适用于WSN的数据融合完整性保护算法研究

摘要

无线传感器网络是由大量传感器节点自组织形成的网络，主要用来感知并收集监测区域的信息。由于信息的完整性会直接影响用户决策的正确性，且传感器节点的电源能量、通信能力和计算能力受限，因而设计既能鉴别数据的完整性又能节约节点资源的隐私数据完整性保护算法很有必要。
　　本文在深入研究Bista等人提出的新型敏感数据融合完整性保护方案的基础上，提出了两种数据融合完整性保护算法：基于复数域的完整性保护算法CBIPDA和基于向量密钥的同态Hash完整性保护算法VHIPA。CBIPDA的主要思想是将节点采集的数据形式扩展至复数域，并设计虚实部的关联算法来弥补原算法的不足，即在只篡改实部数据的情况下无法正确地鉴别完整性。VHIPA算法是进一步研究的成果，它通过设计单向的同态Hash验证码的算法来保护子节点数据对父节点的隐私性，同时消除父节点被捕获时，其子节点数据被篡改的威胁。另外，设计向量密钥来保证算法的抗数据丢失和采集数据的隐私性。
　　本文不仅提出了两种数据融合完整性保护算法的具体实施方案，还在TinyOS平台上进行了大量的仿真实验，详尽地验证了算法的正确性、有效性和安全性。理论和实验表明，CBIPDA在消耗与原算法相似数据通信开销和计算复杂度的前提下，完整性鉴别算法更加健全；VHIPA除了能保证数据对网外节点隐私外，还增加了网内节点间数据隐私的功能，针对节点被捕获的情况，也能将数据完整性损失降到最低，而向量密钥法提高了数据的精确度。所以，本文的算法改进了原算法的不足，增添了新功能，更加适合应用于无线传感器网络。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2课题国内外研究现状

1.3本文主要工作与组织结构

第二章 无线传感器网络基础及安全性分析

2.1无线传感器网络概述

2.2无线传感器网络的数据融合技术

2.3无线传感器网络的安全问题分析

2.4无线传感器网络的安全保护策略

2.5本章小结

第三章 基于复数域的数据融合完整性保护算法

3.1系统模型

3.2基于复数域的完整性保护算法

3.3实验仿真平台介绍

3.4算法仿真结果与性能分析

3.5本章小结

第四章 基于向量密钥的同态Hash完整性保护算法

4.1方案概述

4.2算法的设计与实现

4.3算法仿真与性能分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2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