無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)存儲和匯聚的安全性研究.pdf

1、人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，微電子機(jī)械系統(tǒng)（Micro—electro—mechanism system，MEMS）、計算機(jī)、通信、自動控制和人工智能等學(xué)科的飛速發(fā)展孕育了一種新型的測控網(wǎng)絡(luò)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新興的測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是能夠自主實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、融合和傳輸應(yīng)用的智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是邏輯上的信息世界與真實的物理世界緊密結(jié)合，從而真正實

2、現(xiàn)“無處不在的計算（普適計算）”模式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一項涉及多門前沿學(xué)科發(fā)展的綜合性技術(shù)，在基礎(chǔ)理論和工程技術(shù)兩個層面向科技工作者提出了大量的挑戰(zhàn)性研究課題。 在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)被傳感器節(jié)點收集到以后，被立即轉(zhuǎn)發(fā)給基站或者數(shù)據(jù)中心（sink）。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適用于所有的應(yīng)用方案，如用戶想收集“歷史數(shù)據(jù)”（一個月的平均氣溫而不是每天某個時間點的氣溫或一年內(nèi)火山活動

3、對區(qū)域內(nèi)土壤中化學(xué)成分的影響等），還有一些應(yīng)用方案，基站（或者sink）不容易和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一起部署在傳感區(qū)域（火山區(qū)域、海上等）。針對這些不足，無人值守的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被提出。在無人值守的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)被存儲在本地或者存儲在本節(jié)點中，擁有權(quán)限的用戶可以根據(jù)需要來訪問數(shù)據(jù)。這個方法利用將數(shù)據(jù)存儲在本地存儲器上來減少因傳輸數(shù)據(jù)帶來的能量消耗。但是這種分布式數(shù)據(jù)存儲的方案仍然存在安全性和穩(wěn)定性的問題。 本文首先提出了一個基

4、于秘密共享（secret sharing）和Reed—Solomon編碼的方案，該方案的特點是能保證數(shù)據(jù)保密性（confidentiality）、可靠性（reliability）和計算安全性（computation security），而且產(chǎn)生的數(shù)據(jù)開銷很小。同時，為了保證數(shù)據(jù)的完整性（integrity），提出了一個雙粒度線性碼的技術(shù)（Two Granularity linear code）來確保并檢查數(shù)據(jù)的完整性。最后，為了能高效率

5、的傳輸用戶的查詢結(jié)果，本文利用同態(tài)加密（homomorphic encryption）和同態(tài)秘密分享（homomorphic secret sharing）技術(shù)提出了一個能高效率取回數(shù)據(jù)的方案——H2S。 方案的有效性和安全性也在本文中得到詳細(xì)闡述和證明。通過分布式數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性得到了加強，因傳輸數(shù)據(jù)造成的能量消耗和周圍鄰居節(jié)點的存儲消耗也得到了降低。數(shù)據(jù)完整性檢查的方案也被通過分析證實，在不需要利用耗費系統(tǒng)資源的非對