无线传感器网络的安全数据聚合问题研究

发布时间：2016-08-08 23:06

  本文关键词：无线传感器网络的安全数据聚合问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京交通大学》 2014年

无线传感器网络的安全数据聚合问题研究

刘晨旭  

【摘要】：摘要：数据聚合技术去除原始数据中的冗余信息,减小数据传输量,降低网络通信开销,提高信息的获取准确率和收集效率,延长了网络的有效工作时间,是广泛应用于无线传感器网络的节能技术之一。但是,随着在无线传感器网络中持续运行,数据聚合技术节约网络能量开销的同时,也给网络带来了新的安全隐患,如聚合数据的窃听、篡改及伪造、聚合节点俘获、节点入侵、聚合节点安全、平均时延增大等。因此,研究安全数据聚合的理论与方法,具有比较重要的意义。 本论文在无线传感器网络数据聚合技术的基础上,分析了数据聚合技术面临的安全问题,着重研究了基于同态加密算法、信任管理机制、隐私保护、节点认证的安全数据聚合算法。论文的研究工作得到国家自然科学基金项目(No.61071076)、国家自然科学基金“青年基金”项目(NO.61201159)、863计划(No.2011AA010104-2)及北京市教育委员会学科建设与研究生建设项目的支持。主要工作和取得的研究成果如下： 1.提出了基于区域层簇式管理和同态加密的安全数据聚合算法ISHDA。其基本思想是基于区域化的管理方式,改进了2-DNF同态加密算法中的密钥生成、加密及解密方法,实现了区域之间的数据基于不同密钥的同态加密和数据聚合；利用聚合数据的消息认证码,确保基站能够验证聚合数据在传输过程中是否发生改变。经安全和性能分析可知,该算法具有更低的计算和通信开销,有效地抵抗中间人、数据注入、节点俘获及伪装等多种攻击,提供的防护措施能够有效地解决密钥泄露而导致的安全隐患。 2.提出了基于混合型信任管理模型的安全数据聚合算法iRTEDA。该算法创建了混合型的信任管理模型,根据节点行为的观察结果,评估数据聚合中数据收集、聚合、传输三个阶段节点的信任程度,检测是否发生节点俘获。混合型的信任管理模型综合考虑了节点的信任值、能量值以及节点之间的连接关系等因素,运用Beta信任系统,寻找信任值、能量值达到均衡的最佳节点作为聚合节点,同时寻找信任值和连通性均衡的转发节点,形成节能的新路由,实现聚合数据安全的传输。同时,该算法又提出了节点修复机制,为信任管理模型检测到的妥协节点的子节点寻找新父节点,有效地防止了孤立节点的出现,保障了节点的利用效率。 3.提出了基于隐私保护的安全数据聚合算法HEEPP。该算法包括基于差异性分割的隐私保护算法、数据查询机制以及基于层级分割策略的数据聚合算法。由于考虑了数据隐私、通信开销等因素,该算法运用差异性分割方法,找到最佳的数据分割策略,形成了新的数据聚合方案,提升了聚合数据的隐私度,在数据聚合中减少了网络传输的分割切片总量。经性能分析可知,该算法对聚合数据实现了更好的隐私保护,通信开销更小,具有更优化的能量效率。 4.提出了基于二次剩余定理的密钥协商和认证协议AMQR。为了保障数据聚合中新节点的合法性,该协议基于认证密钥和认证轮数创建了动态更新的认证器,利用询问-应答机制和认证器完成了节点之间的安全认证。同时,该协议利用二次剩余定理对认证器、认证密钥等认证信息进行加密,保障了节点之间交换会话密钥时的通信安全。经安全性分析可知,该协议可抵抗包含节点俘获攻击、伪装攻击等多种攻击,实现了系统的前向安全性,具有更低的计算和通信开销。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

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