无线传感器网络中源位置隐私保护方案的研究

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无线传感器网络作为物联网感知外界的重要载体,在目标监测、信息追踪等方面有着非常广泛的应用。然而,由于无线传感器网络通常采用多跳的方式实现节点间消息的传输,攻击者很容易通过逆向追踪数据包的方式,捕获源节点,而源节点通常是距离监测对象最近的节点,其位置的暴露直接会导致目标受到威胁、信息遭到泄露。因此,加强保护源节点的位置隐私对无线传感器网络的广泛应用具有重要意义。为了抵御局部流量攻击者的逆向追踪所造成的源节点位置隐私的泄露,通常由源节点随机游走或者定向游走来选取一个幻影节点并伪装成源节点,然后采用洪泛或最短路径路由的方式将数据包转发至基站。只要每一次选取的幻影节点远离源节点且地理位置分散,那么攻击者就难以追踪到源节点的位置。然而,这种采用随机或定向游走的方式选取的幻影节点无法保证其地理位置呈多样性分布。此外,在数据传输阶段,传输路径可能会经过源节点附近,攻击者可以逆向追踪传输路径观察到源节点进而将其捕获。另一方面,在一些对数据包传输时延要求较高的实时目标监测场景中,往往需要在保护源节点的位置隐私安全的前提下,降低数据包的传输时延,尽可能快地将数据包传输给基站。因此,针对上述问题,本文对无线传感器网络中如何加强保护源位置隐私进行了深入研究,主要工作如下:1.提出了基于双幻影路由的增强型源位置隐私保护方案。利用基站向全网广播获取各节点到基站的跳数并构建跳数表,从跳数表中任意选取两个远离基站的节点组成候选幻影节点集合,并向全网广播,源节点收到后从集合中随机选取一个节点作为幻影节点,保证了幻影节点位置分布呈多样性;在数据包传输阶段,优先选择远离源的节点作为下一跳,使攻击者难以通过逆向追踪数据包的路径捕获到源节点;理论分析和仿真结果表明,与已有的源位置隐私保护方案相比,该方案能够提高源节点的安全时间,具有更好的安全性。2.针对时延敏感的特殊应用场景,提出一种低时延的无线传感器网络源位置隐私保护方案。在基站和源节点之间确定一个数据包时延相对较优、源位置隐私保护力度相对较强的区域,然后将区域内的节点组成候选幻影节点集合,源节点将数据包转发给集合中的任一个节点,最后该节点采用最短路径路由策略将数据包转发给基站。理论分析和实验证明,该方案在保护源节点位置隐私安全的同时,数据包能够更快速的转发至基站,有效地减少了数据包时延。
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