的传输距离和更强的抗电磁干扰能力。此外，光纤传输技术的信号衰减极低，能够在长距离传输中保持数据的完整性和稳定性。这些优势使其广泛应用于城域网、广域网以及高速通信网络中，特别是在需要大容量数据传输的场景中表现尤为突出^[3][4]。

1.2 无线传输技术

1.2.1 Wi-Fi技术

Wi-Fi技术是一种基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术，其工作原理是通过射频信号在特定频段内实现设备间的数据传输。Wi-Fi技术的传输距离通常取决于发射功率和环境因素，在理想条件下可达到数十米甚至更远。此外，Wi-Fi技术具有较高的传输速率和较强的抗干扰能力，支持多设备同时连接，广泛应用于家庭、办公场所及公共场所等场景。然而，由于其频段资源有限，在高密度设备环境中可能存在信号干扰问题^[2][3]。

1.2.2 蓝牙技术

蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，其工作原理基于跳频扩频技术（FHSS），通过在不同频段间快速切换实现数据传输。蓝牙技术的主要特点包括低功耗、低成本以及短距离传输能力，通常适用于个人设备间的数据交换，如智能手机、耳机、键盘等。此外，蓝牙技术在物联网设备中的应用也日益广泛，特别是在智能家居和可穿戴设备领域，其低功耗特性能够有效延长设备的续航时间^[3][5]。

1.2.3 ZigBee技术

ZigBee技术是一种低速率、低功耗的无线通信技术，其设计初衷是为了满足物联网设备对低功耗和低成本的需求。ZigBee技术基于IEEE 802.15.4标准，采用网状拓扑结构实现设备间的多跳通信，从而扩展了传输范围。其主要特点包括低功耗、低数据传输速率以及高可靠性，适用于环境监测、智能照明等需要长时间运行且数据传输量较小的场景。此外，ZigBee技术的网络容量较大，能够支持数百个设备同时连接，因此在工业物联网和智慧城市等领域具有广阔的应用前景^[3][7]。

2 物联网技术中计算机数据传输的安全防护措施

2.1 数据加密技术

2.1.1 对称加密算法

对称加密算法是一种基于相同密钥进行加密和解密的技术，其核心原理在于通过数学变换将明文转换为密文，只有持有正确密钥的接收方才能还原原始信息。典型代表如DES（Data Encryption Standard）和AES（Advanced Encryption Standard），其中AES因更高的安全性和效率被广泛应用于现代物联网系统^[4]。在保障数据机密性方面，对称加密算法通过对传输数据进行加密处理，有效防止了敏感信息在传输过程中被窃取或篡改。然而，由于其密钥分发和管理复杂性较高，在实际应用中需要结合其他技术手段以弥补这一不足^[10]。

2.1.2 非对称加密算法

非对称加密算法采用一对密钥（公钥和私钥）进行加密和解密操作，其核心原理基于复杂的数学难题，如整数分解或离散对数问题。典型的非对称加密算法包括RSA（Rivest-Shamir-Adleman），该算法在密钥管理和数据加密中具有显著优势。在物联网环境中，非对称加密算法常用于数字签名、身份认证以及密钥交换等场景，能够有效解决对称加密算法中密钥分发困难的问题^[4]。此外，非对称加密技术还支持双向认证机制，确保通信双方的身份合法性，从而进一步提升数据传输的安全性^[10]。

2.2 防火墙技术

2.2.1 防火墙的工作原理

防火墙作为网络安全的第一道防线，其工作原理主要基于规则过滤和访问控制，通过分析网络流量中的源地址、目标地址、端口号及协议类型等信息，决定是否允许数据包通过。防火墙的工作模式可分为包过滤、状态检测和应用代理三种类型。其中，包过滤防火墙通过检查数据包的头部信息决定是否放行；状态检测防火墙则跟踪连接状态，提供更精细的访问控制；应用代理防火墙通过代理服务器转发请求，实现对应用层协议的深度检测^[6]。这些机制共同作用，有效过滤非法访问并守护网络安全。

