【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things,IoT)將物理世界的各類傳感器、控制器、嵌入式設(shè)備等通過有線、無線接入方式連接到互聯(lián)網(wǎng)中,擴(kuò)展了信息系統(tǒng)獲取物理世界信息的邊界和能力,在傳統(tǒng)以人類語義為核心的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,引入物體貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)的新型信息維度,形成物理世界與人類信息領(lǐng)域融合的抽象數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)。與互聯(lián)網(wǎng)相比,物聯(lián)網(wǎng)具有如下特點(diǎn)：(1)物聯(lián)網(wǎng)部署了海量異構(gòu)傳感器,每個(gè)傳感器就是一個(gè)信息源,不同類型的傳感器所獲得的信息內(nèi)容和信息格式不同；(2)物聯(lián)網(wǎng)終端采集的環(huán)境數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性；(3)以用戶體驗(yàn)為中心的應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展動(dòng)力。 當(dāng)前以行業(yè)應(yīng)用為主的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),采用了緊耦合封閉式架構(gòu),使系統(tǒng)之間呈現(xiàn)出豎井化的信息孤島特征,這種架構(gòu)特征雖然適合需求明確的大規(guī)模行業(yè)應(yīng)用,但由于系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施、感知數(shù)據(jù)和服務(wù)能力難以開放和共享,第三方資源也難以被低成本地集成進(jìn)系統(tǒng),使得物聯(lián)網(wǎng)很難大規(guī)模的應(yīng)用和推廣。另外,當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域在業(yè)務(wù)應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)形態(tài)方面還存市場(chǎng)碎片化,應(yīng)用規(guī)模小、開發(fā)門檻高、開發(fā)周期長(zhǎng)的、用戶參與度低等問題,構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。因此,隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)終端信息數(shù)據(jù)和控制功能的便捷共享,將感知網(wǎng)絡(luò)末梢節(jié)點(diǎn)融合到信息空間,開放普適服務(wù)能力實(shí)現(xiàn)泛在計(jì)算業(yè)務(wù)環(huán)境,是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然方向。 針對(duì)上述問題,本文將物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展總結(jié)為開放化和社交化兩大趨勢(shì),提出了基于Web的社交物聯(lián)網(wǎng)(Social Web of Things, SWoT)體系架構(gòu)。從開放化角度,SWoT的核心思想為：采用Web服務(wù)中先進(jìn)的面向資源、松耦合的REST架構(gòu)風(fēng)格,將物聯(lián)網(wǎng)中的異構(gòu)設(shè)備、能力抽象成統(tǒng)一的資源模型,以URI (Uniform Resource Identifier)進(jìn)行統(tǒng)一細(xì)粒度資源標(biāo)識(shí),以屏蔽底層異構(gòu)性,實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的統(tǒng)一協(xié)同處理與協(xié)作調(diào)度；基于SWoT業(yè)務(wù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)了REST API,以構(gòu)建更加開放的網(wǎng)絡(luò)與信息協(xié)同業(yè)務(wù)環(huán)境,支持未來物聯(lián)網(wǎng)中各種服務(wù)和資源的開放,以及各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的快速生成和開發(fā)。從社交化角度,SWoT的核心思想是：一方面,支持人與物、物與物之間的社會(huì)化智能交互,用戶能夠共享個(gè)人的設(shè)備和感知數(shù)據(jù)；另一方面,將物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)體及其物理、邏輯上的關(guān)聯(lián)關(guān)系抽象為社交網(wǎng)絡(luò)中的點(diǎn)和邊,復(fù)雜的社交模型可以將“點(diǎn)狀”資源通過多維社交關(guān)系連接成網(wǎng),為資源共享、信任度評(píng)估、訪問控制等服務(wù)創(chuàng)造更大空間。本文基于SWoT基本思想,開發(fā)了智能家居系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了資源的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)、開放,以及節(jié)點(diǎn)的智能交互。同時(shí),基于新浪微博社交平臺(tái)開發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)資源發(fā)現(xiàn)應(yīng)用,并進(jìn)行了性能分析。 然而,物聯(lián)網(wǎng)通過攝像頭、傳感器等收集的數(shù)據(jù)信息與人們的日常生活密切相連,并且其感知關(guān)聯(lián)度很大,這個(gè)龐大的系統(tǒng)如果不加于安全隱私的規(guī)范,將成為一個(gè)龐大的盯梢系統(tǒng)。