本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡中基于同態(tài)加密的融合方案

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【摘要】：近年來,無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs,Wireless Sensor Networks)由于其成本低廉、組網(wǎng)靈活、部署方便等特點,在日常生活中得到越來越廣泛的應用,其處理的數(shù)據(jù)也愈發(fā)龐大。對于傳感器節(jié)點能量資源有限的WSNs而言,節(jié)點能量的多寡決定了網(wǎng)絡的使用壽命,而數(shù)據(jù)融合方法可以在一定程度上彌補傳感器節(jié)點電源能量有限的不足,延長網(wǎng)絡的生命周期。由于許多傳感器節(jié)點都部署在嚴峻的環(huán)境中,WSNs可能面臨包括竊聽攻擊、重放攻擊、Sybil攻擊和DoS攻擊等在內(nèi)的多種攻擊,因此在設計傳感器網(wǎng)絡方案時必須要考慮到網(wǎng)絡安全問題。WSNs中的數(shù)據(jù)融合方案的設計,應針對在不同應用環(huán)境中的不同安全需求,在實現(xiàn)高效節(jié)能的同時,實現(xiàn)即使在惡意節(jié)點存在的情況下,網(wǎng)絡依然能夠正確安全地運行。本文總結(jié)分析了現(xiàn)有的WSNs安全數(shù)據(jù)融合方案,并進行分類比較。由于網(wǎng)絡中存在多種多樣的惡意攻擊行為,往往一種方案無法實現(xiàn)同時抵御所有攻擊。針對網(wǎng)絡中存在的不同攻擊類型,本文提出了兩種不同的安全數(shù)據(jù)融合方案,在實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合節(jié)約能耗的同時,在數(shù)據(jù)處理的過程中也考慮了數(shù)據(jù)的機密性、完整性等基本安全特征。本文的主要工作及貢獻如下:(1)分析WSNs的結(jié)構(gòu)及其特點并進行詳細描述,對WSNs在實際環(huán)境中的主要應用進行介紹。針對WSNs的特點,重點分析了WSNs環(huán)境中可能存在的安全需求和面臨的安全問題。對數(shù)據(jù)融合技術(shù)在WSNs環(huán)境應用中起到的重要作用進行描述。最后對WSNs中現(xiàn)有的安全數(shù)據(jù)融合方案進行了系統(tǒng)的分類比較,總結(jié)了各個方案使用的主要技術(shù)、實現(xiàn)的安全性能及可能存在的問題。(2)在總結(jié)分析WSNs的特點和安全特性的基礎上,考慮到點對點加密方案的缺陷,針對已知明文攻擊和唯密文攻擊,提出了基于隱私同態(tài)數(shù)據(jù)融合的完整性驗證方案,利用隱私同態(tài)加密技術(shù)的優(yōu)勢,實現(xiàn)了更好的數(shù)據(jù)端到端機密性保護。在TAG融合樹結(jié)構(gòu)的基礎上,在網(wǎng)絡中隨機選取檢測點對匯聚節(jié)點的融合結(jié)果進行驗證,以檢測匯聚節(jié)點是否正確地傳輸每個數(shù)據(jù)。在降低數(shù)據(jù)通信量的同時,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度。(3)總結(jié)和分析現(xiàn)有WSNs的安全數(shù)據(jù)融合方案,提出了基于全同態(tài)的安全數(shù)據(jù)融合方案FESA。針對隱私同態(tài)加密技術(shù)的不足,首次將全同態(tài)加密技術(shù)應用到WSNs中,實現(xiàn)了更強的數(shù)據(jù)機密性保護并保證了匯聚節(jié)點的無限次融合運算。針對錯誤數(shù)據(jù)注入攻擊和Sybil攻擊,在網(wǎng)絡模型中構(gòu)造由監(jiān)測節(jié)點、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和鄰居節(jié)點構(gòu)成的節(jié)點組結(jié)構(gòu),使得數(shù)據(jù)融合和轉(zhuǎn)發(fā)過程中的錯誤數(shù)據(jù)能夠更快地被檢測并丟棄,從而提高整個網(wǎng)絡的效率和安全性。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)融合 數(shù)據(jù)機密性 數(shù)據(jù)完整性 同態(tài)加密
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-13
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 論文主要研究內(nèi)容11-12
• 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)12-13
• 第二章 WSNs與數(shù)據(jù)融合13-27
• 2.1 WSNs概述13-17
• 2.1.1 WSNs的結(jié)構(gòu)13-14
• 2.1.2 WSNs的特點14-15
• 2.1.3 WSNs的應用15-17
• 2.2 WSNs的數(shù)據(jù)融合技術(shù)17-19
• 2.3 WSNs的安全問題分析19-22
• 2.3.1 WSNs的安全需求19-20
• 2.3.2 WSNs面臨的攻擊20-22
• 2.4 WSNs的安全數(shù)據(jù)融合方案22-26
• 2.4.1 基于點對點加密的安全數(shù)據(jù)融合方案22-23
• 2.4.2 基于端到端加密的安全數(shù)據(jù)融合方案23-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 基于隱私同態(tài)數(shù)據(jù)融合的完整性驗證方案27-35
• 3.1 研究背景27-28
• 3.2 系統(tǒng)模型28-30
• 3.2.1 網(wǎng)絡模型28
• 3.2.2 密鑰分配28-29
• 3.2.3 隱私同態(tài)加密29-30
• 3.2.4 攻擊模型30
• 3.3 基于隱私同態(tài)數(shù)據(jù)融合的完整性驗證方案30-34
• 3.3.1 檢測點的選取31-32
• 3.3.2 數(shù)據(jù)加解密32-33
• 3.3.3 數(shù)據(jù)融合33
• 3.3.4 數(shù)據(jù)檢測33-34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第四章 WSNs中基于全同態(tài)的安全數(shù)據(jù)融合方案35-46
• 4.1 研究背景35-36
• 4.2 系統(tǒng)模型與背景知識36-40
• 4.2.1 網(wǎng)絡假設37
• 4.2.2 攻擊模型37
• 4.2.3 全同態(tài)加密37-38
• 4.2.4 消息認證碼38-40
• 4.3 WSNs中基于全同態(tài)的安全數(shù)據(jù)融合方案40-45
• 4.3.1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)40-42
• 4.3.2 密鑰生成42-43
• 4.3.3 數(shù)據(jù)加密43
• 4.3.4 數(shù)據(jù)融合和完整性檢測43-45
• 4.3.5 數(shù)據(jù)解密45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第五章 算法仿真與性能分析46-60
• 5.1 仿真工具介紹46-48
• 5.1.1 NS2介紹46-47
• 5.1.2 Tcl語言介紹47-48
• 5.2 IV-PHDA方案分析48-51
• 5.2.1 IDDA算法流程48
• 5.2.2 安全性能分析48-49
• 5.2.3 仿真結(jié)果與分析49-51
• 5.3 FESA方案分析51-59
• 5.3.1 FESA仿真流程52
• 5.3.2 安全性能分析52-54
• 5.3.3 計算開銷54-55
• 5.3.4 通信開銷55-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 論文總結(jié)60-61
• 6.2 工作展望61-62
• 參考文獻62-66
• 致謝66-67
• 攻讀碩士學位期間完成的論文及其他科研成果67

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本文編號：808243