两层无线传感器网中能量高效的多维数据隐私保护范围查询协议

来源 :桂林理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:samantha401
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数据查询是无线传感器网络完成监控和侦查任务主要手段。因此,无线传感器网络需要通过数据隐私保护技术防止信息泄露和被篡改,利用数据管理技术来完成数据查询任务。所以研究适用于无线传感器网络的具有隐私保护能力的数据查询技术是十分迫切和必要的。这些现有的研究工作在隐私安全性或感知节点能耗中仍存在不足之处,而且大部分是基于一维数据的。基于此,对多维数据范围查询的能耗、数据隐私问题进行了深入研究。基于此,本篇论文设计了查询处理隐私数据的协议FLPQ(Full security low power query),并且分析和验证所设计协议传输数据的真实性与完整性和能耗。本文的主要研究内容如下:(1)密钥交换协议的密钥管理机制:针对传感器节点的计算能力弱、存储空间有限,无线传感器网络具有较低带宽和更高信道错误比率的特点。本文设计了基于预共享密钥机制和Diffie-Hellman密钥交换协议,通过模式协商、Diffie-Hellman交换等过程,生成了共享密钥,并基于采用AES轻量级数据加密算法,实现数据采集和存储的机密性。(2)为了能让采集的感知数据具有更好的隐私性,本文采取AES轻量级数据加密算法和Base64编码进行加密操作,产生加密数据链,用此实现数据传输、存储的机密性。利用前缀成员验证编码技术、质数聚集技术形成比较因子,判断查询范围的下界和上界数值的前缀编码集合是否存在交集的问题,进一步转化为判断两者是否存在最小公约数。实现更为正确的数据范围的查找结果。(3)为了实现保护感知数据的真实性与完整性,本协议时间栈技术,使用AES加密算法对当前感知节点的设备编号和采集当前数值的时间进行算法加密,利用在组与组之间利用时间栈特性进行一致性验证,如可用于鉴别不同周期上传的数据组是否被删除或者篡改。(4)使用Alios Things操作系统并且搭载Cortex-M4内核设计了感知节点;基于.NET/C#语言设计了存储节点和基站节点,并以此为实验平台,将所设计的FLPQ协议在该平台上进行了实验,并设计了通信协议,验证了密钥交换、多维隐私数据提交、多维隐私数据查询、多维隐私数据查询结果真实性和完整性验证等功能;并与CSRQ协议在相同的实验环境下进行一维感知节点的能耗、三维数据传感器节点的能耗、感知节点在不同维数的能耗、三维数据上传字符数这四个4个方面能耗对比分析,证明在相同的实验环境下本方案比CSRQ协议的能耗更低。
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