無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成之一，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究得到了進一步的發(fā)展。然而，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，其安全性需求也越來越迫切。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有信道開放、資源受限、分布式處理等特征，這些特征使其極易受到惡意攻擊，因而難以保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全機制主要基于加密和認證技術(shù)，復(fù)雜的加密算法和額外的計算開銷，并不適用于資源受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。此外，該類安全機制主要用于抵御網(wǎng)絡(luò)外部攻擊，無法有效解

2、決由節(jié)點妥協(xié)或自私性引起的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部攻擊問題。在此前提之下，由于具有更低的計算復(fù)雜度和更高的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部攻擊抵御能力，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任管理研究應(yīng)運而生。
　　本文立足于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任管理關(guān)鍵技術(shù)研究，充分考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特性，設(shè)計了具有高擴展性和靈活性的信任管理系統(tǒng)架構(gòu)，并據(jù)此重點關(guān)注了多項存在于現(xiàn)有信任管理系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)性難題。具體地說，本文的主要工作和貢獻包括:
　　(1)入侵檢測技術(shù)是信任管理架構(gòu)的基礎(chǔ)，直接為信任評估

3、提供計算節(jié)點信任值的證據(jù)信息。傳統(tǒng)入侵檢測系統(tǒng)并未考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有資源受限、中心基礎(chǔ)設(shè)施缺乏、網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境復(fù)雜等特征。針對上述問題，本文首先提出一種基于時隙分配和調(diào)度的檢測機制，通過對節(jié)點本地監(jiān)測時隙的管理減少網(wǎng)絡(luò)開銷。其次，該入侵檢測系統(tǒng)通過建立節(jié)點行為的特征模型，增強對各種攻擊行為的檢測能力，同時采用統(tǒng)計理論和規(guī)則匹配相結(jié)合的判決機制提升系統(tǒng)的檢測準確率。最后，本文采用基于Q-Learning的自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法提升系統(tǒng)對復(fù)雜環(huán)境

4、的適應(yīng)能力。
　　(2)信任評估機制通常包含信任計算和信任數(shù)據(jù)采集兩個部分，是整個信任管理系統(tǒng)的核心。針對傳統(tǒng)信任計算方法大多未充分考慮信任度量基本性質(zhì)和設(shè)計原則的問題，本文首先設(shè)計了一種靈活、可擴展性強的信任計算架構(gòu)。隨后，本文根據(jù)信任計算架構(gòu)的分析結(jié)果，綜合考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征，提出了一種低復(fù)雜度、高可靠性、高安全性的信任計算方法。最后，針對現(xiàn)有信任數(shù)據(jù)采集機制開銷過大且未考慮節(jié)點自私性的問題，本文提出了一種基于信任請求包

5、跳數(shù)限制和推薦信任困境博弈的信任數(shù)據(jù)采集方法，以減少信任數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)通信開銷，提升網(wǎng)絡(luò)的安全性。
　　(3)接入控制系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全防御機制的重要組成之一。傳統(tǒng)接入控制機制通常需要依賴復(fù)雜的加密算法和中心認證機構(gòu)完成對節(jié)點接入請求的處理過程。為了解決這個問題，本文提出了一種基于信任和風(fēng)險度量的分布式、細粒度接入控制模型。該方案的主要思想是將信任度量引入到接入控制系統(tǒng)中，根據(jù)新入網(wǎng)節(jié)點的信任值和角色分配，實現(xiàn)對節(jié)

6、點的接入授權(quán)及訪問控制管理。此外，針對傳統(tǒng)接入控制機制在分布式環(huán)境下存在較強風(fēng)險性的問題，本文設(shè)計了一種基于中心度屬性的風(fēng)險函數(shù)，用以評估授權(quán)新節(jié)點入網(wǎng)的風(fēng)險性，本地授權(quán)決策必須同時滿足信任和風(fēng)險評估的需求。最后，針對不同域內(nèi)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能存在不同接入控制策略的問題，提出了一種基于映射機制和組接入策略的跨域接入控制方法。
　　(4)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全防御機制的另一項重要組成部分，基于信任感知的安全路由協(xié)議也受到了越來越多

7、的關(guān)注。為了抵御網(wǎng)絡(luò)中的各種攻擊行為，滿足路由協(xié)議的安全性需求，本文首先分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常見路由攻擊以及針對信任模型攻擊的行為特征，并根據(jù)分析結(jié)果提出了改進的信任計算方法。此外，針對傳統(tǒng)信任感知路由大多未考慮信任度量和QoS度量區(qū)別的問題，本文綜合考慮兩者的不同特征，并利用Semirings數(shù)學(xué)理論設(shè)計了一種優(yōu)化的路由算法。最后，針對傳統(tǒng)信任路由適用性受限以及信任數(shù)據(jù)采集開銷較大的問題，本文提出了一種具有低開銷和高可擴展性的新型無線