基于信任的无线传感器网络安全分簇路由协议研究
无线传感器网络（WirelesssensorNetworks，WSNs）由大量传感器节点组成，这些节点具有价格低、能量受限和微型化等特点，负责收集目标区域内的相关数据，并以单跳或多跳的方式将数据传输到汇聚节点（基站）。近年来，无线传感器网络已广泛应用于航空航天、工业、家庭、战场和许多其他领域。通常，它们部署在环境恶劣或无人值守区域，路由协议容易受到各种攻击。因此，安全的路由协议成为WSNs研究的热点之一。 为了提高WSNs路由的安全性能，通常采用基于密码学和身份验证的安全机制。但这些机制无法抵御网络内部攻击且这些机制运行的先决条件是节点是协作的且完全可靠的。此外，它们计算和存储复杂度高，能量开销大。因此，基于信任的安全机制被提出来解决上述问题。本文从信任模型的建立和最优路径的选择两个方面对WSNs的安全路由协议展开研究，以增强网络的安全性，抵抗多种攻击以及降低网络能耗，具体内容包括： （1）提出了一种基于信任感知的无线传感器网络安全路由协议（Trust-awaresecureroutingprotocolforwirelesssensornetworks，TSRP）。首先，每个节点根据直接信任值、间接信任值、挥发因子和剩余能量计算其邻居的综合信任值，以抵御黑洞、选择性转发、Hello洪泛和槽洞攻击。其次，任何需要发送数据的源节点都会以多路径模式将路由请求包转发给其邻居，一直持续到到达Sink节点。最后，Sink节点通过分析接收到的数据包，根据路径的综合信任值、传输距离和跳数找到最佳路径。仿真结果表明，与按需路由AODV协议（AdhocOn-demandDistanceVectorrouting）和基于信任的安全路由协议TBSRP（CounteringNodeMisbehaviorAttacksusingTrustBasedSecureRoutingProtocol）相比，TSRP具有更低的网络延迟、更小的丢包率和更低的平均网络能耗。 （2）为了进一步提高网路的安全性、降低网络的能耗和增强网络的扩展能力，提出了一种新的基于信任的安全节能路由协议（Trustbasedsecureandenergyefficientroutingprotocolforwirelesssensornetworks，TBSEER）。TBSEER仍然使用直接信任值、间接信任值和能量信任值三重信任结构来构造综合信任模型。为了快速识别恶意节点，在构造直接信任值时设计自适应惩罚机制和挥发因子。此外，节点只需计算直接信任值，而对邻居的间接信任值由Sink计算。最后，簇头根据综合信任值寻找最安全的多跳路由，从而主动避免虫洞攻击。仿真结果表明，与TSSRM（ResearchonTrustSensingBasedSecureRoutingMechanismforWirelessSensorNetwork）和TESRP（ASecureRoutingProtocolwithTrustandEnergyAwarenessforWirelessSensorNetwork）相比，TBSEER降低了网络能耗，加快了恶意节点的识别速度，并可以有效地抵抗常见的路由攻击。 （3）为了抵抗常见路由攻击的同时可以抵抗特殊的信任攻击，并且优化安全且节能路由的选择，提出了一种基于自适应遗传算法（adaptivegeneticalgorithm，AGA）的能量和信任感知的无线传感器网络路由协议（Energy-awareandtrust-Basedsecureroutingprotocolforwirelesssensornetworksusingadaptivegeneticalgorithm，TAGA）。TAGA基于节点的直接信任值（考虑了挥发和自适应惩罚因子）和间接信任值（采用过滤机制）构造节点的综合信任值。此外，提出了一种新的阈值函数来选择最优簇头，该函数考虑了节点综合信任值和剩余能量的动态变化关系。最后，采用具有自适应交叉和变异概率的遗传算法为簇头寻找最优安全路由。仿真结果表明，TAGA可以减少发起常见路由攻击和特殊信任攻击的恶意节点丢弃的数据包数量，并有效地提高能量效率。 本文通过改进的信任评估机制和路由算法相结合来寻找安全且节能的路由路径，有效抵御黑洞、选择转发以及信任等多种网络攻击，从而提高网络的安全性、降低网络的能耗，延长网络生命周期。为基于信任机制的无线传感器网络安全路由协议研究提供了借鉴，为无线传感器网络的广泛应用提供了安全保障。
无线传感器网络;网络安全;信任机制;路由协议;信任攻击
长春工业大学
硕士
电子与通信工程
胡黄水;徐洋
2022
中文
TN925.93
2022-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）