本文關鍵詞：數(shù)字水印技術在無線傳感器網(wǎng)絡安全中的應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡將大量微型傳感器節(jié)點部署到監(jiān)測區(qū)域,通過無線通信組成多跳自組織網(wǎng)絡,實現(xiàn)對特定對象信息的感知、采集、處理和傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生等多個領域有著廣闊的應用前景,其安全問題也必然會越來越受到重視。無線傳感器網(wǎng)絡涉及到多方面的安全問題,其中不可信網(wǎng)絡環(huán)境中傳輸?shù)母兄獢?shù)據(jù)的完整性認證與易被竊取的具有商業(yè)價值的數(shù)據(jù)的版權保護都是不容忽視的安全需求。傳感器節(jié)點計算與存儲能力均較弱,能量供給更是非常有限,且傳感器網(wǎng)絡絕大部分能量消耗都來源于無線通信,以至于傳統(tǒng)密碼學的手段不能得到良好的應用。在多媒體信息領域得到廣泛研究與應用的數(shù)字水印技術通常計算相對簡單,且不增加額外的傳輸信息,正是解決此類安全問題的較好的方法。數(shù)字水印技術根據(jù)方法的魯棒性可分為脆弱水印和魯棒水印,分別能以較低的開銷實現(xiàn)認證與版權保護,滿足傳感器網(wǎng)絡的安全需求。因此本文的研究對于豐富信息安全理論與技術,尤其是受限環(huán)境下的數(shù)據(jù)認證與版權保護都有著一定的學術價值,在物聯(lián)網(wǎng)廣泛應用的時代更具有較強的實用價值。本文首先簡要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念,并指出當前傳感器網(wǎng)絡的安全研究主要集中在一些如安全路由、安全的數(shù)據(jù)融合等問題,而數(shù)據(jù)認證還主要使用的是以消息認證碼為代表的傳統(tǒng)密碼學方法,版權保護的研究更是甚少有文獻涉及。再簡要闡述了本文的研究所涉及的關于密碼學、信息隱藏以及數(shù)字水印的基礎理論知識,比較了傳感器網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流與多播數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡結構與安全需求上的異同,并對現(xiàn)有的適用于傳感器網(wǎng)絡的基于數(shù)字水印技術的認證與版權保護方案進行了綜述。針對當前傳感器網(wǎng)絡中的水印方案的不足,根據(jù)網(wǎng)絡特點與安全需求,結合數(shù)字圖像水印技術,本文重點研究了傳感器網(wǎng)絡中基于脆弱水印的認證方案與基于魯棒水印的版權保護方案,提出了①克服分組方案缺點的驗證數(shù)據(jù)個體的水印認證方案,②能夠恢復原始數(shù)據(jù)的可逆水印認證方案,③實現(xiàn)版權保護的1比特魯棒水印方案,并通過理論分析與模擬實驗驗證了這些方案的性能。本文的主要貢獻如下:①在抽象的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型上研究傳感器網(wǎng)絡的認證與版權保護。傳感器節(jié)點硬件千差萬別,傳感器網(wǎng)絡也不似Internet運行相同的網(wǎng)絡協(xié)議。首先,本文在應用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的認證與版權保護,將傳感器的每一次采樣所得的數(shù)據(jù)作為最基本的數(shù)據(jù)粒度,而不考慮其數(shù)據(jù)鏈路層處理數(shù)據(jù)的方式。這使得本文提出方案具有更廣泛的適應性,尤其適合硬件差別較大的傳感器網(wǎng)絡,更能為物聯(lián)網(wǎng)中廣泛存在的各種受限制網(wǎng)絡環(huán)境中的信息安全提供參考。其次,本文將網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)抽象為從傳感器節(jié)點到匯聚節(jié)點的數(shù)值型數(shù)據(jù)流,在不考慮數(shù)據(jù)融合的前提下,水印均在采集信息的傳感器節(jié)點而嵌入在匯聚節(jié)點被驗證。這為原本多樣的傳感器網(wǎng)絡環(huán)境中的數(shù)字水印應用研究提供了便利。②提出了能夠驗證數(shù)據(jù)個體的無線傳感器網(wǎng)絡水印認證方案。現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡的水印認證方案大都在數(shù)據(jù)組的層級處理數(shù)據(jù),實際發(fā)生虛警的數(shù)據(jù)項較多,且數(shù)據(jù)組的魯棒性較差。本文結合數(shù)字圖像中定位篡改的水印算法,基于“雙向分散”技術提出了驗證數(shù)據(jù)項個體的水印方案,并改進得到了不分組的水印認證方案,克服了分組帶來的諸多缺點,實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)項個體的認證,降低了方案的實際虛警率。③提出了可逆的無線傳感器網(wǎng)絡水印認證方案。傳統(tǒng)水印方案修改原始數(shù)據(jù),必然不符合一些敏感應用的需求。本文結合廣泛研究的數(shù)字圖像可逆水印,利用了傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流相鄰數(shù)據(jù)之間的相關性,通過擴展當前數(shù)據(jù)與由前導數(shù)據(jù)得到的預測值之間的誤差嵌入水印,使得匯聚節(jié)點在提取水印之后還能恢復原始數(shù)據(jù)。④提出為無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流實現(xiàn)版權保護的1比特魯棒水印方案。本文結合經(jīng)典的了Patchwork算法,在數(shù)據(jù)流中均勻而偽隨機地選擇部分數(shù)據(jù),并劃分為兩組,通過改變兩組數(shù)據(jù)的差值來嵌入1比特水印。水印可由統(tǒng)計的方法檢測,并且對于常見的諸如截取、注入、采樣、修改等攻擊方式均具備較高的魯棒性,保證了在不破壞數(shù)據(jù)使用價值的前提下無法抹去水印信息。⑤建立了一套無線傳感器網(wǎng)絡水印方案的性能評價機制。本文通過分析與實驗,建立了由漏檢率、虛警率、魯棒性、開銷、服務質(zhì)量共同構成的評價體系,并根據(jù)這些指標對提出的所有水印方案進行了分析與模擬實驗。
