高效能无线传感器网络安全数据融合协议.pdf

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1、高效能无线传感器网络安全数据融合协议杨震2015年1月中图分类号：TP309.2UDC分类号：004.62高效能无线传感器网络安全数据融合协议作者姓名杨震学院名称计算机学院指导教师祝烈煌教授答辩委员会主席谭毓安教授申请学位工学硕士学科专业计算机科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月EfficientSecureDataAggregationProtocolinWirelessSensorNetworksCandidateName：ZhenYangSchoolorDepartment:ComputerScienceFacultyMentor:P

2、rof.LiehuangZhuChair,ThesisCommittee：Prof.Yu’anTanDegreeApplied:MasterofComputerScienceMajor：ComputerScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

3、为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要无线传感器网络是物联网感知层的重要组成部分，通过部署大量分布式传感器节点组成自组织网络，可以对监测区域的环境数据进行感知、传输和处理。由于传感器节点通常被部署在人类难以接近的恶劣甚至被敌方控制的远程环境中，节点的能量难以得到补充，因此如何降低能耗、延长网络寿命是无线传感器网络需要解决的关键问题。数据融合通过对传感器节点收集到的信息进行网内处理，可以消除冗余信息，减少数

4、据传输量，从而有效降低网络能耗、延长无线传感器网络生命周期。由于无线传感器网络节点部署环境的特殊性，在一些军事应用中，数据的安全性得不到保障将导致机密数据泄露给攻击者或者基站接收到伪造的消息。通过加密和认证等密码学方法可以在一定程度上保证数据的机密性、完整性和可用性，但这样会带来额外的计算和通信开销。在设计安全数据融合协议时必须在不牺牲安全性的同时提高数据融合的效率，这是一个极富挑战性的研究工作。目前研究者针对无线传感器网络数据融合提出了一系列协议，这些协议大部分只能提供单一的数据机密性保护或者完整性保护。虽然一些文献声称其提出的协议能够同时保证数据的机密性和完整

5、性，但是这些方案仍然存在一些问题。本文基于现有的研究工作提出了ECIPAP高效能安全数据融合协议，该协议使用一种轻量级的同态加密算法对数据进行加密，在保证数据机密性的同时也避免了复杂计算造成的网络延迟和较高的能量开销。通过结果检测机制，无线传感器网络中的每一个节点都能验证其数据是否被加入到了最终的融合结果中，从而保证数据的完整性。在此基础上，我们对ECIPAP协议进行了安全性分析、性能理论分析和基于SimpleWSN物理节点的实验验证。通过安全性分析和性能理论对比分析我们说明本文提出的协议可以在保证数据机密性和完整性的同时极大减少了通信开销，有效延长了网络寿命。同

6、时我们在物理节点上对ECIPAP协议进行编程实现，将节点部署在监控区域进行数据采集，之后通过实验结果分析该协议的实际部署运行情况。理论和实验分析表明，ECIPAP具有较为理想的安全性、高效性和可行性。最后本文分析了无线传感器网络安全数据融合研究领域仍然存在的问题、面临的挑战以及未来的研究方向。关键词：无线传感器网络；数据融合；机密性；完整性；TinyOSI北京理工大学硕士学位论文AbstractWirelesssensornetworkisanimportantpartofperceptionlayerinInternetofThings.Itcansense,t

7、ransmitandprocesstheenvironmentaldatathroughdeployingalargenumberofdistributedsensornodesinmonitoringareas.Sensornodescanbedeployedinsomehostileareaswherehumanhardlyreach.Soitisdifficulttosupplytheenergyofsensornodes.Howtoreduceenergyconsumptionandprolongthelifetimeofnetworkisthekeypr

8、oblem