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E+E無線傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)安全研究
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,E+E無線傳感器網(wǎng)絡在服務于人類日常生活的應用中的能力與優(yōu)勢逐步展現(xiàn)。已經(jīng)被廣泛應用于健康護理、工廠監(jiān)控、智能家居以及公共安全等領域。但在這類以人類群體信息為監(jiān)測目標的應用中,隱私安全問題也日益突顯。E+E無線傳感器網(wǎng)絡“以數(shù)據(jù)為中心”的特性,使得隱私數(shù)據(jù)安全更是關系到社會對E+E無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的接納度,是傳感器網(wǎng)絡真正走向應用和全面推廣必須突破的壁壘。

E+E無線傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)安全研究
由于能量和計算能力限制,導致許多傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全保護技術(shù)不能被直接應用于E+E無線傳感器網(wǎng)絡；同時針對傳感器網(wǎng)絡千差萬別的應用需求,傳感器網(wǎng)絡的架構(gòu)與安全機制也千差萬別,沒有統(tǒng)一的標準,導致隱私數(shù)據(jù)安全研究出現(xiàn)許多空白。急切需要從數(shù)據(jù)安全的角度看待E+E無線傳感器網(wǎng)絡隱私保護問題并展開有針對性的研究,充分利用傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)自身的特點和用戶的實際需求,提出新的隱私數(shù)據(jù)安全方案。通過分析應用于人類群體信息監(jiān)測的傳感器網(wǎng)絡中隱私數(shù)據(jù)的特點和用戶的隱私安全需求,綜合運用加密、信息隱藏和數(shù)據(jù)水印等數(shù)據(jù)安全保護技術(shù),分別針對隱私數(shù)據(jù)的訪問控制、完整性保護、匿名傳輸與存儲,以及數(shù)據(jù)來源認證等方面展開了一系列研究。研究成果為傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)保護提供了較完備的新思路,為消除傳感器網(wǎng)絡真正走向全面應用過程中不可避免的隱私數(shù)據(jù)安全壁壘,作了一些初步研究與探索主要工作和貢獻如下：基于一種改進的單向哈希鏈技術(shù),提出了一種基于時間的傳感器網(wǎng)絡多屬性隱私數(shù)據(jù)訪問控制方案。傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)按照其屬性和采集時間可以被劃分到很多二維子空間中,提出的隱私數(shù)據(jù)保護方案可以為每個子空間中的數(shù)據(jù)高效地生成所對應的子密鑰。所有數(shù)據(jù)被分別加密后傳輸并存儲到傳感器網(wǎng)絡的Sink節(jié)點上。當Sink需要讀取數(shù)據(jù)時,必須首先向數(shù)據(jù)源節(jié)點請求數(shù)據(jù)相對應的子密鑰。數(shù)據(jù)源節(jié)點可以按照自身的策略決定是否進行授權(quán),即生成并返回相應的子密鑰。本方案可以保證用戶對已經(jīng)傳輸并存儲到Sink節(jié)點的個人隱私數(shù)據(jù)進行精準有效地訪問控制。實驗證明,該算法性能高效,可以應用于資源有限的傳感器網(wǎng)絡中。提出了一種基于脆弱水印技術(shù)的E+E無線傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)完整性分級保護方案。通過分析傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)的特點與安全需求,利用不同的水印嵌入策略對不同的隱私數(shù)據(jù)進行針對性的完整性保護。設計了基于添加空白字符的脆弱水印方案,對與數(shù)據(jù)緊密相關的用戶身份標識、時間和位置等敏感隱私數(shù)據(jù)進行無損地完整性保護；同時,設計了基于修改數(shù)據(jù)LSB位的水印方案來保護其它與個人相關的監(jiān)測數(shù)據(jù)。Sink節(jié)點點接收到數(shù)據(jù)后,通過比較從數(shù)據(jù)中提取出的脆弱水印信息與重新通過數(shù)據(jù)集計算得到的認證信息是否*,來驗證數(shù)據(jù)完整性是否被破壞。該完整性保護方案在數(shù)據(jù)傳輸量開銷與數(shù)據(jù)精度之間進行了有益的折衷,以可以接受的數(shù)據(jù)傳輸量開銷,和盡可能小的數(shù)據(jù)精度損失達到的數(shù)據(jù)完整性保護效果。并且可以對離線數(shù)據(jù)實施完整性認證,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的持續(xù)性保護?；谡鎸嵐?jié)點的驗證實驗和大規(guī)模仿真實驗表明,本方案可以應用于各種網(wǎng)絡架構(gòu)下的資源有限的傳感器節(jié)點上,并且有效檢測各種數(shù)據(jù)攻擊。為了實現(xiàn)zui大限度地隱私控制,提出了一種基于多重數(shù)字水印技術(shù)的E+E無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)匿名傳輸與存儲方案,命名為Multi-Mark。Multi-Mark由標識水印和脆弱水印兩部分組成。一方面,經(jīng)過加密的用戶身份、時間和位置等隱私信息被作為標識水印被嵌入到常規(guī)監(jiān)控數(shù)據(jù)中,實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的匿名傳輸與存儲,在需要識別數(shù)據(jù)對應的用戶身份等信息時,標識水印又隨時可以被提取出來；另一方面,對數(shù)據(jù)的任何攻擊與篡改都可以被加載到數(shù)據(jù)中的脆弱水印檢測出來。Multi-Mark不僅可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匿名傳輸與存儲,而且可以節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸量和存儲空間。實驗結(jié)果表明Multi-Mark可以減少30%的數(shù)據(jù)量,而只引進了少量的計算開銷。在一些關系復雜的傳感器網(wǎng)絡應用中(如工廠異常行為監(jiān)測系統(tǒng)),由于用戶(數(shù)據(jù)源節(jié)點)與網(wǎng)絡管理者(Sink節(jié)點)存在利益沖突,Sink節(jié)點不能再被默認為是網(wǎng)絡的控制中心而被*信任。這導致Sink上數(shù)據(jù)的來源難以得到公平可信地認證,使得傳感器網(wǎng)絡所采集的數(shù)據(jù)無法應用于法律取證、責任認定等重要領域,直接影響了E+E無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)推廣與應用。針對這一問題,提出了種基于時鐘偏移的E+E無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)來源認證方案。方案*將物理設備所固有的時鐘偏移(Clock Skew)物性引入到傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)安全領域。

E+E無線傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)安全研究
將用于計算時鐘偏移的數(shù)據(jù),經(jīng)過編碼作為“指紋”信息嵌入到監(jiān)測數(shù)據(jù)中,使數(shù)據(jù)帶上數(shù)據(jù)源節(jié)點難以改變的指紋信息。算法將數(shù)據(jù)與指紋信息緊密融合,使其難以修改和偽造,且具有不可抵賴性,從而實現(xiàn)在Sink不可信的前提下,公平、可信、透明的數(shù)據(jù)來源認證。研究將為E+E無線傳感器網(wǎng)絡隱私數(shù)據(jù)保護提供新方法和關鍵技術(shù)。研究成果不僅具有較高的理論意義和前瞻性,而且更具有一定的實際應用價值,應用前景廣闊。