多任务异步无线传感器网络中加密数据存储和访问控制研究

摘要

无线传感器网络随着传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步孕育而生。经过近几年研究和发展，已经在环境监测、医疗监护、城市交通管理、仓储管理、军事侦察等领域初显成效。它的安全性较差，同时具有不同于一般计算机网络的特点，目前成熟的安全机制都不能直接应用到无线传感器网络中，因此给安全研究带来很大挑战。 无线传感器网络是一种面向应用的网络。随着传感器节点的升级，节点所具有的存储空间及能量的增大，计算能力的增强，传感器网络所承担的任务也越来越多，面向的应用越来越复杂，在这种背景下，出现了许多具有特殊应用环境的无线传感器网络类型，理论上，这些无线传感器网络在能够很好的满足人们日常生活需要，但是由于应用的特殊性，安全性问题也变得更加突出。一种典型的发展趋势是无线传感器网络开始逐步具有分布式数据库的功能，整个网络中的数据管理方式由集中式向分布式转化，许多密码学措施由中央节点上转到单个节点上去运行，给单个传感器节点带来了巨大的挑战，如何在不对传感器网络寿命带来很大影响的同时，保证数据的安全，是传感器网络安全研究亟需解决的问题。 首先，本文系统介绍了一般无线传感器网络的基本构成、区别于传统网络的特点及对无线传感器网络性能的评价；概括了传感器网络的安全性需求及目前的研究现状； 其次，本文介绍了一种特殊的无线传感器网络-多任务异步无线传感器网络，就其安全性需求做了分析，并针对存在的数据加密和访问控制问题进行了详细的讨论，引入了一种新颖的解决此类问题的方法-基于属性的加密方法，这种方法最大的优点是不需要对数据解密就可进行访问控制，从而节省了传感器节点昂贵的用于数据解密的能量消耗；详细分析了运行这种体制的空间和能量代价，及对无线传感器节点的存储空间、能量消耗乃至对整个无线传感器网络寿命带来的影响，并通过试验就其运行状况进行了模拟。 第三，从数据管理的角度出发，多任务异步无线传感器网络可以被看作是以数据为中心的网络，数据管理和处理是传感器网络技术的核心部分，在异步无线传感器网络环境下，我们不应该只关注数据在传输过程中的处理，也应该关注数据在单个节点上存储的安全性，目前已经有多篇文章针对数据的安全分布式存储与查询展开了研究，本文将对现有的分布式存储方法进行分析和对比，并结合基于属性的加密体制，提出自己解决方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2本文的主要工作

1.3本文的组织

第二章无线传感器网络简介

2.1无线传感器网络体系结构

2.2无线传感器网络特点

2.3性能评价

2.4安全研究

2.4.1研究动机

2.4.2安全性需求

2.4.3研究现状

第三章 多任务异步无线传感器网络

3.1出现背景

3.2定义

3.3安全性需求

第四章 基于属性的加密方法

4.1基于属性加密方法概述

4.2基础性问题

4.2.1双线性映射(双线性对)

4.2.2双线性Diffie-Hellman(BDH)假设

4.2.3访问结构(Access Structure)

4.3实现模型

4.3.1访问结构树的表示

4.3.2访问结构树的满足

4.4密文策略的基于属性的加密体制的构造

4.5基于属性的加密方法在多任务异步无线传感器网络中的应用

4.6基于属性的加密方法在多任务异步无线传感器网络中的仿真

4.6.1无线传感器网络及仿真参数设置

4.6.2结果分析

第五章无线传感器网络中数据的分布式存储

5.1无线传感器网络中的数据存储

5.2安全分布式数据存储

5.3多任务异步无线传感器网络中的加密数据存储

第六章总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的主要学术论文

攻读学位期间参与科研项目情况