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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)數(shù)據(jù)聚合方法研究
李偉 2022/3/28 20:45:06
（接上頁(yè)）為與其相鄰比較近的根節(jié)點(diǎn)，通過孩子節(jié)點(diǎn)與根節(jié)點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，從上一個(gè)節(jié)點(diǎn)向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息[8]。按照同樣的方法，將消息從最高位置傳輸至基站。考慮到聚合函數(shù)當(dāng)中存在大小不一情況，函數(shù)類型也可能不同，所以采取求和方式，對(duì)函數(shù)中的隱私采取保護(hù)。
2、安全攻擊
由于網(wǎng)絡(luò)存在開放特性，所以數(shù)據(jù)聚集過程中很有可能出現(xiàn)遭受攻擊情況，通過外部網(wǎng)絡(luò)訪問獲取無線傳輸節(jié)點(diǎn)信息，經(jīng)過推測(cè)得到明文信息，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)隱私數(shù)據(jù)陷入危險(xiǎn)。一般情況下，數(shù)據(jù)聚合攻擊類型有3種：（1）在原有數(shù)據(jù)信息中注入錯(cuò)誤信息，導(dǎo)致信息混亂；（2）篡改數(shù)據(jù)，或者偽造部分?jǐn)?shù)據(jù)插入其中，在攻獲的數(shù)據(jù)中，選擇其中某一部分作篡改對(duì)象；（3）干預(yù)信息發(fā)放，導(dǎo)致數(shù)據(jù)在無線傳輸過程中出現(xiàn)延時(shí)，或者部分?jǐn)?shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送情況。面對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全攻擊問題，當(dāng)前搭建的防火墻等安全防護(hù)體系，很難抵御惡意攻擊[9]。
三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)數(shù)據(jù)聚合
為了提高數(shù)據(jù)聚合操作安全性，本研究將該項(xiàng)操作拆分為3個(gè)環(huán)節(jié)，分別是數(shù)據(jù)聚合請(qǐng)求、密文構(gòu)造、安全聚合。通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)及愛意安全防護(hù)，從而達(dá)到保護(hù)網(wǎng)絡(luò)隱私的目的。
1、數(shù)據(jù)聚合請(qǐng)求
采用構(gòu)建索引值方法，由下一層級(jí)向上一個(gè)層級(jí)發(fā)送數(shù)據(jù)聚合請(qǐng)求，逐級(jí)遞交，最終傳輸至根節(jié)點(diǎn)[10]。當(dāng)根節(jié)點(diǎn)成功接收到數(shù)據(jù)聚合消息以后，再對(duì)自身索引值采取計(jì)算。通過調(diào)用密鑰池中的密鑰，獲取請(qǐng)求索引值相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算得到最終數(shù)據(jù)聚合索引值大小。按照該數(shù)值大小，確定當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適宜的數(shù)據(jù)聚合參數(shù)。按照此參數(shù)聚合數(shù)據(jù)，開啟安全保護(hù)模式�？紤]到聚合請(qǐng)求覆蓋面積較大，為了避免遺漏，每一次聚合請(qǐng)求發(fā)送時(shí)，所有孩子節(jié)點(diǎn)均參與其中，如果當(dāng)前孩子節(jié)點(diǎn)沒有需要聚合的數(shù)據(jù)，則為該節(jié)點(diǎn)賦空值，以便提升節(jié)點(diǎn)消息傳遞準(zhǔn)確性。以下為數(shù)據(jù)聚合請(qǐng)求核心流程：
第一步：以父節(jié)點(diǎn)作為聚合請(qǐng)求消息接受端點(diǎn)Ni；
第二步：判斷當(dāng)前接收到的請(qǐng)求消息是否為葉子節(jié)點(diǎn)，如果其為葉子節(jié)點(diǎn)，則開始聚合，反之，返回第一步；
第三步：訪問聚合體系，從密鑰池中任意提取一個(gè)密鑰；
第四步：判斷第三步中提取的密鑰是否為節(jié)點(diǎn)Ni的私鑰，如果確定是該節(jié)點(diǎn)私鑰，則進(jìn)入下一步，反之，重復(fù)第四步；
