两层传感器网络安全范围查询技术研究

摘要

近年来，无线传感网络技术已经得到了广泛的应用。作为一种特殊的无线传感网络，两层无线传感网络也得到了广泛的关注。通过引入存储节点作为中间层的两层无线传感网络相对于传统的无线传感网络，其网络拓扑更简单、也更易于扩展。然而由于存储节点在网络中位置的特殊性，使得两层无线传感网络中的数据安全性问题较之于传统无线传感网络显得更为突出。
　　本文以两层无线传感网络中的数据安全保护问题为研究背景，针对范围查询过程中所面临的数据隐私威胁和查询结果不一致性问题，从存储节点不可信的角度出发，研究了两种安全范围查询处理方法，设计了仿真系统以验证查询处理方法的有效性，并进行通信代价的评估。具体工作如下：
　　(1)提出了基于桶划分技术的安全范围查询处理方法VP2RQ。该方法利用桶划分技术，并通过引入校验码融合机制实现范围查询过程中的数据隐私保护和查询结果完整性验证。VP2RQ通过对感知数据和查询范围进行桶划分并标记相应桶标签，使存储节点可根据桶标签完成非明文数据的比较，从而保护数据的隐私性；在数据上传阶段产生校验码经存储节点上传至基站，使基站可根据校验码判断查询结果的完整性；并通过校验码融合机制对校验码进行融合，以降低查询过程中的通信代价。
　　(2)提出了基于加密约束链机制的安全范围查询处理方法CSRQ。该方法采用0-1编码和Hash身份验证机制，对感知数据和查询范围进行编码，实现存储节点在无需明文数据参与下的数据比较；并提出一种新的加密约束链机制，通过在约束链中嵌入数据关系信息，使基站可通过该关系信息对查询结果进行完整性验证。通过理论和实验分析表明，CSRQ在通信代价消耗上比现有安全查询方法具有更良好的性能表现。
　　(3)设计并实现了传感器网络数据查询仿真系统，用户可通过该仿真系统实现对两层传感网络数据查询过程中数据采集阶段的模拟，并可计算数据上传过程中通信代价，同时可以将多个查询算法进行对比，形成对比折线图，便于清晰地比较不同查询算法数据采集阶段感知节点的通信代价。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2两层WSNs概述

1.3课题研究现状

1.4本文主要工作及创新点

1.5本文组织结构

第二章 相关工作

2.1两层WSNs中范围查询概述

2.2现有安全范围查询处理方法

2.3现有其他安全查询处理方法

2.4本章小结

第三章 基于桶划分的安全范围查询处理

3.1模型与问题描述

3.2 VP2RQ查询处理方案

3.3通信代价分析

3.4实验分析

3.5本章小结

第四章 基于加密约束链的安全范围查询处理

4.1模型与问题描述

4.2 CSRQ中的关键技术概述

4.3 CSRQ安全范围查询技术

4.4协议安全性分析

4.5通信代价分析

4.6实验分析

4.7 CSRQ与VP2RQ对比

4.8本章小结

第五章 WSNs数据查询仿真系统的设计与实现

5.1系统设计

5.2系统实现

5.3本地测试及系统展示

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2研究展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