無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)技術(shù)由于其動(dòng)態(tài)自組織能力、去中心化屬性以及數(shù)據(jù)采集和處理能力而被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量密集部署的傳感器節(jié)點(diǎn)組成,從而精確監(jiān)控環(huán)境并使用無線介質(zhì)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,根據(jù)不同環(huán)境提供安全通信是非常重要的。在WSN中的一個(gè)重要安全威脅是路由攻擊。這類攻擊被用于切斷傳感器網(wǎng)絡(luò)和中央基站的連接。考慮到性能和路由發(fā)現(xiàn)等方面的因素,傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議通常都較為簡單。因此相比于其他的點(diǎn)對點(diǎn)路由協(xié)議,此類協(xié)議更容易被攻擊。典型的路由攻擊有污水池攻擊、黑洞攻擊、選擇性轉(zhuǎn)發(fā)以及蠕蟲洞攻擊等。由于所有的流量基本上都會(huì)流經(jīng)受損節(jié)點(diǎn),污水池攻擊可以作為發(fā)動(dòng)其他攻擊的平臺。典型的污水池攻擊可以通過使受損節(jié)點(diǎn)看起來對周圍節(jié)點(diǎn)特別具有吸引力來達(dá)到攻擊目的。傳感器節(jié)點(diǎn)通常在頻率范圍、處理器速度、內(nèi)存和功耗等方面都收到資源限制。因此,現(xiàn)存的有線和無線網(wǎng)絡(luò)中的加密和哈希方案并不適用與傳感器網(wǎng)絡(luò)。大多數(shù)已提出的用于路由攻擊的非密碼學(xué)方案也不能完全檢測污水池攻擊。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1)本研究在不使用任何加密算法、密鑰機(jī)制和哈希函數(shù)的前提下,開發(fā)了一個(gè)安全路由協(xié)議AODV-SDR來檢測和抵御污水池攻擊。針對由惡意節(jié)點(diǎn)生成的偽造路由回復(fù),AODVSDR協(xié)議在路由發(fā)現(xiàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)了確認(rèn)數(shù)據(jù)包來識別偽造目標(biāo)。目標(biāo)序列號被用來顯示路由更新度。更高的序列號說明路由信息更新。攻擊者通過生成偽造擁有更高目標(biāo)序列號的路由回復(fù)來吸引網(wǎng)絡(luò)流量,來假裝擁有到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)新的路由。源節(jié)點(diǎn)通過比較路由回復(fù)的目標(biāo)序列號和確認(rèn)回復(fù)來識別虛假目標(biāo)。由于轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的確認(rèn)數(shù)據(jù)包的單播,傳送量沒有顯著增加。AODV-SDR沒有增加節(jié)點(diǎn)的任何資源消耗。2)本研究開發(fā)了AODV-BDR協(xié)議,通過使用基于鄰節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法來檢測和抵御黑洞攻擊。當(dāng)前的方法在路由發(fā)現(xiàn)階段檢測惡意節(jié)點(diǎn)并且沒有引入任何的指定的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。當(dāng)探測到路由時(shí),任何聲稱擁有新的目標(biāo)路由的中間節(jié)點(diǎn)都可以通過路由回復(fù)數(shù)據(jù)包發(fā)送它的下一跳(Next Hop Node,NHN)節(jié)點(diǎn)地址給源節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)數(shù)據(jù)包給NHN來認(rèn)證前跳節(jié)點(diǎn)(Previous Hop Node,PHN)發(fā)送的路由回復(fù)。確認(rèn)數(shù)據(jù)包檢查PHN是否在NHN的鄰居列表中并且是否擁有新的目標(biāo)路由。如果上述條件滿足,則PHN被認(rèn)為是有效的節(jié)點(diǎn)。否則判定為惡意節(jié)點(diǎn)。3)本研究開發(fā)了一個(gè)安全的路由協(xié)議AODV-MDR來檢測無線點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的惡意節(jié)點(diǎn)。AODV-MDR設(shè)計(jì)了一個(gè)非密碼學(xué)方案。這是因?yàn)樵S多密碼學(xué)方案都很復(fù)雜且功耗巨大,并不適合資源有限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本研究提出的安全路由協(xié)議確認(rèn)聲明路徑的真實(shí)性,并通過免費(fèi)PREP和確認(rèn)數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)了路由跳數(shù)的驗(yàn)證。由于免費(fèi)PREP和確認(rèn)數(shù)據(jù)包都是在已建立的路由上都是單播,所以傳輸?shù)臄?shù)量并不會(huì)顯著增加。4)這項(xiàng)研究提出了另一種安全路由協(xié)議AODV-BHDR來檢測混雜模式下的黑洞攻擊。這種模式允許節(jié)點(diǎn)聽到每個(gè)到達(dá)本地的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。路由回復(fù)(RREP)生成節(jié)點(diǎn)的前跳節(jié)點(diǎn)(PHN)通過向目標(biāo)發(fā)送路由確認(rèn)數(shù)據(jù)包來確認(rèn)所聲明路徑的真實(shí)性。只有路由答復(fù)生成節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)確認(rèn)節(jié)點(diǎn)的可信度和路由確認(rèn)。盡管這種方法在節(jié)點(diǎn)引入的資源開銷很小,但是維持了路由安全性。而這正是我們研究的主要目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN915.08;TP212.9

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本文編號：2824004