物联网感知数据传输的安全多方计算关键技术研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:yangqixun123
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随着“智慧地球、物物相连”的提出,人类由互联网时代逐步迈向物联网时代。物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。物联网是在互联网的基础上,利用射频识别RFID、传感器和无线传感网络WSNs等技术,构建一个覆盖世界上所有人与物的网络信息系统,从而使人类的经济社会与社会生活、生产运行与个人活动都运行在智慧的物联网基础设施之上。物联网是全面感知的网络,它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了数量巨大、类型繁多的传感器,每个传感器都是一个信息源,不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据。物联网在终端采集的数据称作感知数据,因此海量的感知数据安全传输是个亟待解决的问题。本论文就如何安全传输物联网中的感知数据展开了研究。物联网中感知数据的安全传输的要求更高,它不仅要保证数据不被攻击与篡改,同时又不能泄露用户的隐私。本文对错综复杂的感知数据进行了分析,首先在物联网中的感知层和接入层建立一个信任机制,构建感知数据处理模型,提出了一个层次化的信任机制,分离了异构环境中主体的不同信任需求;在信任架构中构建了“现象可信-行为可信-节点可信-机构可信-授权可信”的环流,将感知节点信任和机构信誉进行很好的整合;本文建立感知数据处理模型,对此模型进行数学建模,将该问题形式化,让该数学模型能适应于物联网的安全需求。由此本文引入了安全多方计算(Secure Multiparty Computation,SMC),即:有多个参与方参与计算的情况下,多个参与者共同计算某个函数。该函数的输入信息分别由这些参与者提供,输入信息各自保密,不被其他人知道;感知数据是分布式的,并不集中在某个节点,对这些感知数据采取分布式数据隐私保护,本文采取的是K-means聚类算法,物联网中的计算是架构在云计算上的,因此本文将感知数据的计算外包给云端,继续研究了K-means聚类算法的外包计算,设计出了多方聚类隐私保护的K-means聚类算法外包计算,使得当有n方参与计算,协议过程中的计算完全对等,并且各方之间在交互通信过程中都有自己的随机数对信息进行加密保护,但是从交互的结果不能推导出其他方的隐私信息,实现了物联网感知数据的安全传输。物联网的网络已是无线传感器网络WSNs为主导,本文研究了无线传感网络感知数据传输的拥塞问题,WSNs节点需要将感知数据或经预处理后的感知数据传输到Sink节点。当传感器节点接收到的数据包(或分组)超过其转发或处理数据包的上限时,需要对过剩数据包进行缓存;当缓存数据包的内存已满时,过剩的数据包就会被丢弃,即引发缓冲区溢出,造成节点级的拥塞。本论文提出了基于反馈控制的能耗平衡策略(PLFC),利用反馈控制算法调整节点的发射功率实现了网络中节点负载的重新分配,解决无线传感器网络中节点的能耗不平衡问题,进一步延长了传感网络的生命周期。感知数据来自于感知层的感知设备的采集,而目前比较流行的就是在感知层设备的终端采取RFID技术。RFID系统主要由电子标签,读写器和后台服务器3个部分组成。为保护RFID系统的隐私安全,首先必须在通信前对通信双方的身份进行认证,防止伪造的电子标签或者非法的读写器,其次,通信双方之间的信息传送不能以明文方式进行,必须采取一定的加密措施,防止隐私信息泄露。现有的大量RFID认证协议都是作用于读写器和后台服务器之间,并且假设信道是安全的,但在实际上这些信道并不一定安全,因此本论文针对RFID技术进行了详细研究,提出了基于RFID技术的感知数据的多向认证与密钥协商协议,该协议进行了多向认证,在标签、对阅读器、服务器三者之间进行认证,三者互相认证都无误才能证明感知数据传输的信道是安全的。该协议简化了通信双方公开值的传递,将其交由认证服务器来传达,而且这对安全性没有影响,因为即便服务器被攻破,敌手也无法通过后面的认证。本文提出的协议能够有效解决RFID系统的隐私保护问题。最后,本文进行了总结,并指出论文在研究工作中还需要进一步完善和有待改进的地方,并对下一步工作和目标进行了展望。
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