發(fā)布時間：2017-03-29 11:03

  本文關鍵詞：高效能無線傳感器網絡安全數(shù)據融合協(xié)議，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網絡是物聯(lián)網感知層的重要組成部分,通過部署大量分布式傳感器節(jié)點組成自組織網絡,可以對監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境數(shù)據進行感知、傳輸和處理。由于傳感器節(jié)點通常被部署在人類難以接近的惡劣甚至被敵方控制的遠程環(huán)境中,節(jié)點的能量難以得到補充,因此如何降低能耗、延長網絡壽命是無線傳感器網絡需要解決的關鍵問題。數(shù)據融合通過對傳感器節(jié)點收集到的信息進行網內處理,可以消除冗余信息,減少數(shù)據傳輸量,從而有效降低網絡能耗、延長無線傳感器網絡生命周期。由于無線傳感器網絡節(jié)點部署環(huán)境的特殊性,在一些軍事應用中,數(shù)據的安全性得不到保障將導致機密數(shù)據泄露給攻擊者或者基站接收到偽造的消息。通過加密和認證等密碼學方法可以在一定程度上保證數(shù)據的機密性、完整性和可用性,但這樣會帶來額外的計算和通信開銷。在設計安全數(shù)據融合協(xié)議時必須在不犧牲安全性的同時提高數(shù)據融合的效率,這是一個極富挑戰(zhàn)性的研究工作。目前研究者針對無線傳感器網絡數(shù)據融合提出了一系列協(xié)議,這些協(xié)議大部分只能提供單一的數(shù)據機密性保護或者完整性保護。雖然一些文獻聲稱其提出的協(xié)議能夠同時保證數(shù)據的機密性和完整性,但是這些方案仍然存在一些問題。本文基于現(xiàn)有的研究工作提出了ECIPAP高效能安全數(shù)據融合協(xié)議,該協(xié)議使用一種輕量級的同態(tài)加密算法對數(shù)據進行加密,在保證數(shù)據機密性的同時也避免了復雜計算造成的網絡延遲和較高的能量開銷。通過結果檢測機制,無線傳感器網絡中的每一個節(jié)點都能驗證其數(shù)據是否被加入到了最終的融合結果中,從而保證數(shù)據的完整性。在此基礎上,我們對ECIPAP協(xié)議進行了安全性分析、性能理論分析和基于SimpleWSN物理節(jié)點的實驗驗證。通過安全性分析和性能理論對比分析我們說明本文提出的協(xié)議可以在保證數(shù)據機密性和完整性的同時極大減少了通信開銷,有效延長了網絡壽命。同時我們在物理節(jié)點上對ECIPAP協(xié)議進行編程實現(xiàn),將節(jié)點部署在監(jiān)控區(qū)域進行數(shù)據采集,之后通過實驗結果分析該協(xié)議的實際部署運行情況。理論和實驗分析表明,ECIPAP具有較為理想的安全性、高效性和可行性。最后本文分析了無線傳感器網絡安全數(shù)據融合研究領域仍然存在的問題、面臨的挑戰(zhàn)以及未來的研究方向。
【關鍵詞】：無線傳感器網絡 數(shù)據融合 機密性 完整性 TinyOS
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN915.08;TP202
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究意義12-13
• 1.3 研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 無線傳感器網絡安全數(shù)據融合完整性研究13-15
• 1.3.2 無線傳感器網絡安全數(shù)據融合機密性研究15-16
• 1.3.3 同時保護完整性和機密性的安全數(shù)據融合研究16-18
• 1.4 研究內容及貢獻18
• 1.5 文章組織結構18-19
• 第2章 無線傳感器網絡安全數(shù)據融合理論基礎19-29
• 2.1 網絡模型19-23
• 2.1.1 無線傳感器網絡拓撲結構19-21
• 2.1.2 網絡組成21-22
• 2.1.3 數(shù)據匯報方式22
• 2.1.4 融合函數(shù)22-23
• 2.2 安全需求23-25
• 2.2.1 數(shù)據完整性23
• 2.2.2 數(shù)據機密性23-24
• 2.2.3 數(shù)據源認證24
• 2.2.4 數(shù)據可用性24-25
• 2.3 敵手模型25-26
• 2.3.1 敵手攻擊能力25
• 2.3.2 常見攻擊方法25-26
• 2.4 相關密碼學算法26-28
• 2.4.1 適用于無線傳感器網絡的對稱加密算法26-27
• 2.4.2 適用于無線傳感器網絡的公鑰加密算法27
• 2.4.3 哈希函數(shù)及消息認證碼27-28
• 2.5 本章小結28-29
• 第3章 高效能安全數(shù)據融合協(xié)議ECIPAP29-39
• 3.1 方案概述29
• 3.2 系統(tǒng)模型29-32
• 3.2.1 假設條件29-30
• 3.2.2 問題定義30-31
• 3.2.3 攻擊模型31-32
• 3.3 協(xié)議描述32-36
• 3.3.1 網絡部署階段32-33
• 3.3.2 查詢分發(fā)階段33
• 3.3.3 數(shù)據融合階段33-35
• 3.3.4 結果驗證階段35-36
• 3.4 協(xié)議分析36-38
• 3.4.1 安全性分析36-37
• 3.4.2 性能理論分析37-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第4章 平臺實驗及結果分析39-53
• 4.1 實驗平臺39-45
• 4.1.1 Simple WSN傳感器節(jié)點40-42
• 4.1.2 Tiny OS傳感器節(jié)點操作系統(tǒng)42-45
• 4.2 協(xié)議編程詳細設計45-47
• 4.2.1 數(shù)據包格式和實驗參數(shù)45-46
• 4.2.2 功能和流程46-47
• 4.3 實驗過程47-51
• 4.4 結果分析51-52
• 4.5 本章小結52-53
• 第5章 研究總結及展望53-56
• 結論56-57
• 參考文獻57-62
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單62-64
• 致謝64

【共引文獻】

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本文編號：274304