專利名稱：一種無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡隱私保護領域，提出一種無線傳感器網(wǎng)絡中對源位置隱私保護的方法。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡由部署在監(jiān)測區(qū)域內的大量傳感器節(jié)點組成，傳感器節(jié)點之間通過無線通信的方式組成一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)。節(jié)點通過各類集成化的微型傳感器實時地感知并采集被監(jiān)測對象的相關信息，這些信息通過多跳路由以無線傳輸?shù)姆绞椒祷赜脩艚K端。事件監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡中一類典型的應用場景。以事件監(jiān)測為例，監(jiān)測區(qū)域中部署了多個節(jié)點，當某節(jié)點周圍有特定的事件發(fā)生時，節(jié)點采集到事件信息，將該信息數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡逐跳發(fā)送到基站。由于網(wǎng)絡采用的是無線信號，攻擊者可以通過監(jiān)測無線信號，計算信號發(fā)送的角度和信號強度從而推斷發(fā)送節(jié)點的位置，敵方可以在不能獲取數(shù)據(jù)包內容的情況下，采取逆向、逐跳追蹤的方法找到真實的數(shù)據(jù)源節(jié)點，對事件源構成威脅。因此，需要使攻擊者無法通過無線電信號的監(jiān)測追蹤到源節(jié)點，從而保護源節(jié)點的位置隱私。研究人員提出過多種針對無線傳感器網(wǎng)絡中源位置隱私的保護方法，但是它們中有的只能抵御具有局部監(jiān)聽能力的攻擊者，對攻擊能力更強的具有全局監(jiān)聽能力的攻擊者就顯得束手無策，而且開銷和延遲較大，不適用于高實時性的應用中。有的方法能夠通過虛假包注入的方式來抵御具有全局監(jiān)聽能力的攻擊者，在此類方法中節(jié)點通常會采用監(jiān)測數(shù)據(jù)包延遲發(fā)送和虛假數(shù)據(jù)包注入的方式以使得自身的發(fā)送時間間隔符合全網(wǎng)統(tǒng)一的統(tǒng)計特性，從而能夠在數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑搭^保證監(jiān)測數(shù)據(jù)包具備的可量化匿名度。但是會造成網(wǎng)絡負載加劇且失衡，使部分節(jié)點過快失效，嚴重影響了系統(tǒng)的適用規(guī)模和使用壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提出并實現(xiàn)一種能夠充分保護傳感器網(wǎng)絡中源位置隱私的方法。該方法能夠有力地抵御具有全局監(jiān)聽能力的攻擊者，不需要借助額外的設備，帶來的開銷很低，適用于資源受限的無線傳感器網(wǎng)絡中；該方法能夠平衡網(wǎng)絡中節(jié)點的能耗，消除了因靠近匯聚節(jié)點附近的節(jié)點能量過快消耗而產生的漏斗效應，從而延長了網(wǎng)絡壽命；此外，該方法采用基于非均勻統(tǒng)計規(guī)律數(shù)據(jù)包產生方法，能夠有效降低事件報告的延遲。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案實現(xiàn)如下:一種無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1:網(wǎng)絡初始化，建立通信、創(chuàng)建網(wǎng)絡、確立混淆環(huán)，然后并行執(zhí)行下述步驟2、步驟3 ;步驟2:監(jiān)測并判斷周圍事件是否發(fā)生:若是，則構造真實數(shù)據(jù)包Pt，計算發(fā)送所述的真實數(shù)據(jù)包Pt的間隔，設置第一定時器Tt，當所述的第一定時器Tt觸發(fā)后，將所述的真實數(shù)據(jù)包Pt向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)，取消所述的第一定時器Tt，然后回轉執(zhí)行所述的步驟2 ;若否，則構造虛假數(shù)據(jù)包pf，計算發(fā)送所述的虛假數(shù)據(jù)包Pf的間隔，設置第二定時器Tf，當所述的第二定時器Tf觸發(fā)后，將所述的虛假數(shù)據(jù)包匕向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)，然后回轉執(zhí)行所述的步驟2;步驟3:判斷節(jié)點是否收到上游節(jié)點發(fā)來的上游數(shù)據(jù)包匕，所述的上游數(shù)據(jù)包已有可能是真實數(shù)據(jù)包，也有可能是虛假數(shù)據(jù)包:若是，則執(zhí)行下述步驟4;若否，則轉回執(zhí)行所述的步驟3 ；步驟4:判斷所述的節(jié)點是否有真實的數(shù)據(jù)包Pt正等待發(fā)送:若是，則設置收到的所述的上游數(shù)據(jù)包已的發(fā)送間隔定時器:第一定時器Tt，然后并行執(zhí)行下述步驟5、步驟6;若否，則向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)收到的所述的上游數(shù)據(jù)包匕，然后回轉執(zhí)行所述的步驟3 ；步驟5:將所述的真實數(shù)據(jù)包Pt向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)，取消所述的第一定時器Tt，然后回轉執(zhí)行所述的步驟2 ；步驟6:等待所述的第一定時器Tt觸發(fā)后，向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)收到的所述的上游數(shù)據(jù)包匕，然后回轉執(zhí)行所述的步驟3。作為優(yōu)選，所述的混淆環(huán)的工作流程，包括以下步驟:步驟101:所述的混淆環(huán)上的節(jié)點接收網(wǎng)絡中節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)包P，所述的數(shù)據(jù)包P包括真實數(shù)據(jù)包Pt、虛假數(shù)據(jù)包Pf ；步驟102:所述的混淆環(huán)執(zhí)行所述的數(shù)據(jù)包P的混淆過程，調整所述的數(shù)據(jù)包P的
