无线传感器网络恶意节点检测模型的研究

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无线传感器网络是集信息采集、信息传输。信息处理于一体的综合智能信息系统,在环境监测、医疗卫生、智能家居、国防军事等方面会有极大的应用。无线传感器网络是一项重要的技术,已经引起各个国家的高度重视。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,也称WSNs)作为新一代的传感器网络,是各门学科技术相结合的综合学科。通常由大量廉价的微型传感器节点组成,这些传感器节点被随机地部署在检测区域内部或者附近,能够通过自组织的方式组成网络。节点间以无线多跳的方式互相联系,传感器节点彼此合作感知、采集和处理检测到的数据,并经过多跳的方式到达最终目的节点。WSN在军事应用、科学研究、环境观测和预报系统、工农业生产、日常生活等领域有深刻的应用,它将革命性的改变我们的社会生活。伴随着各国对WSN投入的加大,一系列的问题也呈现出来,这些问题引起了学术界和工业界的广泛关注目前无线传感器网络及应用面临着诸多威胁。其中最主要的威胁来自网络层的攻击,主要有选择转发攻击,女巫攻击,槽洞攻击,虫洞攻击等。由于无线传感器网络通常部署在开放的环境中,很容易被铺获,而且这些节点大多不具备防篡改能力,那么这些节点就变成了无线传感器网络内部的恶意节点。在数据传输过程中,这些节点可以故意随机丢弃一些报文,也可以随意篡改报文对网络通信进行破坏。分析无线传感器网络安全的主要威胁,不难发现主要的几种攻击方式都会涉及到丢包,篡改和伪造问题。例如,选择传递攻击就是一种直接丢包的行为。槽洞攻击和虫洞攻击则先利用自己的优势吸引流量,然后对通过他的数据报进行丢弃,篡改或者伪造。所以只要能够建立一种防篡改,防丢包,防伪造的通信模型,就能够对这几种攻击进行有效地解决。传统公钥技术因为太复杂而不适合无线传感器网络。而且通过hash函数虽然可以对源数据报文进行完整性的保护,目的节点也能够发现报文被篡改、伪造过。但是目的节点并不能知道到底是路由线路上的哪一个节点对报文进行了篡改,伪造。文献[4]通过将节点设置成混杂模式监听邻居节点,虽然能够直接获得恶意节点的属性参数,但是这种方法要求监听路由线路上所有节点,不论它是不是恶意节点。这样很多不必要的监听节点因为开启着混杂模式,造成了严重的能量浪费。针对无线传感器网络的恶意篡改数据和选择性转发报文攻击,本文提出了一种基于hash函数的多签名的报文传输模型。节点能发现恶意节点篡改报文并将恶意节点锁定在一个小的区域内。然后要求恶意节点的邻居节点作为监听节点,去监听该被怀疑节点,监听节点在任务完成后,回到普通工作模式。这种局部动态监听的方法减少了监听节点的个数,减少了系统能量的损失,并且能够防范路由线路上连续恶意节点的合谋攻击。在ns2环境下实验,结果表明该方法并能保证很高的检测率和很低的检误率。
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