特別是在SWoT物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)環(huán)境中,通信、數(shù)據(jù)協(xié)同等操作將更加頻繁,第三方應(yīng)用通過開放接口獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,將會(huì)比我們自己更清楚我們的行為、愛好,這將對(duì)敏感數(shù)據(jù)和隱私信息構(gòu)成威脅；由于感知數(shù)據(jù)可能存儲(chǔ)在異構(gòu)的分布式業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)上并進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和開放,也會(huì)造成存儲(chǔ)及搜索安全問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)社交化趨勢(shì),用戶將更多的共享個(gè)人設(shè)備和感知數(shù)據(jù),而多樣的SWoT節(jié)點(diǎn)屬性、復(fù)雜的社交關(guān)系以及社交過程中的用戶生成內(nèi)容(User Generated Content, UGC)將能夠唯一定位一個(gè)節(jié)點(diǎn),因此面向傳統(tǒng)數(shù)據(jù)集的安全隱私技術(shù)難以直接應(yīng)用,對(duì)用戶的隱私泄露更加難以預(yù)測(cè),進(jìn)行隱私保護(hù)也更困難。 針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)社交化帶來的安全隱私問題,本文提出了面向攻擊者背景知識(shí)的數(shù)據(jù)匿名發(fā)布隱私度量算法。首先分析了SWoT中可能存在的攻擊者背景知識(shí),針對(duì)節(jié)點(diǎn)屬性相關(guān)性和連接關(guān)系背景知識(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)了基于多變量核回歸模型的隱私度量算法,本算法充分考慮各屬性的數(shù)據(jù)分布并提出了局部核帶寬的概念,并引入了協(xié)方差矩陣對(duì)原始假設(shè)屬性獨(dú)立的核回歸算法進(jìn)行了改進(jìn)。針對(duì)UGC背景知識(shí),我們根據(jù)敏感屬性數(shù)據(jù)類型(連續(xù)或分類),分別基于多元線性回歸模型和樸素貝葉斯分類模型設(shè)計(jì)了隱私度量算法。考慮到UGC通過TF-IDF生成的內(nèi)容向量的維度較高,為減少計(jì)算開銷,我們利用PCA降維技術(shù)對(duì)算法進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。通過對(duì)新浪微博真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行Matlab仿真,驗(yàn)證了本文算法能有效度量由上述三種攻擊者背景知識(shí)帶來的隱私泄露。 針對(duì)SWoT中由業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)開放模式帶來的存儲(chǔ)和搜索安全隱私問題,本文提出了基于節(jié)點(diǎn)信任度和P2P Chord虛擬安全域的安全增強(qiáng)搜索算法。我們綜合考慮了Underlay物理節(jié)點(diǎn)(SWoT業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān))的異構(gòu)性和不穩(wěn)定性,以及Overlay節(jié)點(diǎn)在交互過程中的相互評(píng)價(jià),設(shè)計(jì)了Underlay與Overlay融合的信任度評(píng)價(jià)算法。通過構(gòu)建基于Chord的虛擬安全域,定義節(jié)點(diǎn)域問路由表、域內(nèi)路由表和評(píng)價(jià)列表,并討論了虛擬安全域的維護(hù),以解決SWoT業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)開放模式下的資源存儲(chǔ)、搜索安全問題。同時(shí),討論了基于P2P虛擬安全域的安全增強(qiáng)搜索算法,設(shè)計(jì)了面向安全域和節(jié)點(diǎn)的兩層訪問控制機(jī)制,以及最優(yōu)節(jié)點(diǎn)選擇策略。通過仿真,證明了本算法具有低維護(hù)開銷和良好的可擴(kuò)展性,同時(shí)能提高搜索過程中的資源訪問安全和節(jié)點(diǎn)安全。
[Abstract]:Internet of Things (IoT) connects all kinds of sensors, controllers and embedded devices in the physical world to the Internet through wired and wireless access. It expands the boundary and ability of information system to obtain the information of the physical world. On the basis of the traditional information network with human semantics as the core, the object contribution data is introduced. Compared with the Internet, the Internet of Things has the following characteristics: (1) the Internet of Things has deployed a large number of heterogeneous sensors, each sensor is an information source, different types of sensors obtain different information content and information format; (2) Things. The environmental data collected by Internet terminals are real-time; (3) User experience-centered application innovation is the driving force for the development of the Internet of Things.