匿名度；步驟103:判斷是否有數(shù)據(jù)包P的匿名度達到門限值:若是，則執(zhí)行下述步驟104，若否，則回轉執(zhí)行所述的步驟102 ；步驟104:判斷所述的數(shù)據(jù)包P是否為所述的真實數(shù)據(jù)包Pt:若是，則將所述的數(shù)據(jù)包P發(fā)回基站，若否，則將所述的數(shù)據(jù)包P丟棄；步驟105:判斷混淆環(huán)是否消耗了一個等級能量，若是，額調整混淆環(huán)的位置，然后回轉執(zhí)行所述的步驟102 ；若否，回轉執(zhí)行所述的步驟102。作為優(yōu)選，所述的計算發(fā)送所述的真實數(shù)據(jù)包Pt的間隔，調用的是Testdearch、Recovery 算法。作為優(yōu)選，所述的計算發(fā)送所述的虛假數(shù)據(jù)包Pf的間隔，調用的是Generation算法。作為優(yōu)選，所述的真實數(shù)據(jù)包Pt、所述的虛假數(shù)據(jù)包Pf、所述的上游數(shù)據(jù)包己，均是沿最短路徑發(fā)送所述的混淆環(huán)中。作為優(yōu)選，為了阻 止攻擊者通過流量分析得出事件源位置，采用了基于非均勻統(tǒng)計規(guī)律數(shù)據(jù)包產生方法:距基站相同跳數(shù)的節(jié)點，即同一環(huán)上的節(jié)點產生數(shù)據(jù)包P的間隔服從相同的指數(shù)分布:
權利要求
1.一種無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:網(wǎng)絡初始化，建立通信、創(chuàng)建網(wǎng)絡、確立混淆環(huán)，然后并行執(zhí)行下述步驟2、步驟3 ； 步驟2:監(jiān)測并判斷周圍事件是否發(fā)生: 若是，則構造真實數(shù)據(jù)包Pt，計算發(fā)送所述的真實數(shù)據(jù)包Pt的間隔，設置第一定時器Tt，當所述的第一定時器Tt觸發(fā)后，將所述的真實數(shù)據(jù)包Pt向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)，取消所述的第一定時器Tt，然后回轉執(zhí)行所述的步驟2 ; 若否，則構造虛假數(shù)據(jù)包Pf，計算發(fā)送所述的虛假數(shù)據(jù)包Pf的間隔，設置第二定時器Tf，當所述的第二定時器Tf觸發(fā)后，將所述的虛假數(shù)據(jù)包Pf向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)，然后回轉執(zhí)行所述的步驟2 ； 步驟3:判斷節(jié)點是否收到上游節(jié)點發(fā)來的上游數(shù)據(jù)包匕，所述的上游數(shù)據(jù)包匕有可能是真實數(shù)據(jù)包，也有可能是虛假數(shù)據(jù)包: 若是，則執(zhí)行下述步驟4; 若否，則轉回執(zhí)行所述的步驟3 ； 步驟4:判斷所述的節(jié)點是否有真實的數(shù)據(jù)包Pt正等待發(fā)送: 若是，則設置收到的所述的上游數(shù)據(jù)包匕的發(fā)送間隔定時器:第一定時器Tt，然后并行執(zhí)行下述步驟5、步驟6; 若否，則向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)收到的所述的上游數(shù)據(jù)包匕，然后回轉執(zhí)行所述的步驟3 ; 步驟5:將所述的真實數(shù)據(jù)包Pt向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)，取消所述的第一定時器Tt，然后回轉執(zhí)行所述的步驟2; 步驟6:等待所述的第一定時器Tt觸發(fā)后，向所述的混淆環(huán)逐跳轉發(fā)收到的所述的上游數(shù)據(jù)包匕，然后回轉執(zhí)行所述的步驟3。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的混淆環(huán)的工作流程，包括以下步驟: 步驟101:所述的混淆環(huán)上的節(jié)點接收網(wǎng)絡中節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)包P，所述的數(shù)據(jù)包P包括真實數(shù)據(jù)包Pt、虛假數(shù)據(jù)包Pf ； 步驟102:所述的混淆環(huán)執(zhí)行所述的數(shù)據(jù)包P的混淆過程，調整所述的數(shù)據(jù)包P的匿名度； 步驟103:判斷是否有數(shù)據(jù)包P的匿名度達到門限值: 若是，則執(zhí)行下述步驟104， 若否，則回轉執(zhí)行所述的步驟102 ； 步驟104:判斷所述的數(shù)據(jù)包P是否為所述的真實數(shù)據(jù)包Pt: 若是，則將所述的數(shù)據(jù)包P發(fā)回基站， 若否，則將所述的數(shù)據(jù)包P丟棄； 步驟105:判斷混淆環(huán)是否消耗了一個等級能量， 若是，額調整混淆環(huán)的位置，然后回轉執(zhí)行所述的步驟102 ； 若否，回轉執(zhí)行所述的步驟102。
