基于多路徑的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)通信安全問(wèn)題研究.pdf

1、無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是一種自治網(wǎng)絡(luò)，具有信號(hào)的廣播暴露性和節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的不確定性，這使得無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)易于受到各種類型的安全攻擊。組網(wǎng)方式的不同是無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)同傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)巨大的差異，相比較傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)而言，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，具有更大的不確定性、隨機(jī)性和動(dòng)態(tài)性。另外，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)通常是多跳網(wǎng)絡(luò)，通信路徑上的每跳節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)和能力難以準(zhǔn)確掌握?，F(xiàn)有的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)，更多關(guān)注的是報(bào)文的投遞效率，忽略了對(duì)通

2、信安全性方面問(wèn)題的重視，這使得彌補(bǔ)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層上的安全缺陷成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
　　 無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)重要的特性就是路徑冗余性，在無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是終端也是路由器，因此無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)對(duì)之間都可能存在多條通信路徑?；谏鲜龇治觯疚膶⒀芯咳绾卫枚嗦窂铰酚蓙?lái)增強(qiáng)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)通信安全，本文從分析無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮卣鞒霭l(fā)，改善多路徑路由協(xié)議的多路徑發(fā)現(xiàn)效率和生成路徑的安全性，并在此基礎(chǔ)之

3、上，使得網(wǎng)絡(luò)通信具有三個(gè)方面的安全能力，即容錯(cuò)抗毀能力、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)行為和檢測(cè)惡意節(jié)點(diǎn)的能力、通信匿名抗追蹤能力。本文的主要工作和貢獻(xiàn)包括:
　　 (1)提出了迭代的多路徑發(fā)現(xiàn)協(xié)議(簡(jiǎn)稱IMPR)，利用無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的路徑冗余性在通信節(jié)點(diǎn)對(duì)之間建立多條通信路徑。該協(xié)議根據(jù)節(jié)點(diǎn)局部拓?fù)鋱D在連通特性方面的差異將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分類，分析了不同類型節(jié)點(diǎn)對(duì)多路徑生成的影響。該算法可以避免網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部空洞對(duì)多路徑生成造成的負(fù)面影響，提高路徑的發(fā)現(xiàn)條數(shù)

4、和路徑發(fā)現(xiàn)的成功率。
　　 (2)提出了基于分段多路徑的報(bào)文安全傳輸模型（簡(jiǎn)稱SMRP）。通過(guò)理論分析得出分段多路徑相比于單路徑和節(jié)點(diǎn)不相交多路徑具有更高的路徑安全性。提出了在網(wǎng)絡(luò)的流量活躍區(qū)域部署可信節(jié)點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)鍵位置上節(jié)點(diǎn)安全性的相關(guān)規(guī)則，當(dāng)主路徑經(jīng)過(guò)這些可信節(jié)點(diǎn)時(shí)，依據(jù)這些可信節(jié)點(diǎn)將主路徑分成若干段，利用迭代多路徑發(fā)現(xiàn)算法在每一段構(gòu)建節(jié)點(diǎn)不相交多路徑，從而構(gòu)建出分段多路徑。在分段多路徑的基礎(chǔ)之上，提出了利用段節(jié)點(diǎn)緩

5、存和重傳編碼報(bào)文來(lái)提高報(bào)文傳輸?shù)娜蒎e(cuò)抗毀性的相關(guān)機(jī)制。該模型能有效增強(qiáng)通信路徑的安全性，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率和報(bào)文的投遞率。
　　 (3)提出了基于分段多路徑的惡意丟包節(jié)點(diǎn)檢測(cè)模型。該模型包括通信鏈路狀態(tài)實(shí)時(shí)分析協(xié)議(簡(jiǎn)稱RLSA)和分布式的節(jié)點(diǎn)類型判定算法（簡(jiǎn)稱DNC）兩個(gè)部分。通信鏈路狀態(tài)實(shí)時(shí)分析協(xié)議利用節(jié)點(diǎn)對(duì)間逐段生成的路徑環(huán)路，通過(guò)引入報(bào)文成組應(yīng)答機(jī)制使得節(jié)點(diǎn)能實(shí)時(shí)地獲取其鄰居節(jié)點(diǎn)的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài);在通信鏈路狀態(tài)實(shí)時(shí)分析協(xié)議基礎(chǔ)

6、之上，節(jié)點(diǎn)根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)模型能有效地分析鄰居節(jié)點(diǎn)行為是否異常，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類，最終將惡意節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中隔離出去。該模型具有較高的惡意節(jié)點(diǎn)檢測(cè)率和較低的誤判率。
　　 (4)提出了基于分簇的輕量級(jí)多路徑匿名通信路由協(xié)議(簡(jiǎn)稱CBLAR)。該協(xié)議中節(jié)點(diǎn)在不暴露身份信息的情況下，利用雙線性配對(duì)技術(shù)生成和鄰居節(jié)點(diǎn)共享的密鑰，并以此為基礎(chǔ)，秘密地建立用于成員節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)之間通信的路由表項(xiàng)，隨后在簇內(nèi)路由表項(xiàng)的輔助下，完成源節(jié)點(diǎn)和目

7、標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間匿名路徑的建立和數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。此外在匿名路由協(xié)議的基礎(chǔ)之上，提出了流量隱藏機(jī)制以使得攻擊者無(wú)法分析網(wǎng)絡(luò)的流量分布狀況，理論分析了協(xié)議參數(shù)的設(shè)定方法、協(xié)議能夠達(dá)到匿名性程度、協(xié)議的通信負(fù)荷和運(yùn)算負(fù)荷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能夠在付出較已有匿名通信協(xié)議更低的通信和計(jì)算開(kāi)銷的情況下，有效地達(dá)到綜合的匿名通信的目標(biāo)。
　　 本論文工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣魍诰蚍椒捌鋺?yīng)用的方法”(編號(hào):60973122)的