無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)惡意節(jié)點(diǎn)防范技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代傳感器和嵌入式系統(tǒng)三大核心技術(shù)，為人們與周?chē)锢憝h(huán)境的自主交互提供了新的平臺(tái)和解決方法。它可以廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)自主監(jiān)控和目標(biāo)遠(yuǎn)程追蹤等軍事與民用的各個(gè)領(lǐng)域。其應(yīng)用場(chǎng)景有些是對(duì)人具有危險(xiǎn)性(如化工領(lǐng)域)的環(huán)境，有些是具有敵對(duì)性(如交戰(zhàn)雙方的戰(zhàn)場(chǎng))的場(chǎng)景。因此，對(duì)于自主運(yùn)行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，安全性是非常關(guān)鍵、也是必不可少的特性。 本論文將集中研究如何應(yīng)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的一個(gè)基本安全威脅：敵對(duì)

2、方通過(guò)部署傳感器節(jié)點(diǎn)或者俘獲網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全攻擊。敵對(duì)方部署的傳感器節(jié)點(diǎn)可以冒充網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，竊取機(jī)密信息或者發(fā)動(dòng)虛假數(shù)據(jù)注入攻擊，而除了部署傳感器節(jié)點(diǎn)之外，敵對(duì)方也可能俘獲網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，竊取了它們所存儲(chǔ)的所有信息，并利用它們發(fā)送大量虛假數(shù)據(jù)，迅速耗盡網(wǎng)絡(luò)資源，例如能量、帶寬、計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間等等。 本文稱(chēng)以上安全威脅的應(yīng)對(duì)方法為惡意節(jié)點(diǎn)防范技術(shù)，該技術(shù)可以分為兩部分：節(jié)點(diǎn)認(rèn)證與惡意節(jié)點(diǎn)的快速定位。本文將提出一種基于分布式

3、BBS的節(jié)點(diǎn)認(rèn)證方案，確保傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)認(rèn)證，攻擊者放置于網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的惡意節(jié)點(diǎn)不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成進(jìn)一步的危害；而針對(duì)敵對(duì)方可能俘獲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并發(fā)送大量虛假數(shù)據(jù)耗盡網(wǎng)絡(luò)資源的情況，本文將研究實(shí)用、高效的溯源追蹤解決方案，快速定位發(fā)送虛假信息的被俘獲節(jié)點(diǎn)。我們的目標(biāo)是：敵對(duì)方所部署的傳感器節(jié)點(diǎn)將不會(huì)被網(wǎng)絡(luò)所接受，而被敵對(duì)方俘獲的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將被快速定位并清除出網(wǎng)絡(luò)。 本文開(kāi)展的主要研究工作與創(chuàng)新特色如下： (1)新型分布式節(jié)

4、點(diǎn)認(rèn)證解決方案。傳統(tǒng)的認(rèn)證方案基于集中式或分布式認(rèn)證服務(wù)器，通常計(jì)算量大，并且要求認(rèn)證服務(wù)器必須是安全的。而本文在不指定專(zhuān)門(mén)的認(rèn)證服務(wù)器情況下來(lái)解決節(jié)點(diǎn)認(rèn)證問(wèn)題，提出了一種基于分布式BBS的節(jié)點(diǎn)認(rèn)證解決方案，該方案計(jì)算量小，安全性高，可以有效阻止外部節(jié)點(diǎn)的攻擊。 (2)基于標(biāo)記的基本溯源追蹤解決方案及標(biāo)記算法性能分析。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)存的應(yīng)對(duì)虛假數(shù)據(jù)注入攻擊的方法主要是途中過(guò)濾。本文提出了一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溯源追蹤解決

5、方案，該方案基于概率包標(biāo)記算法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照一定的概率標(biāo)記每個(gè)它所轉(zhuǎn)發(fā)的包，用包頭中的固定域來(lái)記錄標(biāo)記信息。通過(guò)收集到一定數(shù)量的包，匯聚節(jié)點(diǎn)能夠重建一條到源節(jié)點(diǎn)的路徑。本文證明了此方案能夠應(yīng)對(duì)所有已知類(lèi)型的攻擊。同時(shí)本文對(duì)該方案中所用到的基本標(biāo)記方法性能進(jìn)行了詳盡的分析，并且根據(jù)分析結(jié)果提出了兩種改進(jìn)的標(biāo)記方法。 (3)層次式溯源追蹤解決方案。因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量主要消耗在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，本文針對(duì)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送大量虛假信息的攻