本文關(guān)鍵詞：CPS實時環(huán)境下傳感器節(jié)點交互任務(wù)可信方法研究

  更多相關(guān)文章： 信息物理融合系統(tǒng) 實時交互 可信 哈希樹 GCM模式 任務(wù)遷移

【摘要】：信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems,CPS)通過物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接終端嵌入式設(shè)備,諸如數(shù)據(jù)采集器、通信路由裝置、控制器、傳感器等實現(xiàn)連網(wǎng)控制,是多維異構(gòu)的計算單元和物理對象在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中高度集成,連續(xù)時間和離散時間交互的混合復(fù)雜系統(tǒng),具有實時、魯棒、自治、高效、高性能以及資源受限等綜合特點。CPS系統(tǒng)由節(jié)點層、網(wǎng)絡(luò)層、資源層以及服務(wù)層構(gòu)成,其核心基礎(chǔ)為節(jié)點層。節(jié)點實現(xiàn)感知、識別以及控制功能,通過射頻識別、無線傳感器及控制器等信息采集和信息處理設(shè)備,進行任務(wù)實時及交互控制反饋,其中如何在廣域CPS時空環(huán)境下保證傳感器節(jié)點交互任務(wù)可信,以及如何在系統(tǒng)性能與可信效能之間尋找最佳平衡點的前提下,研究傳感器節(jié)點的任務(wù)遷移負載均衡問題是CPS技術(shù)的難點。無線傳感網(wǎng)環(huán)境下節(jié)點交互任務(wù)的完整性、機密性和遷移策略,是目前信息物理融合系統(tǒng)CPS計算任務(wù)與物理任務(wù)交互融合的可信行為抽象和刻畫方面的研究熱點。通過安全保護機制,可有效降低甚至避免節(jié)點信息被竊取、監(jiān)聽以及暴力破解,保證節(jié)點以及傳感網(wǎng)的高可信性。在此基礎(chǔ)上,進行實時任務(wù)遷移,從而有效地均勻節(jié)點負載,解決節(jié)點本身運算能力與存儲容量等不足的問題,提高CPS實時環(huán)境下傳感器節(jié)點在資源受限的前提下并發(fā)交互任務(wù)的可信執(zhí)行效能和系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文提出一種基于Merkle哈希樹的可信傳感網(wǎng)完整性策略——TS-MHT,該策略基于哈希樹分布式節(jié)點同步方法,針對物理節(jié)點和傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)完整性要求,設(shè)計基于哈希樹的基站廣播數(shù)據(jù)包安全控制子策略和節(jié)點安全控制子策略,通過理論分析與仿真實驗證明其有效性,即節(jié)點任務(wù)信息抗篡改性和節(jié)點任務(wù)信息源真實性。本文提出一種基于GCM模式的可信傳感網(wǎng)機密性策略——AES-GCM,通過對比分組密碼的五種工作體制：電碼本模式(ECB)、密碼分組鏈接模式(CBC)、密碼反饋模式(CFB)、輸出反饋模式(OFB)和計數(shù)器模式(CTR)的優(yōu)缺點,甄選出計數(shù)器模式,在其基礎(chǔ)上結(jié)合AES算法,通過理論分析與仿真實驗證明機密性策略可改善和提高傳感網(wǎng)節(jié)點任務(wù)的安全性與機密性。最后,由于引入可信傳感網(wǎng)完整性策略和機密性策略,導(dǎo)致節(jié)點局部負載和能耗增加,本文提出一種可信傳感網(wǎng)節(jié)點任務(wù)實時遷移可用性策略,根據(jù)節(jié)點負載和能量的預(yù)設(shè)閥值,實現(xiàn)任務(wù)在節(jié)點內(nèi)及節(jié)點間的在線自治遷移。結(jié)果證明其可保證物理節(jié)點及可信傳感網(wǎng)負載均衡,可在資源受限前提下實現(xiàn)CPS實時環(huán)境傳感器節(jié)點交互任務(wù)的機密性和完整性。
【關(guān)鍵詞】：信息物理融合系統(tǒng) 實時交互 可信 哈希樹 GCM模式 任務(wù)遷移
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 選題背景與意義11-24
• 1.1.1 CPS概述11-13
• 1.1.2 CPS五大研究方向13-16
• 1.1.3 CPS分層模型、支撐技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用16-21
• 1.1.4 CPS實時環(huán)境下的信息安全與隱私保護21-24
• 1.1.5 選題意義24
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀24-25
• 1.3 論文主要工作和創(chuàng)新點25-26
• 1.4 論文內(nèi)容安排26-27
• 第二章 研究基礎(chǔ)27-41
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)27-33
• 2.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述27-28
• 2.1.2 傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)28-29
• 2.1.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)29-30
• 2.1.4 跨層安全框架及協(xié)議30-32
• 2.1.5 傳感器網(wǎng)絡(luò)密碼算法32-33
• 2.2 可信計算33-37
• 2.2.1 可信定義33-35
• 2.2.2 完整性、機密性及可用性35-36
• 2.2.3 可信平臺模塊TPM36-37
• 2.3 遷移37-41
• 2.3.1 遷移概念37-38
• 2.3.2 遷移的步驟38-39
• 2.3.3 遷移的作用39-41
• 第三章 基于Merkle哈希樹的可信傳感網(wǎng)完整性策略41-55
• 3.1 概述41-43
• 3.1.1 WSN服務(wù)機制及安全威脅41-42
• 3.1.2 Merkle哈希樹42-43
• 3.2 TS-MHT算法設(shè)計43-47
• 3.2.1 Merkle哈希樹建立43-45
• 3.2.2 基站廣播數(shù)據(jù)包安全控制策略45-46
• 3.2.3 節(jié)點任務(wù)安全控制策略46-47
• 3.3 仿真實驗與分析47-53
• 3.3.1 算法評估47-49
• 3.3.2 實驗驗證49-53
• 3.4 小結(jié)53-55
• 第四章 基于GCM模式的可信傳感網(wǎng)機密性策略55-69
• 4.1 概述55-62
• 4.1.1 加密模式55-58
• 4.1.2 模式分類比較58-62
• 4.2 AES-GCM算法設(shè)計62-65
• 4.2.1 GCM加密模式62-63
• 4.2.2 算法描述63-65
• 4.3 仿真實驗與分析65-67
• 4.4 小結(jié)67-69
• 第五章 可信傳感網(wǎng)節(jié)點任務(wù)實時遷移可用性策略69-79
• 5.1 概述69-70
• 5.1.1 離線遷移70
• 5.1.2 在線遷移70
• 5.2 算法設(shè)計70-75
• 5.2.1 節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)的在線遷移70-73
• 5.2.2 節(jié)點間任務(wù)在線遷移73-75
• 5.3 仿真實驗與分析75-77
• 5.4 小結(jié)77-79
• 第六章 總結(jié)與展望79-81
• 6.1 本文總結(jié)79-80
• 6.2 下一步工作80-81
• 致謝81-83
• 參考文獻83-89
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文專利與軟著89-91
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間參與的研究工作91

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本文編號：709308