無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)安全聚合技術研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network,WSN）是由若干個傳感器節(jié)點組成的無線自組織網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中的節(jié)點都是通過無線信道進行通信。一般意義上，無線傳感器網(wǎng)絡可以用來實現(xiàn)對設備周圍環(huán)境狀況的檢測，例如環(huán)境污染程度、氧氣含量以及 PM2.5指數(shù)等。然而，傳感器設備存儲的電量很有限，而數(shù)據(jù)傳輸又是最能消耗傳感器設備電量的操作。因此，為了減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂?、?jié)省無線網(wǎng)絡的帶寬，節(jié)約傳感器設備的電量以及延長網(wǎng)絡的使用周期，普

2、遍的做法都是通過在聚合器端使用聚合函數(shù)對多個傳感器設備的數(shù)據(jù)進行聚合。除此之外，傳感器設備一般都是部署在條件惡劣的網(wǎng)絡環(huán)境中，網(wǎng)絡中的節(jié)點很容易遭受網(wǎng)絡攻擊。但是，越來越多的應用要求保證傳感器設備節(jié)點的數(shù)據(jù)隱私和最終聚合統(tǒng)計結果的正確性?；谝陨鲜聦崳疚氖紫葘σ呀洿嬖诘木邆洳煌踩枨蟮臒o線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)聚合協(xié)議進行介紹，然后對這些數(shù)據(jù)聚合協(xié)議的安全性進行分析，最后提出一個新的可認證且具有隱私保護的數(shù)據(jù)安全聚合協(xié)議方案并對其進行性能模

3、擬分析。
　　在我們提出的可認證且具有隱私保護的數(shù)據(jù)安全聚合方案中，傳感器設備節(jié)點使用具有加法同態(tài)性質的算法對采集到的明文數(shù)據(jù)經過兩次加密得到密文數(shù)據(jù)，然后使用聚合簽名算法對密文數(shù)據(jù)簽名，最后發(fā)送密文數(shù)據(jù)和簽名值至中間聚合器節(jié)點。需要說明的是傳感器設備節(jié)點在加密和簽名的過程中可以調用安全外包算法來完成昂貴的橢圓曲線倍點運算。中間聚合器節(jié)點收集到多個傳感器設備節(jié)點的密文數(shù)據(jù)和簽名值后，首先使用聚合驗證的方式驗證多個傳感器密文數(shù)據(jù)的簽

4、名值，然后利用同態(tài)性質聚合傳感器的密文分片得到聚合密文分片，接著同樣使用聚合簽名算法對聚合密文片簽名，最后發(fā)送聚合密文片和簽名值至聚合器節(jié)點。聚合器節(jié)點接收到多個中間聚合器節(jié)點的聚合密文片和簽名值后，首先利用聚合驗證的方式驗證多個中間聚合器節(jié)點的簽名值，然后對聚合密文分片再次進行聚合得到聚合密文，最后利用同態(tài)性質解密聚合密文得到最終的聚合統(tǒng)計結果。經過分析，我們提出的傳感器數(shù)據(jù)安全聚合協(xié)議具有以下所述的安全特性：（1）數(shù)據(jù)保密性：聚合器

5、在聚合過程中，單個傳感器設備節(jié)點的數(shù)據(jù)隱私得到了保證，除了設備節(jié)點自己外，其他設備節(jié)點，中間聚合器節(jié)點，聚合器節(jié)點以及網(wǎng)絡攻擊者都不能對其隱私產生威脅。（2）數(shù)據(jù)完整性：無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點可以確認收到的消息是完整的且沒有經過未授權的修改，這樣就保證了最終數(shù)據(jù)聚合結果的正確性。（3）數(shù)據(jù)源認證：無線傳感器網(wǎng)絡中的設備節(jié)點可以對消息發(fā)送方的身份進行認證，避免了惡意的攻擊者冒充網(wǎng)絡節(jié)點注入非法的數(shù)據(jù)，破壞聚合器節(jié)點的聚合統(tǒng)計結果。（4）抗

6、重放攻擊：由于無線傳感器網(wǎng)絡中的消息傳輸都是通過公開的且不安全的網(wǎng)路信道，因此網(wǎng)絡攻擊者可以很容易的實施重放攻擊。協(xié)議采用時戳機制有效的抵御了攻擊者的重放攻擊，保證聚合器聚合結果的正確性。（5）無線傳感器網(wǎng)絡中，設備節(jié)點可能會動態(tài)的加入和退出。新加入的節(jié)點要為其分配相應的密鑰信息，以便于其能夠加密采集的數(shù)據(jù)；退出的節(jié)點要收回其擁有的密鑰信息，避免威脅到其他設備節(jié)點的數(shù)據(jù)隱私。我們提出的協(xié)議能夠很好的處理設備節(jié)點動態(tài)加入和退出時密鑰的分配