無線傳感器網絡中數據存儲和匯聚的安全性研究.pdf

1、人類進入21世紀以來，微電子機械系統(tǒng)（Micro—electro—mechanism system，MEMS）、計算機、通信、自動控制和人工智能等學科的飛速發(fā)展孕育了一種新型的測控網絡——無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSNs）。 無線傳感器網絡作為新興的測控網絡技術，是能夠自主實現(xiàn)數據采集、融合和傳輸應用的智能網絡應用系統(tǒng)。無線傳感器網絡是邏輯上的信息世界與真實的物理世界緊密結合，從而真正實

2、現(xiàn)“無處不在的計算（普適計算）”模式。無線傳感器網絡技術是一項涉及多門前沿學科發(fā)展的綜合性技術，在基礎理論和工程技術兩個層面向科技工作者提出了大量的挑戰(zhàn)性研究課題。 在傳統(tǒng)的無線傳感器網絡的拓撲結構中，數據被傳感器節(jié)點收集到以后，被立即轉發(fā)給基站或者數據中心（sink）。隨著無線傳感器網絡技術的廣泛應用，這一拓撲結構已經不能適用于所有的應用方案，如用戶想收集“歷史數據”（一個月的平均氣溫而不是每天某個時間點的氣溫或一年內火山活動

3、對區(qū)域內土壤中化學成分的影響等），還有一些應用方案，基站（或者sink）不容易和無線傳感器網絡一起部署在傳感區(qū)域（火山區(qū)域、海上等）。針對這些不足，無人值守的無線傳感器網絡被提出。在無人值守的無線傳感器網絡中，數據被存儲在本地或者存儲在本節(jié)點中，擁有權限的用戶可以根據需要來訪問數據。這個方法利用將數據存儲在本地存儲器上來減少因傳輸數據帶來的能量消耗。但是這種分布式數據存儲的方案仍然存在安全性和穩(wěn)定性的問題。 本文首先提出了一個基

4、于秘密共享（secret sharing）和Reed—Solomon編碼的方案，該方案的特點是能保證數據保密性（confidentiality）、可靠性（reliability）和計算安全性（computation security），而且產生的數據開銷很小。同時，為了保證數據的完整性（integrity），提出了一個雙粒度線性碼的技術（Two Granularity linear code）來確保并檢查數據的完整性。最后，為了能高效率

5、的傳輸用戶的查詢結果，本文利用同態(tài)加密（homomorphic encryption）和同態(tài)秘密分享（homomorphic secret sharing）技術提出了一個能高效率取回數據的方案——H2S。 方案的有效性和安全性也在本文中得到詳細闡述和證明。通過分布式數據的存儲，數據的穩(wěn)定性得到了加強，因傳輸數據造成的能量消耗和周圍鄰居節(jié)點的存儲消耗也得到了降低。數據完整性檢查的方案也被通過分析證實，在不需要利用耗費系統(tǒng)資源的非對