基于隐私同态的传感网数据融合隐私保护算法研究

摘要

数据融合是无线传感器网络信息处理的重要技术手段，通过在中间节点上对数据进行融合操作可以显著降低数据采集过程中的通信和能量开销。但同时，这种中间节点的融合处理也给数据的隐私保护问题提出了新的挑战。由于可以在不对接收到的密文进行解密的前提下直接对其进行融合操作，隐私同态技术被广泛的应用于数据融合过程的隐私保护。
　　从隐私同态技术实现方法角度，本文首先分析和总结了现有基于同态的数据融合隐私保护方法的发展，从加密类型、密钥分配、算法性能等视角给出了数据融合隐私保护中隐私同态技术的完整分类视图，并在此基础上进行了比较和归纳。
　　在深入研究现有方案的基础上，本文提出了两种数据融合隐私保护算法：基于加法同态的数据融合隐私保护算法AHPDA和可恢复原始数据的轻量级融合隐私保护算法HRCDA。AHPDA算法和HRCDA算法都采用加密的方式保证融合数据的机密性，同时通过同态Hsah函数进行数据的完整性验证。其中，AHPDA算法中将节点ID作为加密因子，融合节点无需解密，而是直接进行加法操作后转发。HRCDA算法则通过改进的ID传输机制减少网络的通信开销，构建同态Hash函数来防止恶意节点的重播攻击，同时数据恢复机制使得基站节点能够恢复出传感器节点上传的原始数据。
　　理论分析和实验仿真表明，AHPDA算法和HRCDA算法在无线传感器网络数据融合隐私保护过程中具有较好的数据隐私性、完整性和时效性保护，并且具有较低的通信开销。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作以及论文组织结构

第二章 无线传感器网络中数据融合及安全

2.1数据融合

2.2数据融合中的安全性研究

2.3基于数据机密性的数据融合隐私保护方案

2.4基于数据完整性的数据融合隐私保护方案

2.5本章小结

第三章 数据融合中的隐私同态技术

3.1相关理论基础

3.2符合同态加密的运算类型

3.3隐私同态技术的分类与比较

3.4本章小结

第四章 基于加法同态的数据融合隐私保护算法

4.1方案概述

4.2算法设计与实现

4.3算法仿真结果与性能分析

4.4本章小结

第五章 可恢复原始数据的轻量级融合隐私保护算法

5.1方案概述

5.2算法设计与实现

5.3算法仿真结果与性能分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