2.2.2 防火墙在物联网中的应用

在物联网环境中，防火墙的部署方式通常包括边界防火墙和内部防火墙两种形式。边界防火墙位于物联网终端与外部网络之间，用于过滤外部网络发起的非法访问请求，防止恶意攻击者入侵物联网系统^[9]。内部防火墙则部署于物联网内部网络中，用于隔离不同安全域之间的流量，防止内部攻击或敏感信息泄露。此外，针对物联网异构融合的特点，防火墙还需支持多种通信协议和安全标准，如IPSec、SSL等，以确保端到端的数据传输安全^[6]。通过合理部署防火墙，可以显著提升物联网系统的整体安全性。

2.3 入侵检测与预防技术

2.3.1 入侵检测技术

入侵检测技术是一种通过实时监测网络流量和系统日志，识别潜在安全威胁的技术手段。其核心原理在于通过分析网络行为模式和系统活动记录，发现异常行为或已知攻击特征，并及时发出警报。入侵检测系统（IDS）可分为基于签名的检测和基于异常的检测两种类型。前者通过匹配已知攻击特征库识别威胁，后者则通过建立正常行为模型检测偏离行为^[4]。在物联网环境中，IDS广泛应用于监控终端设备的行为特征，及时发现并应对潜在的安全威胁，如流量分析、嗅探攻击等^[10]。

2.3.2 入侵预防技术

入侵预防技术（IPS）在入侵检测的基础上进一步增强了安全防护能力，其核心原理在于通过实时阻断异常流量和攻击行为，主动防御潜在威胁。IPS系统通常采用深度包检测（DPI）技术，对网络流量进行逐层解析，识别并阻止恶意代码、病毒或攻击行为^[4]。在物联网环境中，IPS技术的应用尤为重要，因为物联网终端设备数量庞大且分布广泛，容易成为攻击者的目标。通过部署IPS系统，可以有效抵御重放攻击、伪造攻击等常见威胁，保障数据传输的安全性^[10]。

3 关键技术及安全措施在实际应用中的问题与解决办法

3.1 技术兼容性问题

在物联网技术中，不同数据传输技术之间以及安全措施之间的兼容性问题是一个重要的挑战。由于物联网的网络层由多种异构网络融合而成，包括固网、4G/5G、WIFI、ZigBee、NB-IoT、LoRa、eMTC、NFC等，这些网络在协议和标准上存在差异，导致数据传输技术和安全措施难以无缝集成[9]。例如，以太网和光纤传输技术虽然具有较高的传输速率和稳定性，但其与无线传输技术如Wi-Fi和蓝牙在协议层面存在显著区别，这可能导致数据在不同网络间传输时出现丢包或延迟现象^[12]。此外，安全措施如加密算法和防火墙技术也可能因协议不匹配而无法有效协同工作。为解决这一问题，可以通过标准化和协议转换等方法来实现不同技术和措施之间的兼容性。例如，引入统一的通信协议和网络协议标准，确保终端与基站或网关之间的双向鉴权机制能够跨平台运行^[9]。同时，开发高效的端到端身份认证机制和密钥协商机制，可以为数据提供机密性与完整性保护，同时有效鉴别消息的合法性^[12]。通过这些方法，可以在一定程度上缓解技术兼容性问题，提升物联网系统的整体性能和安全性。

3.2 成本效益问题

在物联网技术中实施安全措施的过程中，成本效益问题是一个不可忽视的因素。尽管安全措施对于保障数据传输的安全性至关重要，但其实施和维护的成本可能对企业和个人用户造成负担^[11]。例如，部署高级加密算法和防火墙技术需要投入大量的资金用于硬件采购、软件开发和人员培训，这对于资源有限的中小企业尤为困难^[13]。此外，安全措施的实施还可能影响系统的运行效率，从而间接增加运营成本。因此，如何在保障安全的前提下降低成本，成为亟待解决的问题。一种可能的解决方案是通过优化现有技术来提升成本效益。例如，针对物联网异构融合的特点，可以对现有的安全标准如IPSec、SSL、AKA和PKI进行优化调整，使其适用于NB-IoT、LoRa等新型技术标准，从而减少重复开发和技术迭代的成本^[9]。同时，利用云计算和边缘计算技术，可以将部分安全功能外包给第三方服务商，从而降低本地部署和维护的成本^[13]。此外，建立完善的入侵检测系统，统计并分析终端设备的行为特征，可以在早期发现异常行为并进行有效处置，从而减少因攻击导致的经济损失^[9]。通过以上措施，可以在保障安全的同时实现成本的有效控制，推动物联网技术的广泛应用和健康发展。

