基于物联网技术的源节点位置隐私保护策略研究

摘要

物联网技术被普遍认为将引领全球信息产业革命的新的浪潮。无线传感器网络作为物联网感知层的重要组成部分，在军事战场、环境保护、目标监测等领域具有极其广阔的应用前景，而日益严重的隐私安全威胁已经成为制约物联网进一步发展应用的关键问题之一。在应用于目标监测的网络中，数据源节点位置隐私信息的暴露将会给被监测对象带来严重的安全威胁。传统的数据内容的保密性可以通过基于内容加密的安全技术解决，然而数据源的位置隐私与网络流量模式具有一定的关联性，攻击者可以通过流量分析攻击逆向追踪数据包从而定位源节点。因此，如何保护数据源节点的位置隐私是一项具有重要意义的课题。
　　 本文以幻影路由策略为基础，对物联网中数据源位置隐私保护问题进行深入研究和讨论。论文首先对物联网以及无线传感器网络的相关概念、理论模型以及它们面临的安全挑战进行阐述，指出课题研究的必要性;其次，对当前典型的源位置隐私保护策略和算法进行分析，指出它们的优缺点。以此为基础，本文对当前一种典型的源位置隐私保护评估模型进行了丰富和优化，增加幻象节点距离指数PNDI等指标到该模型中，优化后的模型能够更全面的对位置隐私保护策略的性能进行评估;然后，本文提出了一种源位置隐私保护策略，该策略包括一种基于单向哈希链的数据源匿名机制和一种基于幻影路由的源位置隐私保护路由算法PSRMPN;与当前大多数策略不同的是，本文针对攻击能力更强的同时具有流量分析能力和妥协部分节点能力的攻击者模型，利用数据源匿名机制和路由保护算法分别从数据内容和传输路由路径两方面来保护数据源的位置隐私。另外，本文建立了相关数学模型对策略的可行性进行了分析，利用评估模型对策略的隐私安全性能进行了分析论证;性能分析表明，本文利用单向哈希链函数可以实现数据源的匿名，利用PSRMPN路由算法可以增加路由传输路径的复杂性与不确定性，同时该算法能够产生数量众多、位置分布广泛、并且能尽量远离数据源节点的幻象节点，能很好的抵御攻击者的逆向追踪;最后论文利用OMNeT++仿真平台对PSRMPN算法进行了仿真验证和性能分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 论文研究内容与意义

1．4 论文结构

第二章 物联网及其安全隐私问题研究

2．1 物联网概述

2．1．1 物联网的基本概念

2．1．2 物联网的体系架构

2．1．3 物联网的安全隐私需求

2．2 基于无线传感器网络的物联网架构

2．2．1 无线传感器网络体系结构

2．2．2 无线传感器网络的特点

2．2．3 无线传感器网络的应用

2．2．4 无线传感器网络的安全机制

2．3 本章小结

第三章 源位置隐私保护问题量化评估模型

3．1 源位置隐私保护问题研究

3．2 位置隐私的安全威胁

3．3 源位置隐私保护机制研究

3．3．1 幻影路由算法

3．3．2 基于源节点有限洪泛的路由算法

3．4 系统模型及基本假设

3．4．1 网络模型

3．4．2 攻击者模型

3．5 位置隐私评估模型

3．5．1 相关定义

3．5．2 固定路径路由策略的性能评估

3．5．3 动态路由策略的性能评估

3．6 本章小结

第四章 基于幻影路由的源位置隐私保护策略

4．1 策略基本思想

4．2 策略描述

4．2．1 基于单向哈希链的源匿名机制

4．2．2 多幻象节点的幻影单径源位置保护算法

4．3 策略可行性分析

4．4 策略性能分析

4．4．1 隐私保护安全性能分析

4．4．2 通信开销对比分析

4．5 本章小结

第五章 仿真测试与结果分析

5．1 仿真工具简介

5．1．1 OMNeT++体系结构

5．1．2 OMNeT++仿真建模流程

5．1．3 Mobility Framework框架

5．2 仿真实验

5．2．1 实验环境

5．2．2 实验仿真结果

5．3 仿真结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结及未来工作

6．1 论文总结

6．2 未来的工作

致谢

参考文献

攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果