無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由機(jī)制的研究.pdf

1、隨著微機(jī)電技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，傳感器節(jié)點(diǎn)在微小體積內(nèi)已經(jīng)能集成信息采集、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線通信等多種功能，同時(shí)具有較低的能耗，此類傳感器節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)推動(dòng)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展，使其在軍事、智能家居、醫(yī)療護(hù)理等諸多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量廉價(jià)微型和資源有限的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的以無(wú)線通信方式形成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目的是為了感知網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域中的信息，并可靠的傳輸?shù)接^察者。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組

2、織、以數(shù)據(jù)為中心、分布式合作等網(wǎng)絡(luò)特性，傳感器節(jié)點(diǎn)在計(jì)算、存儲(chǔ)、帶寬、能量等方面是資源有限的，并且在感知數(shù)據(jù)的同時(shí)還要承擔(dān)路由的功能，為鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這些都使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由面臨很多新的安全威脅，為實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由安全帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)?；诖?，本文針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全路由機(jī)制進(jìn)行研究，研究工作包括如下內(nèi)容： (1)提出了一種基于隨機(jī)密鑰預(yù)分布模型的安全定向擴(kuò)散協(xié)議，該協(xié)議通過(guò)對(duì)定向擴(kuò)散協(xié)議進(jìn)行安全性擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)

3、路由安全。提出的協(xié)議通過(guò)建立安全梯度以及應(yīng)用累積消息認(rèn)證碼和多層加密來(lái)保證路由信息和路徑加強(qiáng)消息的安全，防止攻擊者破壞路由信息和獲得數(shù)據(jù)源的位置，其中安全梯度根據(jù)節(jié)點(diǎn)間預(yù)分布的密鑰建立。安全仿真分析表明此協(xié)議能有效保證定向擴(kuò)散協(xié)議各個(gè)階段的安全性和提供點(diǎn)到點(diǎn)的安全數(shù)據(jù)通信，并且可以通過(guò)其調(diào)整配置參數(shù)來(lái)滿足不同的應(yīng)用需求。 (2)提出了一種基于信任的安全LEACH(Low—Energy Adaptive Clustering Hi

4、erarchy)協(xié)議：TLEACH(Trust—based LEACH)協(xié)議。對(duì)于由內(nèi)部泄密節(jié)點(diǎn)引起的攻擊行為，傳統(tǒng)的基于加密和認(rèn)證的安全體系將不能進(jìn)行有效地抵御，為此本文提出了TLEACH協(xié)議來(lái)抵御此類攻擊。TLEACH協(xié)議是一個(gè)信任管理模塊和一個(gè)基于信任的路由模塊的有機(jī)整合，其中信任管理模塊負(fù)責(zé)建立傳感器節(jié)點(diǎn)之間的信任關(guān)系，基于信任的路由模塊是基本LEACH協(xié)議的一個(gè)改進(jìn)版本。針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源有限特性和安全需求，信任管理模塊應(yīng)用

5、了一些新穎的機(jī)制用來(lái)進(jìn)行行為監(jiān)控、信任交換以及信任的評(píng)估，例如簇頭輔助監(jiān)控機(jī)制和動(dòng)態(tài)更新因子機(jī)制。基于信任的路由模塊具有和基本LEACH協(xié)議相同的簇頭選舉算法和工作階段，但是通過(guò)增加基于信任的路由決策機(jī)制來(lái)提供更加安全的路由。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的TLEACH協(xié)議能夠識(shí)別出執(zhí)行更加復(fù)雜攻擊行為的泄密節(jié)點(diǎn)，并且能夠顯著地提高報(bào)文傳輸率。 (3)提出了一種基于信任和多跳流量驗(yàn)證的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊的抵御機(jī)制。對(duì)于基本的選擇

6、性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊，該機(jī)制通過(guò)監(jiān)控鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)行為來(lái)評(píng)估它們的信任值，進(jìn)而根據(jù)信任值來(lái)選擇進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的下一跳節(jié)點(diǎn)，從而避開泄密節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。泄密節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)進(jìn)行盲信攻擊和多個(gè)節(jié)點(diǎn)的合謀來(lái)干擾節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控行為，從而使正常節(jié)點(diǎn)不能獲得泄密鄰居節(jié)點(diǎn)正確的信任值。對(duì)于這種合謀選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊以及盲信攻擊，提出的機(jī)制通過(guò)多跳流量驗(yàn)證過(guò)程來(lái)抵御：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的下游節(jié)點(diǎn)定期向上游節(jié)點(diǎn)反饋它們的流量統(tǒng)計(jì)信息，然后上游節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)下游節(jié)點(diǎn)的流量進(jìn)行驗(yàn)證