4 未来发展趋势展望

4.1 新兴加密算法的应用

随着物联网技术的不断发展，传统加密算法在面对日益复杂的安全威胁时逐渐显现出局限性。因此，新兴加密算法的研究与应用成为未来物联网数据传输安全的重要方向之一。量子加密算法作为一种前沿技术，基于量子力学原理实现了信息传输的高度安全性。其核心在于利用量子密钥分发（QKD）技术，通过量子态的不可克隆性确保密钥分发的安全性，从而从根本上杜绝了窃听和破解的可能性^[4]。此外，后量子密码学（PQC）作为一种应对量子计算威胁的新型加密体系，正在受到广泛关注。这类算法能够在经典计算机和量子计算机环境下均保持高强度安全性，为物联网数据提供了更可靠的保护^[10]。然而，新兴加密算法的实际部署仍面临诸多挑战，包括硬件兼容性、计算资源需求以及标准化问题。未来的研究应着重于优化算法性能，降低实施成本，并推动相关标准的制定，以促进其在物联网领域的广泛应用。

4.2 智能安全防护系统的构建

为了应对物联网环境中不断演变的网络安全威胁，构建智能安全防护系统成为未来的重要趋势之一。人工智能（AI）和机器学习（ML）技术的引入，为物联网安全防护提供了全新的解决方案。通过机器学习算法对海量网络数据进行分析，系统能够实时监测异常行为并预测潜在的安全威胁，从而显著提升安全防护的效率和准确性^[2]。例如，基于深度学习的入侵检测系统能够自动识别复杂的攻击模式，相较于传统规则库匹配方法具有更高的检测率和更低的误报率。同时，人工智能技术还可以用于动态调整安全策略，根据实时威胁情报优化防火墙配置或加密算法选择，从而实现自适应的安全防护机制^[3]。此外，结合区块链技术构建分布式安全防护架构，可以进一步增强系统的抗攻击能力和数据完整性保障。未来的智能安全防护系统将以多维度的技术融合为核心，通过持续学习和自我进化，为物联网数据传输提供更加全面和可靠的安全保障。

参考文献

[1]赵辉.基于物联网的计算机网络安全防护对策分析[J].集成电路应用,2023,40(12):50-51.

[2]金超.物联网环境中计算机网络安全技术影响因素及防范研究[J].中国新通信,2023,25(18):125-128.

[3]单豫洲.计算机技术对物联网的推动作用分析[J].移动信息,2024,46(6):40-42.

[4]张素峰.计算机科学技术对物联网发展的推动作用分析[J].软件,2024,45(4):169-171.

[5]吴军涛.物联网计算机网络安全与远程控制技术研究[J].电脑编程技巧与维护,2020,(9):160-162.

[6]罗育林;童玲;何涵;陈欢;赖丽燕.物联网数据安全传输相关问题探讨[J].中国新通信,2021,23(5):145-146.

[7]陆海峰;张雅娟.物联网背景下计算机网络安全技术分析[J].中国新通信,2024,26(5):50-52.

[8]于凤春.物联网中的安全问题分析及其安全机制研究[J].电子技术与软件工程,2020,(19):253-254.

[9]张常键;许桂月.国内外物联网应用与安全技术研究[J].网络安全和信息化,2022,(10):114-118.

[10]赵梦杰.物联网安全性与隐私保护技术研究[J].葡萄酒,2023,(20):88-90.

[11]郭江龙.基于物联网技术的计算机网络安全问题及应对策略研究[J].大众标准化,2022,(1):61-63.

[12]苏恺;郑华;李卢城;楼栋;王鼎.物联网典型安全漏洞及其防护[J].数字技术与应用,2022,40(4):212-214.

[13]金超.物联网计算机网络安全及其远程控制技术分析[J].电子技术与软件工程,2023,(6):25-28.
作者简介：梅岩（1973—），男，汉族，吉林长春人，本科，研究方向为计算机工程。