無線傳感器網(wǎng)絡信任管理關鍵技術研究.pdf

1、近年來，作為物聯(lián)網(wǎng)技術的重要組成之一，無線傳感器網(wǎng)絡相關研究得到了進一步的發(fā)展。然而，隨著無線傳感器網(wǎng)絡應用領域的擴展，其安全性需求也越來越迫切。無線傳感器網(wǎng)絡具有信道開放、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)絡安全機制主要基于加密和認證技術，復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。此外，該類安全機制主要用于抵御網(wǎng)絡外部攻擊，無法有效解

2、決由節(jié)點妥協(xié)或自私性引起的網(wǎng)絡內部攻擊問題。在此前提之下，由于具有更低的計算復雜度和更高的網(wǎng)絡內部攻擊抵御能力，無線傳感器網(wǎng)絡信任管理研究應運而生。
　　本文立足于無線傳感器網(wǎng)絡信任管理關鍵技術研究，充分考慮無線傳感器網(wǎng)絡特性，設計了具有高擴展性和靈活性的信任管理系統(tǒng)架構，并據(jù)此重點關注了多項存在于現(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)入侵檢測技術是信任管理架構的基礎，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)絡具有資源受限、中心基礎設施缺乏、網(wǎng)絡部署環(huán)境復雜等特征。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的自適應學習算法提升系統(tǒng)對復雜環(huán)境

4、的適應能力。
　　(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和設計原則的問題，本文首先設計了一種靈活、可擴展性強的信任計算架構。隨后，本文根據(jù)信任計算架構的分析結果，綜合考慮無線傳感器網(wǎng)絡的特征，提出了一種低復雜度、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)絡通信開銷，提升網(wǎng)絡的安全性。
　　(3)接入控制系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡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雜的加密算法和中心認證機構完成對節(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)境下存在較強風險性的問題，本文設計了一種基于中心度屬性的風險函數(shù)，用以評估授權新節(jié)點入網(wǎng)的風險性，本地授權決策必須同時滿足信任和風險評估的需求。最后，針對不同域內的無線傳感器網(wǎng)絡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、的關注。為了抵御網(wǎng)絡中的各種攻擊行為，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)學理論設計了一種優(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