The current industry-based Internet of Things (IOT) systems adopt a tightly coupled closed architecture, which makes the systems present a silo-like information island. Although this architecture is suitable for large-scale industrial applications with a clear demand, it is difficult to open and share data and service capabilities because of the system infrastructure, and third-party resources. It is difficult to be integrated into the system at low cost, which makes it difficult to apply and popularize the Internet of Things on a large scale. In addition, the problems of fragmentation of market, small scale of application, high threshold of development, long development cycle and low participation of users in the field of Internet of Things constitute the bottleneck of the development of the Internet of Things. It is the inevitable direction of the development of the Internet of Things technology to realize the convenient sharing of information data and control functions of the Internet of Things terminals, to integrate the end nodes of the perceptual network into the information space, and to realize the ubiquitous computing business environment with the open and universal service capability.
In view of the above problems, this paper summarizes the future development of the Internet of Things as two major trends of openness and socialization, and proposes a Web-based Social Web of Things (SWoT) architecture. Heterogeneous devices, capabilities abstracted into a unified resource model, using URI (Uniform Resource Identifier) to unify fine-grained resource identification, to shield the underlying heterogeneity, to achieve unified collaborative processing and scheduling of resources; based on SWOT service platform and service gateway, a REST API is designed to build a more open network and information collaboration. From a social point of view, the core idea of SWoT is: on the one hand, it supports the socialized intelligent interaction between people and things, and between things, so that users can share personal devices and perceived data; on the other hand, it will Entities and their physical and logical relationships in the Internet of Things are abstracted as points and edges in social networks. Complex social models can connect "point-like" resources into a network through multi-dimensional social relations, creating more space for resource sharing, trust evaluation, access control and other services. Home system realizes the unified identification of resources, openness, and intelligent interaction of nodes. At the same time, based on Sina Weibo social platform, the application of Internet of Things resource discovery is developed, and the performance analysis is carried out.
However, the data collected by the Internet of Things (IOT) through cameras, sensors and so on are closely related to people's daily life, and their perceptions are highly related. This huge system will become a huge peer-to-peer system if it is not added to the security and privacy standards. Especially in the SWoT IOT business environment, communication, data collaboration and other operations. More frequently, third-party applications will acquire data through open interfaces for data mining, and will be more aware of our behavior and preferences than we do, which will pose a threat to sensitive data and privacy information; as perceived data may be stored on heterogeneous distributed business gateways and stored, managed, and opened, it will also create storage Storage and search security issues. As the Internet of Things becomes more socialized, users will share more personal devices and perceived data. Various SWOT node attributes, complex social relationships, and user-generated content (UGC) in social processes will be able to uniquely locate a single node, thus providing security for traditional data sets. Privacy technology is difficult to directly apply, and it is more difficult to predict the privacy leakage of users, and it is also more difficult to protect privacy.
Aiming at the security and privacy problems brought about by the socialization of the Internet of Things, this paper proposes a privacy measurement algorithm for anonymous publishing of data based on attacker's background knowledge. Firstly, we analyze the possible attacker's background knowledge in SWoT, and design a hidden algorithm based on multivariate kernel regression model for the correlation of node attributes and the background knowledge of connection relationship. Private measurement algorithm, this algorithm fully considers the data distribution of each attribute and proposes the concept of local kernel bandwidth, and introduces covariance matrix to improve the original hypothesis attribute independent kernel regression algorithm. Considering the high dimensionality of content vectors generated by UGC through TF-IDF, we use PCA dimensionality reduction technology to further improve the algorithm. By simulating the real data of Sina Weibo with MATLAB, we verify that the algorithm can effectively measure the above three. Privacy breaches brought about by background knowledge of attackers.
In order to solve the security and privacy problems of storage and search caused by the open mode of service gateway in SWoT, a security enhanced search algorithm based on node trust and P2P Chord virtual security domain is proposed. A trust evaluation algorithm based on the integration of Underlay and Overlay is designed. The virtual security domain based on Chord is constructed, and the inter-domain routing table, intra-domain routing table and evaluation list are defined. The maintenance of virtual security domain is discussed to solve the problem of resource storage and security search in the open mode of SWoT service gateway. The security enhancement search algorithm based on P2P virtual security domain is discussed. A two-tier access control mechanism for security domain and node is designed, and an optimal node selection strategy is proposed.
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP391.44;TN929.5

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本文編號(hào)：2206154