【摘 要】
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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)目前已经在军事、医疗、工业以及农业等各个重要领域得到了广泛的应用。有意义、有效的WSNs仿真平台可以为WSNs在上述领域的规划和设计提供科学的定量依据,大幅减少网络部署周期,使组网更加科学合理。更重要的是,WSNs仿真平台可以辅助验证无线网中的隐私泄露问题,从而实现在不暴露被监测对象的信息的情况下,提升网络系统的安全性。传
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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)目前已经在军事、医疗、工业以及农业等各个重要领域得到了广泛的应用。有意义、有效的WSNs仿真平台可以为WSNs在上述领域的规划和设计提供科学的定量依据,大幅减少网络部署周期,使组网更加科学合理。更重要的是,WSNs仿真平台可以辅助验证无线网中的隐私泄露问题,从而实现在不暴露被监测对象的信息的情况下,提升网络系统的安全性。传统的隐私保护方案中的加密算法通常在保证隐私的同时,难以避免加解密过程运算量大的问题,因此在资源受限型环境中很难得到合理的应用。本文结合基于中国剩余定理(Chinese Remainder Theorem,CRT)的快速加密算法和哈希消息认证算法(Hash-based Message Authentication Code,HMAC),提出了一种支持完整性验证的快加密隐私保护方案(HMAC-CRT),该方案包括了基站密钥生成阶段、加密与消息认证码生成阶段、数据聚合完整性验证阶段和解密完整性验证等四个阶段。基于中国剩余定理的快速加密算法来实现隐私传输可以在保证传输安全性的同时减少加解密过程中的运算量,降低能耗,是一种安全性高、快速高效的公钥加密体制。该方案不仅实现了快速公钥同态加密,并且利用HMAC算法达成了结点级别完整性验证的目标,实现了密文传输的完整性和可靠性。针对目前还没有专门面向WSNs隐私保护技术的仿真工具这一现状,以及系统用户友好性不高、操作界面不直观、操作步骤较复杂等问题,本文以WSNs隐私保护技术研究和WSNs隐私保护技术仿真平台设计为研究目标,在详细比较现有网络仿真平台的前提下,分析得出开发面向WSNs隐私保护技术的专用仿真平台的必要性。首先,从系统功能分析入手,根据开发的相关理论基础以及系统设计的原则和方案,对系统需求和功能进行了详细的分析,并运用到系统开发与测试的过程中。其次,系统采用前后端分离的开发模式,利用Java+Vue语言进行开发,实现了拓扑生成、结点设置、隐私传输和仿真结果展示四大模块并完成了模块化开发的全过程。最后,将现有的隐私保护数据聚合方案和支持完整性验证的快加密隐私保护方案封装到系统的隐私传输模块中,并提供了初始化生成以及能耗分析的功能。系统用户不需进行复杂的编码就可以直观地检验不同隐私保护方案下传感器结点的指标数据信息,并且可以利用此平台测试隐私保护协议的隐私保护能力、能耗等关键WSNs性能指标。
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