【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)通過無所不在的無線網(wǎng)絡(luò)將大量的電子設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)實際生活中物與物、物與人之間的互聯(lián)互通,將物理世界轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)在受到全球關(guān)注的同時也同樣承受著來自全球的安全威脅和攻擊。為了進一步推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和落地,確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全性無疑是減少用戶后顧之憂的重要及基礎(chǔ)保證。為了保護物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的隱私與安全,需要同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)包內(nèi)容和數(shù)據(jù)流特征的隱匿,并確保網(wǎng)絡(luò)的可用性,防止網(wǎng)絡(luò)中惡意節(jié)點的攻擊造成網(wǎng)絡(luò)的不可用。本論文正是在這樣的研究背景下,研究物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的位置隱私保護和數(shù)據(jù)安全傳輸相關(guān)問題,實現(xiàn)數(shù)據(jù)流隱匿和數(shù)據(jù)傳輸中的機密性、完整性、不可否認性和可用性的保護。同時基于物聯(lián)網(wǎng)無線自組織網(wǎng)絡(luò)特性構(gòu)建了馬爾科夫模型,用于分析物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)安全傳輸機制的網(wǎng)絡(luò)性能,為不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中選擇合適的安全傳輸協(xié)議以及協(xié)議參數(shù)提供可量化的標準。本文的主要貢獻包括:(1)以往的源位置隱私保護方案在數(shù)據(jù)傳輸過程中隱匿數(shù)據(jù)包內(nèi)容和數(shù)據(jù)流特性,中間節(jié)點很難對數(shù)據(jù)包完整性進行驗證,數(shù)據(jù)包污染攻擊會降低網(wǎng)絡(luò)性能。本文針對物聯(lián)網(wǎng)中的源位置隱私問題提出了一種基于密鑰預分發(fā)的源位置隱私保護改進方案,在傳輸過程中過濾出污染信息和虛擬信息,以減少無意義消息的傳輸,在保護源位置隱私的同時,只有真實數(shù)據(jù)包會在網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā),提高網(wǎng)絡(luò)可用性。(2)本文提出了一種用于無線移動物聯(lián)網(wǎng)的安全數(shù)據(jù)加密傳輸協(xié)議,與以往的基于密鑰預分發(fā)的數(shù)據(jù)加密協(xié)議相比,該協(xié)議摒棄了以往方案中的握手過程,以自適應的方式傳輸加密消息,減少了安全通信負載,一旦接收節(jié)點存儲有匹配的密鑰即可立即解密數(shù)據(jù)。此外本文還構(gòu)建了一個三維(3D)馬爾科夫模型用于分析無線通信碰撞和密鑰預分發(fā)機制對網(wǎng)絡(luò)加密數(shù)據(jù)傳輸性能的影響。仿真結(jié)果驗證了所提的三維馬爾可夫鏈模型的準確性,且三維馬爾可夫鏈模型還可以對協(xié)議中參數(shù)的選擇提供有效的參考區(qū)間。(3)本文結(jié)合了碰撞退避和密鑰選擇提出了一種適用于快速拓撲變化的移動分布式物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作認證協(xié)議。為了提高認證效率,認證協(xié)議設(shè)計在嘗試不同密鑰的同時,將以往無沖突但未經(jīng)認證的消息與當前新的消息在一起生成新消息組合,對新消息組合生成認證信息。一旦密鑰匹配,未認證的消息和新消息就可以同時被驗證。通過這樣的方式,認證的通信開銷可以減少到與所嘗試的密鑰數(shù)量無關(guān),解決了數(shù)據(jù)安全加密傳輸協(xié)議里因密鑰失敗增加的傳輸通信開銷。同時,本文提出了另一種三維(3D)馬爾科夫模型來刻畫認證協(xié)議中節(jié)點間非協(xié)調(diào)傳輸和密鑰選擇之間的交互過程,三維模型中將以往狀態(tài)中未認證的數(shù)據(jù)包傳遞到后續(xù)的狀態(tài)中,提供了認證成功率,延遲和吞吐量的閉式表達式。(4)本文提出了一種通用的四維(4D)馬爾可夫模型,用于量化鏈路持續(xù)時間對數(shù)據(jù)認證協(xié)議的影響,同時捕捉在有限的鏈路持續(xù)時間中的數(shù)據(jù)包協(xié)同認證過程。其中前三個維度模擬了一個認證周期,第四維可用于刻畫周期之間的未認證消息的傳遞。本文還提出了物聯(lián)網(wǎng)中三種不同的動態(tài)認證和信道接入耦合程度的跨層數(shù)據(jù)認證協(xié)議,通過仿真驗證,所提出的模型是通用有效的并且能夠刻畫本章所提出的三種不同程度的跨層設(shè)計的認證協(xié)議,且本文所提的動態(tài)數(shù)據(jù)認證協(xié)議與以往的認證協(xié)議相比提高了網(wǎng)絡(luò)性能,其中緊密耦合動態(tài)認證和信道接入的協(xié)議設(shè)計是釋放動態(tài)認證協(xié)議潛力的關(guān)鍵。
【圖文】：

