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基于数字水印的无线传感器网络数据完整性保护研究

曹远福  
【摘要】: 无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是一种自组织网络系统,在军事、医疗和公共安全等重要领域已被公认为具有广阔的应用前景。传感器节点被部署在战场等监测区域,实时地采集监控数据,数据的准确和安全与否将直接左右决策者的判断。然而,目前的无线传感器网络,由于其固有的资源和计算能力等限制,一些传统的数据保护技术不能直接应用到其中,网络中传输的数据面临着被伪造和篡改等多种威胁。因此保证传感器网络数据的完整性成为当前十分迫切的需求。 本文依据实验室承担的国家973项目——“无线传感网络的基础理论及关键技术研究”的部分内容,研究无线传感器网络中的安全问题,主要着手于应用数字水印技术来解决无线传感器网络中的数据完整性保护问题。主要贡献有: 1)提出了基于关联数字水印技术的无线传感器网络数据完整性保护方案。数据源节点感知的数据依据缓冲区的大小被划分为许多固定大小的连续数据组,在不影响数据使用的前提下,根据数据间关联关系生成水印信息,并按照嵌入规则嵌入到数据中。SINK节点接收到该组数据后,提取出水印信息,同时,重新计算该组数据的关联关系,比较两者的一致性,实现数据的完整性验证。算法中,水印信息与被保护的数据融为一体,该保护具有较强的隐蔽性。同时根据散列函数的强无碰撞特性,该算法可以发现数据任何微小的改动。实验证明该方案可以充分保证数据的完整性。 2)提出了数据融合中基于数字水印的传感器网络数据完整性保护方案。簇头节点通过利用时空域的数据相关性,结合数据融合技术,将多份数据或信息进行处理,去掉冗余数据,组合出更有效、更符合用户需求的数据,同时延长了传感器网络的使用寿命。在数据融合后,节点并不立即将数据传送,而是实现数字水印的嵌入算法,在融合后的数据中嵌入水印信息,保障传感器数据的完整性。 3)搭建网络模拟平台。通过基于OMNET++的仿真实验证明:两种方案能够在低能耗、高效率地情况下,实现无线传感器网络中的数据完整性保护。第一种脆弱水印方案更适合于数据精度要求高、集中式网络模式的数据完整性保护;第二种半脆弱型数字水印方案更适合于需要数据融合、分布式网络模式的数据完整性保护。


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