基于多路徑的無線自組織網(wǎng)絡(luò)通信安全問題研究.pdf

1、無線自組織網(wǎng)絡(luò)是一種自治網(wǎng)絡(luò)，具有信號的廣播暴露性和節(jié)點性質(zhì)的不確定性，這使得無線自組織網(wǎng)絡(luò)易于受到各種類型的安全攻擊。組網(wǎng)方式的不同是無線自組織網(wǎng)絡(luò)同傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的一個巨大的差異，相比較傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)而言，無線自組織網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，具有更大的不確定性、隨機性和動態(tài)性。另外，無線自組織網(wǎng)絡(luò)通常是多跳網(wǎng)絡(luò)，通信路徑上的每跳節(jié)點的性質(zhì)和能力難以準確掌握。現(xiàn)有的無線自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議在設(shè)計時，更多關(guān)注的是報文的投遞效率，忽略了對通

2、信安全性方面問題的重視，這使得彌補無線自組織網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層上的安全缺陷成為一個亟待解決的問題。
　　 無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有一個重要的特性就是路徑冗余性，在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點既是終端也是路由器，因此無線自組織網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點對之間都可能存在多條通信路徑?；谏鲜龇治?，本文將研究如何利用多路徑路由來增強無線自組織網(wǎng)絡(luò)通信安全，本文從分析無線自組織網(wǎng)絡(luò)的拓撲特征出發(fā)，改善多路徑路由協(xié)議的多路徑發(fā)現(xiàn)效率和生成路徑的安全性，并在此基礎(chǔ)之

3、上，使得網(wǎng)絡(luò)通信具有三個方面的安全能力，即容錯抗毀能力、監(jiān)測節(jié)點行為和檢測惡意節(jié)點的能力、通信匿名抗追蹤能力。本文的主要工作和貢獻包括:
　　 (1)提出了迭代的多路徑發(fā)現(xiàn)協(xié)議(簡稱IMPR)，利用無線自組織網(wǎng)絡(luò)的路徑冗余性在通信節(jié)點對之間建立多條通信路徑。該協(xié)議根據(jù)節(jié)點局部拓撲圖在連通特性方面的差異將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分類，分析了不同類型節(jié)點對多路徑生成的影響。該算法可以避免網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部空洞對多路徑生成造成的負面影響，提高路徑的發(fā)現(xiàn)條數(shù)

4、和路徑發(fā)現(xiàn)的成功率。
　　 (2)提出了基于分段多路徑的報文安全傳輸模型（簡稱SMRP）。通過理論分析得出分段多路徑相比于單路徑和節(jié)點不相交多路徑具有更高的路徑安全性。提出了在網(wǎng)絡(luò)的流量活躍區(qū)域部署可信節(jié)點來增強網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)鍵位置上節(jié)點安全性的相關(guān)規(guī)則，當主路徑經(jīng)過這些可信節(jié)點時，依據(jù)這些可信節(jié)點將主路徑分成若干段，利用迭代多路徑發(fā)現(xiàn)算法在每一段構(gòu)建節(jié)點不相交多路徑，從而構(gòu)建出分段多路徑。在分段多路徑的基礎(chǔ)之上，提出了利用段節(jié)點緩

5、存和重傳編碼報文來提高報文傳輸?shù)娜蒎e抗毀性的相關(guān)機制。該模型能有效增強通信路徑的安全性，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率和報文的投遞率。
　　 (3)提出了基于分段多路徑的惡意丟包節(jié)點檢測模型。該模型包括通信鏈路狀態(tài)實時分析協(xié)議(簡稱RLSA)和分布式的節(jié)點類型判定算法（簡稱DNC）兩個部分。通信鏈路狀態(tài)實時分析協(xié)議利用節(jié)點對間逐段生成的路徑環(huán)路，通過引入報文成組應(yīng)答機制使得節(jié)點能實時地獲取其鄰居節(jié)點的報文轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài);在通信鏈路狀態(tài)實時分析協(xié)議基礎(chǔ)

6、之上，節(jié)點根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)模型能有效地分析鄰居節(jié)點行為是否異常，并對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行分類，最終將惡意節(jié)點從網(wǎng)絡(luò)中隔離出去。該模型具有較高的惡意節(jié)點檢測率和較低的誤判率。
　　 (4)提出了基于分簇的輕量級多路徑匿名通信路由協(xié)議(簡稱CBLAR)。該協(xié)議中節(jié)點在不暴露身份信息的情況下，利用雙線性配對技術(shù)生成和鄰居節(jié)點共享的密鑰，并以此為基礎(chǔ)，秘密地建立用于成員節(jié)點和簇頭節(jié)點之間通信的路由表項，隨后在簇內(nèi)路由表項的輔助下，完成源節(jié)點和目

7、標節(jié)點之間匿名路徑的建立和數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)。此外在匿名路由協(xié)議的基礎(chǔ)之上，提出了流量隱藏機制以使得攻擊者無法分析網(wǎng)絡(luò)的流量分布狀況，理論分析了協(xié)議參數(shù)的設(shè)定方法、協(xié)議能夠達到匿名性程度、協(xié)議的通信負荷和運算負荷。實驗結(jié)果表明該算法能夠在付出較已有匿名通信協(xié)議更低的通信和計算開銷的情況下，有效地達到綜合的匿名通信的目標。
　　 本論文工作受到國家自然科學(xué)基金項目“傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲特征挖掘方法及其應(yīng)用的方法”(編號:60973122)的