第五步：為節(jié)點(diǎn)Ni每一個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)賦予私鑰；
第六步：將葉子節(jié)點(diǎn)的各個(gè)孩子聚合到一起，形成聚合密文；
第七步：判斷當(dāng)前葉子節(jié)點(diǎn)遍歷是否達(dá)到最后一個(gè)，如果達(dá)到最后一個(gè)，則輸出聚合密文，反之，i=i+1，返回第一步。
2、安全保護(hù)密文的構(gòu)造
為了提高數(shù)據(jù)聚合安全性，本研究方案采用數(shù)據(jù)擾動(dòng)方法，加密不同形式數(shù)據(jù)信息。首先，構(gòu)造基礎(chǔ)密文，在設(shè)定范圍內(nèi)，利用傳感器采集數(shù)據(jù)。在此期間，為了有效防止外界攻擊，通過隱藏原始數(shù)據(jù)，致使數(shù)據(jù)不完整。即便此部分?jǐn)?shù)據(jù)信息遭受攻擊，也無法獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，呈現(xiàn)空集狀態(tài)。以下為數(shù)據(jù)隱藏過程：
按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)樹形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)體系采取隱藏處理。采用葉子節(jié)點(diǎn)向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送隱藏消息的方式，將隱藏密文傳遞給上一個(gè)層級(jí)，逐層傳遞，最終傳遞到根節(jié)點(diǎn)。其中，隱藏密文傳遞期間，將自身密文與接收到的密文聚合到一起，再向上一個(gè)層級(jí)傳遞。所以，根節(jié)點(diǎn)接收到的密文是各個(gè)孩子節(jié)點(diǎn)的全部密文，支持所有數(shù)據(jù)隱藏。考慮到僅提交密文很難滿足數(shù)據(jù)安全性要求，引入數(shù)據(jù)干擾方法，為原始數(shù)據(jù)建立索引值，形成數(shù)據(jù)擾動(dòng)體系。該體系只有具備索引關(guān)系的數(shù)據(jù)才可以相互訪問，單個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)相對(duì)于其他基站節(jié)點(diǎn)具備較強(qiáng)的隱私性，用戶不可以通過其他基站節(jié)點(diǎn)訪問當(dāng)前節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。這種擾動(dòng)方案設(shè)計(jì)，大大提高了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息安全性。
在保證單個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息安全以后，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)聚合到一起，開啟聚合密文構(gòu)造模式。在操作之前，為了提高數(shù)據(jù)安全性，對(duì)數(shù)據(jù)采取二次干擾處理，采用加密的方式，對(duì)隱藏的數(shù)據(jù)信息采取加密處理，只有擁有消息認(rèn)證碼，才可以解密隱藏?cái)?shù)據(jù)。關(guān)于此部分操作會(huì)在數(shù)據(jù)安全聚合中具體介紹。
3、數(shù)據(jù)安全聚合
數(shù)據(jù)聚合采用的計(jì)算方法為“與”操作，根據(jù)聚合操作需求，輸入當(dāng)前需要聚合的數(shù)據(jù)，將該位置數(shù)據(jù)與孩子節(jié)點(diǎn)上傳的索引值采取“與”操作，得到聚合索引值。按照此操作方法，對(duì)樹形體系的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合操作，最終生成聚合結(jié)果。
由于每一次聚合都可以遭受攻擊，為了提高操作安全性，本方案采取聚合索引值分配算法，在各個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)處設(shè)置私鑰，控制葉子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)聚合安全操作。以下為核心算法：
取任意葉子節(jié)點(diǎn)，記為Nt
If kw為節(jié)點(diǎn)Nt的私鑰 then
;
Else
;
End if
采用密（未完，下一頁(yè)）
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