基于信任管理机制的无线传感器网络虚假数据过滤方案研究

摘要

随着无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)应用越来越广泛，其安全问题也越来越突出。由于WSN通常被部署在无人看守的恶劣环境中，因此传感器节点很容易被俘获，一旦节点被妥协，攻击者便可以获取其中的敏感信息，如节点密钥，身份标识等，从而威胁WSN安全。 攻击者可以利用妥协节点向网络中注入虚假数据，不仅可以触发虚假警报，使用户做出错误决策，而且耗费网络中的宝贵资源，缩短网络的生命周期。由于目前的虚假数据过滤方案只是过滤虚假的数据报告，而网络中的妥协节点依然可以继续向网络发动虚假数据注入攻击，因此为了有效提高虚假数据过滤能力，必须隔离虚假数据产生的源头妥协节点。本文将WSN的信任管理机制引入虚假数据过滤方案中，分别提出了基于节点分簇和邻居信息的WSN虚假数据过滤方案，信任管理通过对节点的信任值进行评估来判断节点是否被妥协，从而主动隔离妥协节点，防止其对网络继续发动虚假数据注入攻击。本文主要研究工作: (1)提出基于节点分簇的信任管理机制的虚假数据过滤方案。方案通过分簇的方式，将多个被妥协的节点合谋伪造的虚假数据报告限定在一个簇内，同时运用信任管理机制来检测节点是否被妥协，从而隔离妥协节点。分析结果表明，方案不仅能有效过滤虚假数据报告，还能隔离妥协节点，且具备较强的妥协容忍能力。 (2)为了避免网络中的某些节点负担过重（如簇头节点），节点能量迅速耗尽而使节点失效，提出基于邻居信息的信任管理机制的虚假数据过滤方案。网络中所有节点参与信任管理，根据节点能量消耗情况选择产生和转发数据报告的节点，从而均衡节点的能量消耗，延长网络的生命周期。分析结果表明，本方案同样可以抗合谋攻击，且具备较强的妥协容忍能力。 本文根据将信任管理机制引入虚假数据过滤方案的思想提出了两个虚假数据过滤方案，分析结果表明，两方案都可以抵御不同区域节点的合谋攻击，且都具有较好的虚假数据过滤能力和妥协容忍能力。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 无线传感器网络虚假数据过滤国内外研究现状

1．3 本文主要工作和组织结构

第2章 无线传感器网络虚假数据过滤和信任管理

2．1 无线传感器网络虚假数据过滤

2．1．1 无线传感器网络虚假数据过滤方案框架

2．1．2 虚假数据过滤方案中的主要技术

2．1．3 无线传感器网络中典型的虚假数据过滤系统组成

2．2 无线传感器网络信任管理机制

2．2．1 无线传感器网络中信任管理的种类

2．2．2 无线传感器网络信任管理框架

2．2．3 无线传感器网络信任管理应用

2．2．4 无线传感器网络信任管理的国内外研究现状

2．3 本章小结

第3章 基于节点分簇的信任管理机制的无线传感器网络虚假数据过滤方案

3．1 网络模型与假设

3．2 方案描述

3．2．1 系统初始化

3．2．2 数据报告的产生

3．2．3 虚假数据报告途中过滤

3．2．4 Sink节点过滤

3．2．5 信任管理机制

3．3 安全性分析

3．3．1 抗虚假数据注入攻击

3．3．2 抗合谋攻击

3．3．3 隔离妥协节点

3．4 性能分析

3．4．1 过滤概率

3．4．2 妥协容忍能力

3．5 小结

第4章 基于邻居信息的信任管理机制的无线传感器网络虚假数据过滤方案

4．1 网络模型与假设

4．2 方案描述

4．2．1 系统初始化

4．2．2 数据报告的产生

4．2．3 虚假数据报告途中过滤

4．2．4 Sink节点过滤

4．2．5 信任管理机制

4．3 安全性分析

4．3．1 抗虚假数据注入攻击

4．3．2 抗合谋攻击

4．3．3 隔离妥协节点

4．4 性能分析

4．4．1 过滤概率

4．4．2 妥协容忍能力

4．5 小结

第5章 总结和下一步工作

5．1 总结

5．2 下一步工作

参考文献

附录

致谢

在读期间公开发表的论文及参与的课题情况