无线传感器网络中的Sybil攻击防御与检测技术研究

摘要

随着无线通信技术和微电子技术等技术的发展，无线传感器网络（Wire le ss Se ns or Networks，WSNs）已成为国内外学术界和工业界密切关注的对象，被认为是一项十分有前景的应用技术。由于无线传感器通常被部署在环境恶劣的敌方战区或无人照看的野外地带，且自身存在诸多安全限制因素，因此其安全问题已引起了人们的极大关注。Syb il攻击作为无线传感器网络中的主要攻击类型，不仅危害到网络中的分布式路由协议、资源分配和竞争投票机制等诸多方面，还会对异常行为的检测工作带来干扰。传统的Sybil攻击防御与检测方法安全性较差且检测效率不高，已无法适用于技术不断更新的无线传感器网络。本文以Sybil攻击为研究对象，主要作了以下工作：
　　（1）分析并总结了无线传感器网络及其当前所面临的安全问题，并介绍了Syb il攻击的特点和攻击方式，重点阐述了国内外针对Sybil攻击的防御与检测技术研究现状。
　　（2）针对现有Sybil攻击防御方案中存在的问题，利用无线传感器网络环境提供的分布式通信特点和密钥预分配策略，提出一种基于链密钥预分配的Sybil攻击防御方案。首先在链密钥预分配阶段，利用可信基站使之顺序在散列函数中加入节点唯一身份信息，生成若干个链密钥并构建一个链密钥池；然后在共享链密钥发现阶段，提出一个基于链密钥认证的对称密钥建立（Chain Key based Authentication and Exchange，CK-AE）协议，在通信邻节点间建立唯一的对称密钥。最后在通用可组合安全模型中对CK-AE协议进行了可证明安全分析，本方案能有效提高节点预分配密钥信息的安全性和抵御Sybil攻击者的能力。仿真实验结果表明，本方案有效降低了对称密钥建立过程中的通信开销。
　　（3）针对节点功率可控情况下现有Sybil攻击检测方法存在的准确率不高、计算复杂度高以及检测算法执行时所处网络环境理想化等问题，提出一种功率可控 WSN中基于节点协作的Sybil攻击检测方法。首先基于综合考虑路径损耗和阴影衰落的因素的大尺度传播模型分析RSSI（Received Signal Strength Indicator）二次差值，根据RSSI二次差值不受节点发射功率变化影响的特性，提出一种基于监测节点协作的Sybil节点识别算法（Sybil Node Identification Algorithm based on Observation Nodes Cooperation，SIOC）。该算法通过预设监测节点的相互协作判定网络中的Syb il节点。仿真实验结果表明，本方法有效提高了Syb il攻击检测准确率，并且延长了网络生命周期。

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第一章 绪论

1.1课题背景与研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作及组织结构

第二章 无线传感器网络的安全

2.1无线传感器网络概述

2.2无线传感器网络安全

2.3无线传感器网络中的Sybil攻击

2.4本章小结

第三章 Sybil攻击防御与检测技术

3.1 Sybil攻击防御技术

3.2 Sybil攻击检测技术

3.3防御与检测技术之间的关系

3.4本章小结

第四章 基于链密钥预分配的Sybil攻击防御方案

4.1引言

4.2单向散列链

4.3基于链密钥预分配的Sybil攻击防御方案

4.4协议安全性证明及防御能力分析

4.5仿真结果及其分析

4.6本章小结

第五章 功率可控WSN中基于节点协作的Sybil攻击检测方法

5.1 WSN中节点功率可控的Sybil攻击检测需求分析

5.2设计思想

5.3功率可控WSN中基于节点协作的Sybil攻击检测方法

5.4仿真结果及其分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

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