【摘 要】
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无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）是由随机部署在特定区域中的大量传感器组成,通过无线媒介进行监测和相互通信。WSN不依赖于任何固定设施,可以及时和全面地在无人值守的环境下采集、聚合数据信息,进而受到越来越多的关注。它覆盖了各种应用领域,包括环境监测、健康医疗、国防军事、农业生产和智能家居等。但是,WSN存在于一个开放和协作的环境当中,网络本身存在许多安全漏洞,
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无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）是由随机部署在特定区域中的大量传感器组成,通过无线媒介进行监测和相互通信。WSN不依赖于任何固定设施,可以及时和全面地在无人值守的环境下采集、聚合数据信息,进而受到越来越多的关注。它覆盖了各种应用领域,包括环境监测、健康医疗、国防军事、农业生产和智能家居等。但是,WSN存在于一个开放和协作的环境当中,网络本身存在许多安全漏洞,通信安全面临大量威胁与挑战。而随着5G和物联网的发展,研究如何保护WSN中数据安全传输成为许多学者感兴趣的领域。本文将WSN通信过程分为数据路径选择阶段和数据加密阶段,通过设计一种部署在这两个阶段的ACOTPRE安全策略,抵抗内部攻击和外部攻击,保证安全且高效地传输数据。在数据路径选择阶段采用蚁群优化算法进行网络路由。提出了对信息素浓度的改进,主要分为两个方面:一方面是重新构造信息素浓度因子,包含信任评估模型、剩余能量模型和节点信号强度;另一方面是对信息素更新策略进行改进,考虑节点能量的平均值和最小值,并引入自适应信息素浓度挥发系数。其中为了抵抗内部攻击,引入的信任评估模型以数据包的行为建立信任关系,作为路径选择的控制因素之一。改进后的方案与传统的蚁群算法相比更充分考虑了 WSN的特点和需求,通过仿真实验表明了该方法可以规避网络中的恶意节点,并降低网络能量消耗。通过信任机制可以抵御内部攻击,但是无法抵御外部攻击者的攻击。为了解决这一问题,进行了对代理重加密算法的研究。在数据加密阶段将代理重加密扩展到WSN中。引入门限秘密共享算法在源节点产生一组随机数构成的重加密密钥碎片,网络中负责数据转发的中间节点作为代理节点执行重加密操作生成第二层密钥碎片,目的节点计算拉格朗日插值多项式恢复对称密钥。根据WSN的特性提出的威胁模型,进行了相应的安全性分析,该方法能够实现数据从源节点到目的节点的安全传输,有效防御网络攻击。综上所述,提出的ACOTPRE充分结合了 WSN自身特点,是针对WSN内部攻击和外部攻击的安全方法。理论分析与仿真实验表明,ACOTPRE能有效抵御网络攻击,提高数据传输的安全性,并且在节点能耗方面表现良好。
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