无线自组网若干安全问题研究

论文摘要

受到商业应用的驱动，近年来无线自组网出现了几个新的研究分支。本文以无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)和车载网络(Vehicular Ad hoc Networks)为研究背景，对这些网络中的若干热点安全问题展开了研究。本文的第一部分工作主要涉及传感器网络的密钥管理和部署方案。由于传感器节点的资源受限，密钥管理是传感器网络中一个十分具有挑战性的问题。本文提出了三个为密钥管理服务的部署模型，并介绍了与之相适应的密钥管理方案。本文的方案中，部署区域被划分为网格，而节点被划分为内部节点和网关节点，并分别部署在网格的中心区域与边界位置。当与适当的密钥管理方案相结合后，本文的部署模型能够有效地提高了网格间节点的连通度以及系统抵抗攻击的能力，并且与传统位置敏感的密钥管理方案相比，减少了部署前节点的配置工作。在第一部分工作中，本文的主要贡献在于尝试了从部署模型的角度帮助增强系统的安全性和部署的灵活性，而传统的密钥管理方案是从密钥分配的角度增强系统的安全性。本文的第二部分工作主要针对传感器网络中的选择传递攻击设计了一种入侵检测方案。在本文方案中，我们提出了多项技术实现有效和可靠的入侵检测，包括：基于检查点的确认机制，随机检查点选择技术，k覆盖确认技术，等。许多传统的传感器网络入侵检测方案一般是基于基站或者基于其他的中央式检测机构。而与许多传统的入侵检测方案不同，本文的检测方案中，每个源节点具有收集来自中间节点报警信息的能力。这种能力使得即使在基站在攻击中“致聋”后，源节点仍然有可能进行检测并做出决策。与多路径传递方案相比，本文方案能有效减小通信开销。在第二部分工作中，本文的主要贡献在于提出了一种检查点确认机制来检测选择传递攻击，在保持较低的通信开销的同时获取较高的检测率。本文的第三部分工作主要针对车载网络中的Sybil攻击提出了使用信号强度分布分析的进行位置验证方法。与传统依赖精确测距的位置方案不同，我们试图通过对节点的信号强度分布进行分析，以确定节点的物理位置，并验证其宣告位置是否和计算位置一致。信号强度测量的方法简单易行，绝大多数的无线电组件如MICA2 Node、802.11、Blue Tooth都提供了信号强度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator)功能，使得本文方案能够很低的成本适应车载网络的需求。这种方法充分利用了车载网络所特有的若干特性，例如：车辆移动受到马路拓扑限制，车辆移动的高速性，以及基站的支持，等。我们通过了模拟实验证实了本文方案的可行性和有效性。在第三部分工作中，本文的主要贡献在于考察了使用信号强度分布分析的方法验证车辆物理位置。该方法不适用传统的Ad hoc网络和传感器网络，也未被以往的学者考察过。然而，车载网络所具有的特性，使得在车载网络中使用这种方法成为可能。

论文目录

• 目录
• 图表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线自组网概念和特点
• 1.1.1 无线自组网概念
• 1.1.2 无线自组网特点
• 1.2 无线自组网新发展
• 1.2.1 无线传感器网络
• 1.2.2 车载网络
• 1.3 研究热点及难点
• 1.4 研究内容和主要工作
• 1.5 论文的组织
• 第二章 安全问题研究现状
• 2.1 传感器网络密钥管理
• 2.1.1 随机密钥预分配
• 2.1.2 基于位置信息的密钥管理
• 2.2 传感器网络安全数据传播
• 2.2.1 入侵检测
• 2.2.2 虚假数据过滤
• 2.2.3 链路层干扰攻击
• 2.3 定位、安全定位与位置验证
• 2.3.1 定位
• 2.3.2 安全定位
• 2.3.3 位置验证
• 2.4 车载网络安全研究展望
• 第三章 位置敏感密钥管理的灵活部署模型
• 3.1 概述
• 3.2 攻击模型
• 3.3 存在问题
• 3.4 部署模型
• 3.4.1 动机
• 3.4.2 部署模型
• 3.4.3 密钥管理
• 3.5 分析
• 3.5.1 连通度分析
• 3.5.2 安全分析
• 3.6 讨论
• 3.6.1 关于网关节点与内部节点
• 3.6.2 贡献与局限
• 3.6.3 其它问题
• 3.7 小结
• 第四章 选择传递攻击中的异常丢包检测
• 4.1 概述
• 4.2 攻击模型
• 4.3 存在问题
• 4.4 预备工作
• 4.4.1 假设
• 4.4.2 位置绑定ID密钥技术
• 4.4.3 安全多播协议的应用
• 4.4.4 总体防御步骤
• 4.5 基于检查点的多跳确认方案
• 4.5.1 包的定义
• 4.5.2 检测方案
• 4.5.3 随机检查点选择技术
• 4.5.4 k-覆盖的确认
• 4.5.5 攻击分析
• 4.5.6 检测率分析
• 4.6 可疑节点的标识
• 4.7 模拟实验
• 4.7.1 检测准确度
• 4.7.2 通信开销
• 4.8 讨论
• 4.8.1 上游检测与下游检测
• 4.8.2 检测与预防
• 4.8.3 被俘获节点与外部干扰器
• 4.8.4 贡献与局限
• 4.9 小结
• 第五章 车载网络Sybil攻击检测
• 5.1 概述
• 5.2 问题陈述
• 5.2.1 攻击模型
• 5.2.2 系统假设与设计目标
• 5.3 相关工作与存在问题
• 5.4 基于信号强度分布分析的基本方案
• 5.4.1 基本方案
• 5.4.2 模拟实验
• 5.4.3 小结
• 5.5 基于统计的改进方案
• 5.5.1 可疑证人节点移除
• 5.5.2 检测模型
• 5.5.3 增强位置验证
• 5.5.4 Sybil节点分类
• 5.5.5 总体检测过程
• 5.6 模拟实验
• 5.7 讨论
• 5.7.1 攻击分析
• 5.7.2 贡献与局限
• 5.8 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本文的研究成果
• 6.2 进一步的工作
• 参考文献
• 参加科研工作情况
• 攻读博士期间撰写的论文
• 致谢