防御污水池攻击和黑洞路由攻击的安全的无线传感器网络

发布时间：2020-09-21 21:20

　　 无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术由于其动态自组织能力、去中心化属性以及数据采集和处理能力而被广泛应用于各种应用领域。传感器网络由大量密集部署的传感器节点组成,从而精确监控环境并使用无线介质将数据传输到汇聚节点。在传感器网络中,根据不同环境提供安全通信是非常重要的。在WSN中的一个重要安全威胁是路由攻击。这类攻击被用于切断传感器网络和中央基站的连接。考虑到性能和路由发现等方面的因素,传感器网络路由协议通常都较为简单。因此相比于其他的点对点路由协议,此类协议更容易被攻击。典型的路由攻击有污水池攻击、黑洞攻击、选择性转发以及蠕虫洞攻击等。由于所有的流量基本上都会流经受损节点,污水池攻击可以作为发动其他攻击的平台。典型的污水池攻击可以通过使受损节点看起来对周围节点特别具有吸引力来达到攻击目的。传感器节点通常在频率范围、处理器速度、内存和功耗等方面都收到资源限制。因此,现存的有线和无线网络中的加密和哈希方案并不适用与传感器网络。大多数已提出的用于路由攻击的非密码学方案也不能完全检测污水池攻击。本论文的主要研究内容如下:1)本研究在不使用任何加密算法、密钥机制和哈希函数的前提下,开发了一个安全路由协议AODV-SDR来检测和抵御污水池攻击。针对由恶意节点生成的伪造路由回复,AODVSDR协议在路由发现时实现了确认数据包来识别伪造目标。目标序列号被用来显示路由更新度。更高的序列号说明路由信息更新。攻击者通过生成伪造拥有更高目标序列号的路由回复来吸引网络流量,来假装拥有到目标节点新的路由。源节点通过比较路由回复的目标序列号和确认回复来识别虚假目标。由于转发路径上的确认数据包的单播,传送量没有显著增加。AODV-SDR没有增加节点的任何资源消耗。2)本研究开发了AODV-BDR协议,通过使用基于邻节点的认证方法来检测和抵御黑洞攻击。当前的方法在路由发现阶段检测恶意节点并且没有引入任何的指定的监测节点。当探测到路由时,任何声称拥有新的目标路由的中间节点都可以通过路由回复数据包发送它的下一跳(Next Hop Node,NHN)节点地址给源节点。源节点发送确认数据包给NHN来认证前跳节点(Previous Hop Node,PHN)发送的路由回复。确认数据包检查PHN是否在NHN的邻居列表中并且是否拥有新的目标路由。如果上述条件满足,则PHN被认为是有效的节点。否则判定为恶意节点。3)本研究开发了一个安全的路由协议AODV-MDR来检测无线点对点网络中的恶意节点。AODV-MDR设计了一个非密码学方案。这是因为许多密码学方案都很复杂且功耗巨大,并不适合资源有限的无线传感器网络。本研究提出的安全路由协议确认声明路径的真实性,并通过免费PREP和确认数据包实现了路由跳数的验证。由于免费PREP和确认数据包都是在已建立的路由上都是单播,所以传输的数量并不会显著增加。4)这项研究提出了另一种安全路由协议AODV-BHDR来检测混杂模式下的黑洞攻击。这种模式允许节点听到每个到达本地的网络数据包。路由回复(RREP)生成节点的前跳节点(PHN)通过向目标发送路由确认数据包来确认所声明路径的真实性。只有路由答复生成节点的邻节点确认节点的可信度和路由确认。尽管这种方法在节点引入的资源开销很小,但是维持了路由安全性。而这正是我们研究的主要目标。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN915.08;TP212.9

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本文编号：2824004