【關鍵詞】：數(shù)字水印 無線傳感器網(wǎng)絡 信息安全 認證 版權保護
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN915.08
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究的意義11-12
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡概述12-14
• 1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡結構12-13
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡的特點13-14
• 1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡的應用14
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡安全問題的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡安全問題研究綜述15-16
• 1.3.2 傳感器網(wǎng)絡中水印技術的應用研究16
• 1.4 研究內(nèi)容與結構安排16-19
• 1.4.1 本文的研究內(nèi)容16-17
• 1.4.2 本文的結構安排17-19
• 2 無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)字水印技術19-33
• 2.1 密碼學與信息隱藏理論基礎19-23
• 2.1.1 加密與解密19-20
• 2.1.2 完整性、鑒別與不可抵賴性20-22
• 2.1.3 信息隱藏22-23
• 2.2 數(shù)字水印理論基礎23-25
• 2.2.1 數(shù)字水印的基本概念23-24
• 2.2.2 數(shù)字水印的分類24-25
• 2.3 無線傳感器網(wǎng)絡中的水印25-32
• 2.3.1 數(shù)據(jù)流的認證25-27
• 2.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡中的流數(shù)據(jù)與多播網(wǎng)絡的區(qū)別27-30
• 2.3.3 現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡水印方案30-32
• 2.4 本章小結32-33
• 3 驗證個體的無線傳感器網(wǎng)絡認證方案33-57
• 3.1 引言33-34
• 3.2 定位篡改的圖像水印34-35
• 3.3 獨立認證個體數(shù)據(jù)項的水印方案35-42
• 3.3.1 方案模型與概述35-36
• 3.3.2 水印的認證過程36-38
• 3.3.3 水印的統(tǒng)計分析38-39
• 3.3.4 方案性能分析39-42
• 3.4 不分組的水印認證方案42-52
• 3.4.1 方案概述42
• 3.4.2 水印的認證過程42-44
• 3.4.3 水印的統(tǒng)計分析44-47
• 3.4.4 方案性能分析47-52
• 3.5 模擬實驗52-55
• 3.6 本章小結55-57
• 4 可逆的無線傳感器網(wǎng)絡水印認證方案57-77
• 4.1 引言57-58
• 4.2 可逆圖像水印58-59
• 4.2.1 可逆圖像水印概述58
• 4.2.2 基于預測誤差擴展的可逆水印58-59
• 4.3 基于預測誤差擴展的無線傳感器網(wǎng)絡水印認證方案59-72
• 4.3.1 方案概述59-60
• 4.3.2 方案的細節(jié)描述60-65
• 4.3.3 方案性能分析65-72
• 4.4 模擬實驗72-76
• 4.4.1 實驗設置72-73
• 4.4.2 實驗結果73-76
• 4.5 本章小結76-77
• 5 無線傳感器網(wǎng)絡中的魯棒水印方案77-103
• 5.1 引言77-78
• 5.2 Patchwork算法78-80
• 5.2.1 經(jīng)典Patchwork算法78-79
• 5.2.2 Patchwork算法的發(fā)展79-80
• 5.3 無線傳感器網(wǎng)絡的1比特魯棒水印方案80-93
• 5.3.1 方案模型與概述80
• 5.3.2 方案的細節(jié)描述80-82
• 5.3.3 方案分析82-86
• 5.3.4 模擬實驗86-93
• 5.4 改進的魯棒水印方案93-101
• 5.4.1 方案細節(jié)描述93-94
• 5.4.3 方案分析94-96
• 5.4.4 實驗比較96-101
• 5.5 本章小結101-103
• 6 總結與展望103-105
• 6.1 論文總結103-104
• 6.2 未來研究方向展望104-105
• 致謝105-107
• 參考文獻107-115
• 附錄115
• A. 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表及完成的論文目錄115
• B. 攻讀博士學位期間參加的科研項目目錄115
• C. 參加的學術會議115

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 郎為民;楊宗凱;吳世忠;譚運猛;;無線傳感器網(wǎng)絡安全研究[J];計算機科學;2005年05期

2 任豐原,黃海寧,林闖;無線傳感器網(wǎng)絡[J];軟件學報;2003年07期

3 馬祖長,孫怡寧,梅濤;無線傳感器網(wǎng)絡綜述[J];通信學報;2004年04期

  本文關鍵詞：數(shù)字水印技術在無線傳感器網(wǎng)絡安全中的應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：459050