本文主要圍繞研究物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中數(shù)據(jù)安全傳輸相關(guān)問題，旨在提供確保數(shù)據(jù)機逡逑密性、完整性、隱私性和可用性的安全傳輸機制。針對現(xiàn)有工作的不足，本文的組逡逑織結(jié)構(gòu)如圖１－３所示，圖中展示了各個章節(jié)的相互關(guān)系。具體分析如下：逡逑物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸相關(guān)問題逡逑（第一章緒論）逡逑邐邋＾邐邐邋＾邋廣邐、逡逑？位置隱私保護第二章）邐、逡逑．．．NB＇．．．．．．邐：邋邋邐．．．．．．＇人、安令丨邐路徑隱藏逡逑？Ｋ邋［邐數(shù)據(jù)機密性保護邐＼邐［（邐Ｅ自＾邐％邋Ａ逡逑ｙ＼邋丨（第三章動態(tài)數(shù)據(jù)安全傳輸協(xié)議）逡逑ｖ邐＿邋＿邋壚邋ｗ藤＿邋■＝，逡逑：（第四章機態(tài)數(shù)據(jù)認證；￣５；ｉｉ７一、逡逑＾邐＾邐數(shù)據(jù)完整性逡逑＼邋拓邋ｙ邋；邐ｒ——邐邋Ｕ邐邐ＪＪ逡逑ｖ邋／邐丨（第五章動態(tài)拓撲下跨層數(shù)據(jù)邐＼邐７逡逑一，＇邐＼邐認證協(xié)議）邐／邐Ｖ邋研宄目標邋Ｊ逡逑網(wǎng)絡(luò)特點邐Ｖ．邐邋Ｖ邐邐逡逑廠邐￣邐一邋：邋■邋＂７＊邐一—■ｘ邋￣￣邐：邐－邐：邐－邋￣￣－邋＼逡逑物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸安全研究總結(jié)與展望逡逑｛第六章）逡逑＇邐．．．．．．．．．．邋．．．．．邋．邋？逡逑圖１－３邋論文組織與結(jié)構(gòu)逡逑本文第一章為緒論，首先介紹了本文的研究背景和研究必要性，簡要概述了以逡逑往的研究工作并指出了以往研究工作的不足，闡述了本文中研究的主要內(nèi)容和面臨

第二章基于密鑰預分發(fā)的抗污染源節(jié)點位置隱私表２－２邐源節(jié)點位置隱私性能分析與仿真驗證參數(shù)逡逑參數(shù)邐取值范圍逡逑仿真范圍邐１１００ｍ邋ｘ邋２００ｗ逡逑節(jié)點數(shù)量邐２０逡逑內(nèi)部攻擊者比例邐丨０，０．３ｊ逡逑傳輸范圍邐ｌ00ｍ逡逑認證概率邐＝邋0．１，，0．２，０．３逡逑發(fā)送能耗邐０．６逡逑計算能耗邐０．０１逡逑實數(shù)據(jù)包的傳播速率。逡逑；邐１邐ｉ邐ｉ邐！逡逑ＣｏｎｓｔＲａｔｅ邋—￣逡逑
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.44;TN929.5;TP309

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本文編號：2657230