無線傳感網(wǎng)容忍入侵關鍵技術研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由一組能量有限的傳感器節(jié)點自組織構(gòu)成，通過無線方式連接的多跳自組織網(wǎng)絡。它能夠適用于人們無法接近的惡劣或特殊環(huán)境，如軍事偵察、資源探索、安全生產(chǎn)監(jiān)控和防恐等。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，作為關鍵技術的無線傳感器網(wǎng)絡有著更為廣闊的應用前景。但在惡劣環(huán)境中，許多相關應用能否正常運行與網(wǎng)絡安全密切相關。如何在節(jié)點資源非常有限的情況下，設計安全拓撲，提供安全路由選擇，檢測各種入侵攻擊行為并作出防御，為傳感網(wǎng)創(chuàng)造一個相對安全的工作環(huán)境，

2、是關系到傳感網(wǎng)能否真正走向?qū)嵱玫年P鍵性問題。
　　 拓撲是網(wǎng)絡鏈路連通性問題的基礎，針對拓撲攻擊會導致原本連通的網(wǎng)絡拓撲分裂，重新生成網(wǎng)絡拓撲不僅會浪費大量的能量，而且如果節(jié)點分布不均會造成無法形成新的連通網(wǎng)絡；路由是網(wǎng)絡鏈路連通性問題的關鍵，針對路由的攻擊可以造成信息中斷，篡改，部分被隔離或全網(wǎng)死亡等；入侵攻擊檢測及容忍是保證網(wǎng)絡鏈路連通及關鍵服務正常運行的重要措施，通過檢測或容忍入侵行為，可為安全傳輸報文提供可靠保障。因此，

3、安全節(jié)能的拓撲、路由以及有效節(jié)能的入侵檢測與容忍方法成為無線傳感器網(wǎng)絡安全中需要關注的重點問題。
　　 本文在對傳感器網(wǎng)絡拓撲、路由和攻擊與入侵檢測等相關工作進行分析總結(jié)的基礎上，著重對容侵節(jié)能拓撲，安全節(jié)能路由及容忍攻擊入侵方法及機制進行深入細致地研究。主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面：
　　 1)針對目前網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)無法完全防止惡意節(jié)點侵入網(wǎng)絡，且不能保證新節(jié)點安全加入網(wǎng)絡，提出了一種容侵節(jié)能的六邊形單元構(gòu)成的網(wǎng)絡拓撲結(jié)

4、構(gòu)(HIT：Hexagonal Intrusion Topology)生成方法。該方法首先根據(jù)節(jié)點地理位置形成由六邊形單元構(gòu)成的網(wǎng)絡拓撲，根據(jù)拓撲的結(jié)構(gòu)化特點，計算出相鄰傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸距離，依據(jù)傳輸距離調(diào)整傳感器節(jié)點傳輸功率，通過結(jié)構(gòu)化拓撲和冗余節(jié)點儲存能量延長網(wǎng)絡的生命周期；其次，通過單向哈希密鑰鏈技術和對稱密鑰認證技術控制新節(jié)點的安全加入，通過新節(jié)點間形成臨時簇減少由新節(jié)點加入網(wǎng)絡帶來的能量損耗。并對其性能進行了詳細分析和實驗驗

5、證。
　　 2)針對無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能量有限的不足和路由面臨安全威脅，提出了一種能量有效的無線傳感器網(wǎng)絡安全路由協(xié)議(ESRP：Energy-efficient SecureRouting Protocol)。ESRP根據(jù)HIT網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)化的特點，計算出傳輸數(shù)據(jù)報文所需的最優(yōu)路徑在各傳播反向所需跳數(shù)，然后根據(jù)跳數(shù)特征，通過二次概率路由選擇策略，從多條優(yōu)化路徑中迅速給出一條由源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑，并通過數(shù)據(jù)加密技術防止數(shù)據(jù)泄

6、露，通過單向哈希密鑰鏈和對稱密鑰技術控制數(shù)據(jù)報文的安全認證。ESRP協(xié)議在給出了常見攻擊安全防范的同時，兼顧了網(wǎng)絡流量的負載均衡。并對性能進行了詳細分析和實驗驗證。
　　 3)針對目前已有的防范選擇性傳遞攻擊的方法需要消耗較多的節(jié)點能量，防御有效性弱問題，提出了一種輕量級無線傳感器網(wǎng)絡選擇性傳遞攻擊入侵容忍方法。該方法以HIT網(wǎng)格拓撲為基礎，通過鄰居節(jié)點協(xié)同工作，能夠在消耗較少的節(jié)點存儲空間和能量情形下有效檢測出選擇性傳遞攻擊，

7、在容忍攻擊者存在的情形下，通過ESRP協(xié)議中路由算法選擇非攻擊者存在的路由進行事件報文的發(fā)送，保證事件報文可靠傳輸?shù)侥康狞c。并對其性能進行了詳細分析和實驗驗證。
　　 4)針對無線傳感器網(wǎng)絡的“數(shù)據(jù)感知融合”和“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)”兩類關鍵服務面臨的內(nèi)部攻擊，提出了一種基于信任評估的容忍攻擊入侵機制。通過信心值表達對節(jié)點的信任程度，有效識別數(shù)據(jù)和路由包丟棄攻擊，并基于模糊信任模型限制數(shù)據(jù)的篡改范圍，實現(xiàn)對難以發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)篡改攻擊的容忍。以示