两层无线传感器网络中安全top-k查询处理技术研究

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4、mittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByRuiliangHeSupervisor:Prof.GengYangFebruary2016摘要两层无线传感器网络对于提高网络容量和扩展能力、降低系统复杂程度以及延长网络生命周期是必不可少的，因而具有良好的发展前景。数据查询操作是无线传感器网络应用中最为常用的操作。在两层无线传感器网络中，存储节点处于至关重要的位置，是攻击者的首选

5、目标。一旦存储节点被俘获，网络中的数据隐私和查询结果的一致性都将受到威胁。两层无线传感器网络中的安全数据查询技术已经成为了研究热点。本文以两层无线传感器网络为研究背景，针对Top-k查询操作所面临的数据安全威胁，从数据隐私安全性和查询结果的一致性两个角度，分别提出了一种基于桶划分的隐私保护Top-k查询处理方法BPTQ和一种高效的可验证Top-k查询处理方法ETQ-RIV，并详细描述了用于BPTQ的感知数据上传协议和Top-k查询处理协议，以及用于ETQ-RIV的数据绑定及采集协议和Top-k查询处理及

6、验证协议。BPTQ方法引入了桶划分机制和加密技术，确保感知数据存储、传输和查询处理过程的隐私安全性。ETQ-RIV方法基于Hash消息身份认证编码（HMAC）机制，通过在传输数据中加入信息校验码，实现针对查询结果的一致性验证。理论分析和实验结果表明，BPTQ方法能够保护感知数据的隐私安全，并能够降低感知节点能耗，延长整个网络的生命周期；ETQ-RIV的协议流程简单，易于实现，安全性高，能够验证查询结果数据是否被恶意篡改或隐瞒，与现有方法相比，ETQ-RIV通信代价和查询结果冗余度都更低。关键词:两层无线

7、传感器网络，数据查询，隐私保护，一致性验证IAbstractThearchitectureoftwo-tieredwirelesssensornetworksisknowntobeindispensableforincreasingnetworkcapacityandscalability,reducingsystemcomplexity,andprolongingnetworklifetime,whichhasgoodprospectsfordevelopment.Dataqueryismostfre

8、quentlyusedintheapplicationsofthewirelesssensornetworks.Intwo-tieredwirelesssensornetworks,thestoragenodeplayssuchanimportantrolethatitismoreattractivetoadversaries.Onceastoragenodeiscompromised,boththeprivacyofthesensingd