本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡的安全數(shù)據(jù)聚合問題研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京交通大學》 2014年

無線傳感器網(wǎng)絡的安全數(shù)據(jù)聚合問題研究

劉晨旭  

【摘要】：摘要：數(shù)據(jù)聚合技術(shù)去除原始數(shù)據(jù)中的冗余信息,減小數(shù)據(jù)傳輸量,降低網(wǎng)絡通信開銷,提高信息的獲取準確率和收集效率,延長了網(wǎng)絡的有效工作時間,是廣泛應用于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)能技術(shù)之一。但是,隨著在無線傳感器網(wǎng)絡中持續(xù)運行,數(shù)據(jù)聚合技術(shù)節(jié)約網(wǎng)絡能量開銷的同時,也給網(wǎng)絡帶來了新的安全隱患,如聚合數(shù)據(jù)的竊聽、篡改及偽造、聚合節(jié)點俘獲、節(jié)點入侵、聚合節(jié)點安全、平均時延增大等。因此,研究安全數(shù)據(jù)聚合的理論與方法,具有比較重要的意義。 本論文在無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)聚合技術(shù)的基礎上,分析了數(shù)據(jù)聚合技術(shù)面臨的安全問題,著重研究了基于同態(tài)加密算法、信任管理機制、隱私保護、節(jié)點認證的安全數(shù)據(jù)聚合算法。論文的研究工作得到國家自然科學基金項目(No.61071076)、國家自然科學基金“青年基金”項目(NO.61201159)、863計劃(No.2011AA010104-2)及北京市教育委員會學科建設與研究生建設項目的支持。主要工作和取得的研究成果如下： 1.提出了基于區(qū)域?qū)哟厥焦芾砗屯瑧B(tài)加密的安全數(shù)據(jù)聚合算法ISHDA。其基本思想是基于區(qū)域化的管理方式,改進了2-DNF同態(tài)加密算法中的密鑰生成、加密及解密方法,實現(xiàn)了區(qū)域之間的數(shù)據(jù)基于不同密鑰的同態(tài)加密和數(shù)據(jù)聚合；利用聚合數(shù)據(jù)的消息認證碼,確�；灸軌蝌炞C聚合數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否發(fā)生改變。經(jīng)安全和性能分析可知,該算法具有更低的計算和通信開銷,有效地抵抗中間人、數(shù)據(jù)注入、節(jié)點俘獲及偽裝等多種攻擊,提供的防護措施能夠有效地解決密鑰泄露而導致的安全隱患。 2.提出了基于混合型信任管理模型的安全數(shù)據(jù)聚合算法iRTEDA。該算法創(chuàng)建了混合型的信任管理模型,根據(jù)節(jié)點行為的觀察結(jié)果,評估數(shù)據(jù)聚合中數(shù)據(jù)收集、聚合、傳輸三個階段節(jié)點的信任程度,檢測是否發(fā)生節(jié)點俘獲�；旌闲偷男湃喂芾砟Ｐ途C合考慮了節(jié)點的信任值、能量值以及節(jié)點之間的連接關(guān)系等因素,運用Beta信任系統(tǒng),尋找信任值、能量值達到均衡的最佳節(jié)點作為聚合節(jié)點,同時尋找信任值和連通性均衡的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點,形成節(jié)能的新路由,實現(xiàn)聚合數(shù)據(jù)安全的傳輸。同時,該算法又提出了節(jié)點修復機制,為信任管理模型檢測到的妥協(xié)節(jié)點的子節(jié)點尋找新父節(jié)點,有效地防止了孤立節(jié)點的出現(xiàn),保障了節(jié)點的利用效率。 3.提出了基于隱私保護的安全數(shù)據(jù)聚合算法HEEPP。該算法包括基于差異性分割的隱私保護算法、數(shù)據(jù)查詢機制以及基于層級分割策略的數(shù)據(jù)聚合算法。由于考慮了數(shù)據(jù)隱私、通信開銷等因素,該算法運用差異性分割方法,找到最佳的數(shù)據(jù)分割策略,形成了新的數(shù)據(jù)聚合方案,提升了聚合數(shù)據(jù)的隱私度,在數(shù)據(jù)聚合中減少了網(wǎng)絡傳輸?shù)姆指钋衅偭�。�?jīng)性能分析可知,該算法對聚合數(shù)據(jù)實現(xiàn)了更好的隱私保護,通信開銷更小,具有更優(yōu)化的能量效率。 4.提出了基于二次剩余定理的密鑰協(xié)商和認證協(xié)議AMQR。為了保障數(shù)據(jù)聚合中新節(jié)點的合法性,該協(xié)議基于認證密鑰和認證輪數(shù)創(chuàng)建了動態(tài)更新的認證器,利用詢問-應答機制和認證器完成了節(jié)點之間的安全認證。同時,該協(xié)議利用二次剩余定理對認證器、認證密鑰等認證信息進行加密,保障了節(jié)點之間交換會話密鑰時的通信安全。經(jīng)安全性分析可知,該協(xié)議可抵抗包含節(jié)點俘獲攻擊、偽裝攻擊等多種攻擊,實現(xiàn)了系統(tǒng)的前向安全性,具有更低的計算和通信開銷。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

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