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无线传感器网络安全的数据融合协议

作　者: 马冰冰
导　师: 祝烈煌
学　校: 北京理工大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络数据融合安全椭圆曲线融合树同态加密
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线传感器网络是一种由大量传感器节点组成的以数据为中心的无线自组织网络。目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区中各种监测对象的信息。无线传感器网络具有布线成本低、监测精度高、容错性好、可远程监控等特点,在军事斗争、环境监测、交通管理、医疗卫生等领域有广泛的应用。传感器节点体积小,携带的电池能量有限,导致其计算、存储和通信能力不足。如果每个节点都将采集的数据直接发送给基站,会造成极大的能量消耗,缩短传感器网络的生存时间。融合技术能降低网络能耗,增强数据的准确性,提高数据收集效率,在无线传感器网络中得到了快速的发展。但现有的数据融合协议安全性不足,不能有效地保证数据的机密性和完整性。本文首先全面的总结了无线传感器网络中现有的安全数据融合协议,分析了各个协议的性能。其次,本文提出基于椭圆曲线的同态加密算法,对传感器数据进行加密。与传统的对称密码算法相比,该算法使用椭圆曲线加密数据,攻击者很难获取明文,有效地保证了数据的机密性。相对公钥密码算法,接收方可以在不知道明文的情况下,直接对密文执行融合,节省了因解密带来的能量消耗。再次,提出一种新的融合结果验证算法及其扩展算法。与现有的验证算法相比,该算法减少了结果验证阶段网络内传输的数据量。在保证数据完整性的同时,降低了整个网络的能量消耗。最后,基于同态加密和新的结果验证算法,提出一种新的树形数据融合协议。并在NS-2仿真平台上实现该协议的询问分发和数据融合阶段,性能分析结果表明协议是安全可行的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 引言  9-11
  1.2 无线传感器网络的发展及应用  11-13
  1.3 无线传感器网络的特点  13-15
  1.4 完善的无线传感器网络解决方案  15-16
  1.5 本文主要研究内容及组织结构  16-18
第二章无线传感器网络安全的数据融合协议研究  18-36
  2.1 数据融合的概念和分类  18-19
  2.2 数据融合的作用  19-20
  2.3 数据融合的安全性  20-21
  2.4 安全的数据融合协议分类  21-22
  2.5 经典的安全数据融合协议  22-36
    2.5.1 树形融合协议  22-29
    2.5.2 多路融合协议  29-31
    2.5.3 环形融合协议  31-33
    2.5.4 基于事件系统的安全融合算法  33-34
    2.5.5 安全的单一融合器系统  34-36
第三章安全的树形数据融合协议设计  36-49
  3.1 相关工作  36-40
    3.1.1 哈希函数  36-37
    3.1.2 椭圆曲线  37-39
    3.1.3 椭圆曲线加密  39-40
  3.2 同态加密  40-41
  3.3 安全的树形数据融合协议  41-49
    3.3.1 询问请求  42-43
    3.3.2 数据融合  43-44
    3.3.3 结果验证  44-49
第四章安全的树形融合协议在 NS-2 平台的实现  49-65
  4.1 NS-2 简介  49-52
    4.1.1 NS-2 原理  49-51
    4.1.2 NS-2 网络模拟的一般过程  51-52
  4.2 编码实现  52-65
    4.2.1 建立融合树  52-55
    4.2.2 移植哈希和椭圆曲线函数  55-56
    4.2.3 融合过程  56-65
结论  65-67
参考文献  67-70
致谢  70

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