無(wú)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(lái)，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成之一，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究得到了進(jìn)一步的發(fā)展。然而，隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，其安全性需求也越來(lái)越迫切。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有信道開(kāi)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制主要基于加密和認(rèn)證技術(shù)，復(fù)雜的加密算法和額外的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)，并不適用于資源受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。此外，該類(lèi)安全機(jī)制主要用于抵御網(wǎng)絡(luò)外部攻擊，無(wú)法有效解

2、決由節(jié)點(diǎn)妥協(xié)或自私性引起的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部攻擊問(wèn)題。在此前提之下，由于具有更低的計(jì)算復(fù)雜度和更高的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部攻擊抵御能力，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任管理研究應(yīng)運(yùn)而生。
　　本文立足于無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特性，設(shè)計(jì)了具有高擴(kuò)展性和靈活性的信任管理系統(tǒng)架構(gòu)，并據(jù)此重點(diǎn)關(guān)注了多項(xiàng)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(shuō)，本文的主要工作和貢獻(xiàn)包括:
　　(1)入侵檢測(cè)技術(shù)是信任管理架構(gòu)的基礎(chǔ)，直接為信任評(píng)估

3、提供計(jì)算節(jié)點(diǎn)信任值的證據(jù)信息。傳統(tǒng)入侵檢測(cè)系統(tǒng)并未考慮無(wú)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(duì)上述問(wèn)題，本文首先提出一種基于時(shí)隙分配和調(diào)度的檢測(cè)機(jī)制，通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)本地監(jiān)測(cè)時(shí)隙的管理減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。其次，該入侵檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)建立節(jié)點(diǎn)行為的特征模型，增強(qiáng)對(duì)各種攻擊行為的檢測(cè)能力，同時(shí)采用統(tǒng)計(jì)理論和規(guī)則匹配相結(jié)合的判決機(jī)制提升系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)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(duì)復(fù)雜環(huán)境

4、的適應(yīng)能力。
　　(2)信任評(píng)估機(jī)制通常包含信任計(jì)算和信任數(shù)據(jù)采集兩個(gè)部分，是整個(gè)信任管理系統(tǒng)的核心。針對(duì)傳統(tǒng)信任計(jì)算方法大多未充分考慮信任度量基本性質(zhì)和設(shè)計(jì)原則的問(wèn)題，本文首先設(shè)計(jì)了一種靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)的信任計(jì)算架構(gòu)。隨后，本文根據(jù)信任計(jì)算架構(gòu)的分析結(jié)果，綜合考慮無(wú)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(jì)算方法。最后，針對(duì)現(xiàn)有信任數(shù)據(jù)采集機(jī)制開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大且未考慮節(jié)點(diǎn)自私性的問(wèn)題，本文提出了一種基于信任請(qǐng)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(guò)程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)銷(xiāo)，提升網(wǎng)絡(luò)的安全性。
　　(3)接入控制系統(tǒng)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全防御機(jī)制的重要組成之一。傳統(tǒng)接入控制機(jī)制通常需要依賴(lài)復(fù)雜的加密算法和中心認(rèn)證機(jī)構(gòu)完成對(duì)節(jié)點(diǎn)接入請(qǐng)求的處理過(guò)程。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種基于信任和風(fēng)險(xiǎn)度量的分布式、細(xì)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(diǎn)的信任值和角色分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)

6、點(diǎn)的接入授權(quán)及訪問(wèn)控制管理。此外，針對(duì)傳統(tǒng)接入控制機(jī)制在分布式環(huán)境下存在較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)性的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于中心度屬性的風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)，用以評(píng)估授權(quán)新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)性，本地授權(quán)決策必須同時(shí)滿(mǎn)足信任和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需求。最后，針對(duì)不同域內(nèi)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能存在不同接入控制策略的問(wèn)題，提出了一種基于映射機(jī)制和組接入策略的跨域接入控制方法。
　　(4)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全防御機(jī)制的另一項(xiàng)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(lái)越多

7、的關(guān)注。為了抵御網(wǎng)絡(luò)中的各種攻擊行為，滿(mǎn)足路由協(xié)議的安全性需求，本文首先分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)路由攻擊以及針對(duì)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(jìn)的信任計(jì)算方法。此外，針對(duì)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(wèn)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(jì)了一種優(yōu)化的路由算法。最后，針對(duì)傳統(tǒng)信任路由適用性受限以及信任數(shù)據(jù)采集開(kāi)銷(xiāo)較大的問(wèn)題，本文提出了一種具有低開(kāi)銷(xiāo)和高可擴(kuò)展性的新型無(wú)線