3.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的計算發(fā)送所述的真實數(shù)據(jù)包Pt的間隔,調用的是Test、Search、Recovery算法。
4.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的計算發(fā)送所述的虛假數(shù)據(jù)包Pf的間隔，調用的是Generation算法。
5.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的真實數(shù)據(jù)包Pt、所述的虛假數(shù)據(jù)包Pf、所述的上游數(shù)據(jù)包匕，均是沿最短路徑轉發(fā)到所述的混淆環(huán)中。
6.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:距基站相同跳數(shù)的節(jié)點，即同一環(huán)上的節(jié)點產生數(shù)據(jù)包P的間隔服從相同的指數(shù)分布:
7.根據(jù)權利要求6所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的同一環(huán)上的節(jié)點產生數(shù)據(jù)包P的間隔均值μ的計算方法為:
8.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的混淆環(huán)的建立和動態(tài)變化方法是:選擇離基站某一相同跳數(shù)的所有節(jié)點作為混淆環(huán)，用于實現(xiàn)所述的數(shù)據(jù)包P的混淆；將節(jié)點的能量分為k個級別，所述的混淆環(huán)節(jié)點每消耗一個級別的能量就調整一次所述的混淆環(huán)的位置，使能量均衡消耗。
9.根據(jù)權利要求9所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的混淆環(huán)的建立和動態(tài)變化，首先確定跳數(shù)L!3」的節(jié)點為所述的混淆環(huán)，所述的混淆環(huán)變化的跳數(shù)區(qū)間為
，R為網(wǎng)絡的最大跳數(shù)。
10.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)包P的混淆方法是:所述的每個數(shù)據(jù)包P包含兩個字段:跳數(shù)和匿名度，分別用于表示所述的數(shù)據(jù)包P在所述的混淆環(huán)上經(jīng)過的節(jié)點跳數(shù)和所述的數(shù)據(jù)包P源節(jié)點的位置隱私匿名強度；所述的數(shù)據(jù)包P被轉發(fā)到所述的混淆環(huán)上后，在所述的混淆環(huán)上按規(guī)則隨機轉發(fā)，每轉發(fā)一次跳數(shù)加一；當有兩個以上所述的數(shù)據(jù)包P在同一節(jié)點相遇時，調整這些數(shù)據(jù)包的匿名度，再將這些數(shù)據(jù)包按規(guī)則隨機轉發(fā)到下一個節(jié)點；當所述的數(shù)據(jù)包P的匿名度達到設定的匿名度門限值時，所述的真實數(shù)據(jù)包發(fā)回基站，所述的虛假數(shù)據(jù)包則丟棄；同時，所述的虛假數(shù)據(jù)包在跳數(shù)達到門限值后也會被丟棄。
11.根據(jù)權利要求10所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的每個數(shù)據(jù)包P的匿名度字段，用于量化對源位置隱私保護的效果，其初始值為1，變化區(qū)間為[1，10]，所述匿名度字段的值越大，表示隱私的保護效果越好。
12.根據(jù)權利要求10所述的無線傳感網(wǎng)中基于動態(tài)混淆環(huán)的源位置隱私保護方法，其特征在于:所述的匿名度的調整方法為:Anon’ =AnonX (l+(k_l) X β )，Anon’為調整后的匿名度，Anon為調整 前的匿名度，k表示此時節(jié)點本地緩存的數(shù)據(jù)包個數(shù)，β為系數(shù)，取.0.2。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡隱私保護領域，提出一種無線傳感器網(wǎng)絡中對源位置隱私保護的方法。本發(fā)明的主要目的在于提出并實現(xiàn)一種能夠充分保護傳感器網(wǎng)絡中源位置隱私的方法，其關鍵技術在于數(shù)據(jù)包產生方法、混淆環(huán)的建立和動態(tài)變化方法和數(shù)據(jù)包的混淆方法等方法。本發(fā)明能夠有力地抵御具有全局監(jiān)聽能力的攻擊者，不需要借助額外的設備，帶來的開銷很低，適用于資源受限的無線傳感器網(wǎng)絡中；本發(fā)明能夠平衡網(wǎng)絡中節(jié)點的能耗，消除了因靠近匯聚節(jié)點附近的節(jié)點能量過快消耗而產生的漏斗效應，從而延長了網(wǎng)絡壽命；此外，本發(fā)明采用基于非均勻統(tǒng)計規(guī)律數(shù)據(jù)包產生方法，能夠有效降低事件報告的延遲。
文檔編號H04W28/08GK103228008SQ201310152880
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權日2013年4月27日
發(fā)明者牛曉光, 魏川博, 馮博, 馮為江, 任延珍 申請人:武漢大學