无线传感器网络中Path-based DoS攻击检测算法和防御机制研究

摘要

随着无线传感器网络技术的飞速发展和越来越广泛的应用，传感器网络的节点安全、数据传输安全、存储安全等网络安全问题变得越发的重要，这也是目前无线传感器网络领域内的热点研究课题之一。在无线传感器网络中，由于传感器节点的能量受限、计算能力有限、无线信道传输等特点，网络的安全性受到极大的挑战，非常容易遭受各种各样的攻击。而在众多针对无线传感器网络的攻击中，DoS攻击以它的简单易操作、影响范围大等原因成为最广泛的一种攻击方式。
　　本文立足于无线传感器网络安全威胁中的DoS攻击，详细梳理了DoS攻击的种类，并将他们按照不同攻击形式、不同攻击目的等因素进行了分类，同时给出了已有的解决不同种类DoS攻击的基本方法，并针对其中的Path-based DoS(PDoS)攻击，本文进行了深入的研究。首先，本文提出了两种基于基站端的PDoS攻击检测算法，一个是基于离群点挖掘的攻击检测算法，另一个是基于时间序列和马尔科夫模型的攻击检测算法。前者利用离群点挖掘的思想，定义了PDoS攻击下的离群点，并利用聚类算法对数据空间进行处理，检测出离群点;后者分别以攻击封包和节点消耗能量为检测参数，利用时间序列中的三次指数平滑算法对攻击封包数量进行监测，以及利用马尔科夫转移矩阵对节点消耗能量进行监测，以此来检测网络是否受到PDoS攻击。另外，为了使网络彻底抵御PDoS的攻击，本文受到黑洞理论的启发，提出了One-hop Black Hole的防御机制，利用无线传感网络的冗余节点特性，将攻击节点一跳范围内的路径节点转换为黑洞节点，接收攻击数据封包并丢弃，使得攻击封包不能在网络中被进一步转发，避免了它消耗路径节点能量，达到抵御攻击的目的。
　　仿真实验表明两种检测算法均可以及时有效地检测网络中的PDoS攻击，同时One-hop Black Hole机制可以迅速起到抵制封包攻击的作用。

目录

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致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 研究内容和主要工作

1．3 论文组织结构

2 拒绝服务(DoS)攻击分类和相关技术

2．1 无线传感器网络中DoS攻击种类

2．1．1 物理层的DoS攻击

2．1．2 数据链路层的DoS攻击

2．1．3 网络层的DoS攻击

2．1．4 传输层的DoS攻击

2．1．5 应用层的DoS攻击

2．2 Path-based DoS(PDoS)攻击

2．2．1 PDoS攻击的定义

2．2．2 已有的PDoS攻击解决机制

2．3 本章小结

3 基于离群点挖掘的PDoS攻击检测算法

3．1 离群点定义及离群点的挖掘

3．2 PDoS攻击中离群点的定义

3．3 基于聚类的PDoS攻击离群点检测

3．1．1 主要聚类方法介绍

3．3．2 改进型DBSCAN算法的离群点检测

3．4 本章小结

4 基于时间序列和马尔科夫模型的PDoS攻击检测算法

4．1 检测参数的定义

4．2 基于封包数量时间序列的PDoS攻击检测算法

4．2．1 基于时间序列的预测方法分类

4．2．2 基于三次指数平滑封包数量的预测算法

4．3 基于马尔科夫模型的节点能量状态预测算法

4．3．1 算法基本条件说明

4．3．2 算法设计

4．4 检测算法流程

4．5 本章小结

5 One-hop BlackHole机制

5．1 One-hop Black Hole机制描述

5．2 控制封包(Control Packet)的设计

5．3 仿真及结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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