无线传感器网络虫洞攻击和Sybil攻击检测方法

论文摘要

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由这些传感器节点构成的网络在计算和存储等方面能力存在限制,以及路由协议在设计之初未考虑安全因素,使其容易受到各种攻击。因此,无线传感器网络安全性的研究显得尤其重要。本文重点研究无线传感器网络常受到的两种攻击方式:虫洞攻击和Sybil攻击。虫洞攻击是通过引入外部设备或者两个高效节点建立一条私有通道,吸引周围节点选择它作为路由路径中的节点。在Sybil攻击中,单个节点通过伪造身份或偷窃合法节点身份,以多个虚假身份出现在网络中,吸引数据流来提高目标数据流经过自身的概率。这两种攻击危害到传感器网络中的诸多层面,包括路由的发现与建立、资源分配、竞争投票机制、异常行为检测等。针对上面两种攻击形式,本文提出了利用跳数来检测虫洞攻击及Sybil攻击。1.基于跳数距离的无线传感器网络虫洞攻击检测方法。虫洞攻击使通过虫洞通道的节点间通信跳数远小于正常情况的跳数值。本文针对这一异常,引入检测节点,统计两个检测节点之间的跳数,进而得到跳数距离。通过相位差的方法测量检测节点间实际距离,并与跳数距离的比较找出虫洞区域,最后依靠基站找出距离虫洞最近的检测节点。该方法的计算和存储消耗都集中在检测节点上,对普通节点要求不高。仿真实验表明该方法更适合于部署密度较大的传感器网络。2.基于跳数坐标的无线传感器网络Sybil攻击检测方法。通过引入少数检测节点建立跳数梯度场,确定节点的跳数坐标,再通过跳数坐标找出可疑节点并广播可疑消息包,最后利用可疑节点的周围节点的邻居列表找出Sybil节点。本文方法无需额外定位设备,仅通过检测节点洪泛方式发送查询消息包来确定每个节点的跳数坐标。对普通节点耗能少,计算量小,要求相对较低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状和意义
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 无线传感器网络及其安全概述
• 2.1 无线传感器网络概念
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的体系结构
• 2.3.1 网络结构
• 2.3.2 节点结构
• 2.3.3 无线传感器网络协议栈
• 2.4 无线传感器网络安全概述
• 2.4.1 无线传感器网络安全问题的特点
• 2.4.2 无线传感器网络安全研究方向
• 2.5 传感器网络常见攻击方式
• 2.5.1 虫洞攻击
• 2.5.2 Sybil 攻击
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于跳数距离的虫洞攻击检测
• 3.1 方法描述
• 3.1.1 模型假设
• 3.1.2 基本思想
• 3.2 检测方法设计与实现
• 3.2.1 检测节点之间的跳数统计
• 3.2.2 检测节点之间的测距
• 3.2.3 检测阶段
• 3.2.4 基站的冗余优化
• 3.2.5 显式虫洞攻击节点的确定
• 3.3 方法分析
• 3.4 仿真实验
• 3.4.1 节点不同密度时的检测实验
• 3.4.2 不同隧道长度的检测实验
• 3.4.3 不同方法的对比实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于跳数坐标的 Sybil 攻击检测
• 4.1 网络模型
• 4.2 跳数坐标
• 4.2.1 跳数坐标的定义
• 4.2.2 跳数坐标的建立
• 4.2.3 跳数坐标的性质分析
• 4.3 Sybil 节点的检测
• 4.3.1 可疑节点的判定
• 4.3.2 确定Sybil 节点
• 4.4 方法分析
• 4.4.1 阈值T 的选取
• 4.4.2 能耗分析
• 4.5 仿真实验与结果分析
• 4.5.1 网络密度对检测率的影响
• 4.5.2 通信半径对检测率的影响
• 4.5.3 Sybil 节点数量对检测率的影响
• 4.6 本章小节
• 第5章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况